基于先进生物材料的心肌细胞力——电微环境体外构建

心血管疾病是当前全球范围内导致人类死亡的首要原因, 心肌组织工程的发展为心血管疾病的治疗, 尤其是心肌组织再生修复提供了最有潜力的解决方案.心血管疾病的发生发展与细胞力--电微环境的变化密切相关. 近十几年, 随着先进生物材料和微纳生物制造技术的发展, 越来越多的研究表明, 细胞力--电微环境的调控对工程化心肌组织的成熟和功能化以及心肌组织再生修复具有重要意义. 本文首先阐明了在体心肌细胞所处力学微环境的生物学基础以及电信号的传导过程, 包括正常和疾病状态下心肌细胞所处的力--电微环境.其次调研了用于心肌组织工程的先进生物材料的研究现状.最后总结用于基底硬度与应力应变细胞微环境以及细胞电学微环境的构建和调控, 以及细胞对力--电微环境的生物学响应.%      

非平衡态/不可逆过程的热力学理论(Ⅰ)

一切物理过程或现象都具有瞬时性和不可逆性,迄今为止的所有热力学和连续介质力学理论皆因为或多或少的理想化假设而不能对这些过程或现象的物理本质作出精确的客观描述。新理论与传统理论的根本分歧在于把热形式的变化和机械形式的变化视作共同存在于同一物理过程或现象中互相耦合的两个方面,它们的有机组合则通过传统的热量概念的舍弃而得到实现;耗散能密度和有效能密度被定义为互相排斥的两个独立变量,对物体转动、变形以及体积变化的描述被统一起来,物理过程的不可逆本质成为新理论的固有特征。新理论不需要对材料的本构方程作任何预先假设。相反,这些本构方程将在求解过程中自动地推解出来,只需要输入材料变形的初始斜率及有关加载历史的数据。在新理论中,体积能密度和表面能密度可以相互转换,或者说体积相对于面积的变化是有限值而不是如传统理论中所假设的那样,在取极限过程中趋近于零而忽略不计,也正是该假设导致在传统理论中热变化和机械变化的相互独立(解耦)。新理论保留了非线性和有限变形,从而可以通过设置恰当的力或位移边界条件来求解任何边值问题。平衡态/不可逆过程被证明具有唯一解,非平衡态/不可逆过程则被证明具有确定的极限解且受到平衡态/不可逆过程的限界。等能面的存在性定理为     

机床结构结合面静态特性研究与内聚力模拟

针对机床结构中的平面结合面,通过实验分析了结合面在均布面压作用下的结合面法向变形与平均压力的关系;将结合面表面简化为半圆弧和正弦曲线两种微观形貌,利用有限元方法模拟结合面的接触变形力学行为,计算结果显示半圆弧形貌接触分析结果与实验结果较为接近.从结合面作用的物理本质出发,将结合面的相互作用等效为内聚力效应,利用内聚力模型分析了结合面的静态力学行为;内聚力模型计算结果与实验结果吻合较好.     

轻质夹层材料的制备和振动声学性能

轻质夹层材料被广泛地用来制备动车组车体和飞机的机身,其结构设计面临着一系列挑战:即同时要求质量轻、力学强度高、散热性能好、动力学性能和隔声性能可调等多功能特性.针对动车组高速运行和飞机飞行过程中经常面临的振动及噪声问题,以及如何在现有的材料和结构基础上进一步减轻重量并获得更优良的综合性能是材料制备、固体力学、流体力学、声学、智能材料和结构、优化设计等诸多领域工作者面临的共同挑战.结合近年来围绕"超轻多孔结构创新构型的多功能化基础研究"国家基础研究计划项目所开展的一系列工作,综述了有关轻质三明治材料及结构振动和声学特性的国内外研究进展及现状,以及相应的主被动控制技术;针对目前存在的问题,讨论并展望了有关轻质材料和结构动力学性能及隔声性能的研究发展趋势.     

