广义有限元方法研究进展

广义有限元方法是常规有限元方法在思想上的延伸,它基于单位分解方法,通过在结点处引入广义自由度,对结点自由度进行再次插值,从而提高有限元方法的逼近精度,或满足对特定问题的特殊逼近要求.基于广义有限元方法对单元形状函数构造理论的深入研究,具有任意内部特征(空洞、夹杂、裂纹等)及外部特征(凹角、角点、棱边等)的复杂问题,都将在简单、且与区域无关的有限元网格上加以求解.本文主要介绍广义有限元方法的基本思想、主要特征及对重要细节的处理策略,包括线性相关性的处理、局部逼近函数的获取、区域上的数值积分技术以及边界条件的处理.与扩展有限元方法和有限覆盖方法比较,分析它们各自的特点.综述广义有限元方法的研究现状、应用,展望广义有限元方法的未来发展.     

梯度多孔材料单轴压缩弹塑性变形的宏微观数值分析

针对闭孔的密度梯度多孔材料,建立含球形孔洞的三维数值分析模型,研究其单轴压缩力学行为。首先,研究密度梯度对多孔材料宏观力学行为(如弹性模量和屈服强度)的影响;其次,研究密度梯度与材料局部力学性能的关系,得到了沿梯度方向弹性模量和屈服强度的分布规律;最后,讨论梯度多孔材料单轴压缩变形局部化机制。结果表明:当梯度材料与均质材料的总体相对密度相同时,梯度材料的宏观弹性模量和屈服强度均低于均质材料水平,其宏观应力-应变关系曲线降低;梯度多孔材料沿梯度方向的力学性能发生急剧变化,等效弹性模量沿梯度方向呈线性分布,屈服强度呈非线性曲线分布,导致沿梯度方向应力、应变呈现高度的不均匀性;多孔材料的变形局部化产生于孔隙率较大的薄弱位置,再逐渐向孔隙率较小的位置发展。由此可知,孔隙率的梯度变化影响多孔材料的力学性能,通过改变孔隙率的分布可实现材料预期的力学性质。     

受压裂纹周边应力极值线及起裂特征研究

通过理论解析并结合数值模拟试验,研究了裂纹倾角对受压裂纹近周第一主应力场和剪应力场的影响。为了能够反映原生裂纹周边的次生裂纹特征,根据原生裂纹近周应力场提出了可描述裂隙岩体中次生裂纹起始位置、起始方向、发展方向的应力极值线的概念。从理论上对应力极值线进行了定义,并通过典型的数值试验分析了应力极值线随裂纹倾角变化的特征与演变过程,进一步从应力极值线角度描述了受压原生裂纹的次生张性裂纹和次生剪切裂纹的特征。研究结果表明:随裂纹倾角增大第一主应力极值线与原生裂纹相交点从裂纹中部向裂纹端部移动,但剪切应力极值线与裂纹相交点始终位于裂纹端部;第一主应力极值线在与原生裂纹相交处垂直于原生裂纹,但最终方向与压力方向平行;剪应力极值线始终与原生裂纹大致共面。研究结果对认识裂隙岩体试样破坏模式、解释张性次生裂纹和剪切次生裂纹的起裂及发展机理有一定的借鉴意义。     

分子印迹固相萃取技术在天然产物有效成分分离分析中的应用进展

天然产物体系复杂,尤其是一些活性成分含量较低,采用一般的方法对其进行分离富集难度较大。分子印迹聚合物具有良好的亲和性和专一的选择性,将分子印迹固相萃取技术应用于天然药物资源样品前处理过程,能够选择性地分离富集复杂基质中的目标成分。本文对近几年分子印迹固相萃取技术在天然产物有效成分分离分析中的应用进行了总结,分析物包括黄酮类、多元酚类、生物碱类、有机酸类、苯丙素类、萜类以及其他一些类型的生物活性成分。     

Si，Ag，F离子共修饰HA纳米生物薄膜的制备与表征

采用单电流阶跃电化学沉积技术，在商业纯钛(CP-Ti)表面构建硅、银、氟离子共修饰羟基磷灰石(Si-Ag-F-HA)纳米复合薄膜。Ag+的持续释放可以提供有效的抗菌性，Si4+作为生物活性元素可以有效地抵消Ag+的潜在细胞毒性。采用电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)测定涂层中硅和银元素的释放规律。采用傅里叶变换红外光谱(FTIR)、扫描电子显微镜(SEM)、能量弥散X射线谱(EDS)、X-射线衍射(XRD)等技术对得到的材料进行了表征。结果表明：Si，Ag和F三种元素均匀地掺杂到了HA的晶体结构中。Si-Ag-F-HA为纳米级的针状晶体结构，薄膜整体致密且均匀。Si-Ag-F-HA纳米生物薄膜可以在一周内很好地诱导类骨磷灰石的形成，具有优异的生物活性。塔菲尔曲线测试结果证实涂层的耐SBF腐蚀性较好。ICP-MS测试结果表明Si-Ag-F-HA纳米生物薄膜可以提供持续的Si和Ag离子释放。FTIR 和ICP-MS等光谱技术为开发新型抗菌硬组织修复材料提供了高效快速的检测手段。