皮肤组织压缩行为与热损伤的相关性

皮肤组织生物热力学是一门涉及生物传热、烧伤、生物力学和生理神经学等的高度交叉的新兴学科.皮肤组织的热力学性能表征对皮肤组织生物热力学的建立和完善以及许多医学应用领域都具有相当重要的作用.然而,目前对于皮肤组织力学性质和温度之间的量化关系却几乎没有开展研究,试图揭示高温引发的热损伤对皮肤组织力学性能影响的研究也相当少.该文重点描述了猪皮在各种热损伤度下的压缩行为,讨论了与热损伤与皮肤压缩行为的相关性及机理.结果表明:皮肤的刚度随热损伤度的提高而下降,并且具有不同损伤度下的应变速率敏感性,这些特性主要是由皮肤的水合作用变化所引起的.     

????????????????????????

超轻多孔金属材料因其具有优良的结构效率和广泛的多功能应用前景，近年来已成为国内外 众多研究所关注的热点. 本文就学术界关注的多孔金属材料的宏观等效模型建模与材料微 结构的多功能优化设计进行了综述.     

多孔金属夹层板在冲击载荷作用下的动态响应

借助两种有限元软件ABAQUS和 LS_DYNA, 模拟和分析了两种厚度不同的泡沫铝合金夹层板(三明治板)、方孔蜂窝形夹层 板和波纹形夹层板在冲击载荷下的动态响应. 4种夹层板的单位面积密度相同，冲击载荷分 别用泡沫铝子弹与不锈钢子弹模拟. 讨论了泡沫金属夹层板和格构式夹层板在不同冲击 载荷作用下的变形机制，重点在于对夹层板的吸能特性及板内各部分吸能变化规律的探讨. 研究结果表明: 在泡沫子弹冲击下，夹层板主要是通过自身变形来消耗子弹动能，并转化为 自身内能. 厚度为22\,mm的泡沫金属夹层板吸收能量最多，底面变形最小，是结构性能最优的 夹层板；在刚性子弹高速冲击穿透过程中，格构式夹层板的吸能性能比单位面积密度相同的 泡沫金属夹层板的吸能性能更好. 波纹形夹层板的能量吸收能力在4种板中最高.     

轻便电源的选择方法

为了匹配电源的物理特征和性能特征(如重量、体积、容量、电压和价格等)来满足给定任务 的要求，提出了一种电源的选择方法. 电源的物理特征和性能特征根据制造商的数据进行分 类整理，并且利用先进的选择软件建立了数据库，从而可以根据电压、最大电流、质量能量 密度、体积能量密度和价格来构建性能图，系统地比较不同种类的电源. 移动电话蓄电池选 择的具体案例研究表明，所提出的电源选择方法可以作为一种初步设计工具.     

Metal foams: A survey

The current state-of-the-art in the development of cellular metal foams is reviewed, with focus on their fabrication, mechanical/thermal/acoustic properties, and potential applications as lightweight panels, energy absorbers, heat exchangers, and acoustic liners. Foam property charts with scaling relations are presented, allowing scoping and selection through the use of material indices.     

充液弹性毛细管低温相变的力学分析

充液弹性毛细管广泛存在于生物体（如毛细血管、植物导管等）和工程领域（如微流控冰阀门、制冷系统热管、MEMS微通道谐振器等）.低温工作环境中,充液弹性毛细管内部的液柱会发生相变并引发冻胀效应,从而导致管壁的变形、损伤乃至断裂.该文建立并求解了考虑温度梯度、界面张力及液体冻胀作用的弹性毛细管平衡方程,分析了液柱低温相变过程中毛细管壁的径向和环向应力,发现管壁应力分布受热毛细弹性数和冻毛细弹性数的影响,且影响大小跟壁厚相关.该研究不仅有助于理解生物体内充液弹性毛细管冻胀失效机制,还可为MEMS微流控芯片的抗冻胀失效设计提供理论指导.