青光眼发病机理——筛板变形研究进展

青光眼是世界上第一大不可逆致盲眼病.其病变与眼内压直接相关,控制眼内压是目前控制青光眼发展的唯一有效途径,但发病的确切机制尚未明确.现已证实,青光眼的原发部位是巩膜筛板:由筛板前后分别承受的眼内压与颅内压产生的压力差会导致筛板结构与形态发生变化,进而挤压穿过筛板的视觉神经,造成视觉神经损伤,产生不可逆的视觉损失.因此,青光眼的发病机理与筛板的力学特性及其周围的力学环境密切相关.自从筛板被确定为青光眼视神经损害的原发部位,筛板便成为该领域的研究热点.其中,通过建立筛板力学模型,研究眼内压与颅内压作用下筛板的受力变形,进而分析筛板变形对视神经的损伤,有助于揭示青光眼视神经损伤机制及青光眼的发病机理.本文将从相关实验、理论和计算以及临床等方面介绍青光眼发病机理中筛板变形的研究进展以及目前存在的问题.      

眼固体生物力学研究

眼是光转换的视觉器官, 通常考虑将其作为一个生物力学结构. 眼睛是眼内肌和眼外肌产生压力的系统, 具有复杂的内血管系统,产生流体和溶合物的传导系统. 从生物力学角度看, 眼存在固体生物力学、流体生物力学和生物传输等问题. 本综述中, 介绍眼睛有意义的生物固体力学各方面研究成果及尚待解决的问题, 其研究对象为巩膜、角巩膜、角膜、视网膜、筛板以及眼调节和老花. 回顾测量巩膜力学性质和角巩膜应力－应变性质模型的有关研究成果, 然后论述这些研究成果的应用.巩膜力学另一重要应用是对近视的了解, 即眼的轴长过长使长距离光线不能够清晰聚焦于视网膜而引起近视. 角膜生物力学一个显著的应用是预测激光切开剖面手术, 它将使屈光角膜手术达到最优的术后视敏度. 筛板是眼中最具有生物力学研究兴趣的组织之一, 它是跨过巩膜管的多孔的结缔组织. 推导出青光眼的视神经病的力学理论.证据表明围绕着睫状肌的结蹄组织发生变化可能妨碍它的自由收缩的能力, 因此老花的病理学原因可能是多因素的.      

新型让压锚杆作用机理研究

软岩大变形工程存在因开挖卸荷导致较大的应力释放,在工程施工过程中将会产生较大变形的特点,如沿用传统的锚杆进行支护,岩体的大变形所产生的过大拉力将会造成锚杆的拉断破坏.针对软岩大变形工程存在的该类问题,介绍了一种新型的端部具有让压装置的新型压力分散型让压锚杆,并对该让压锚杆的作用机理和力学行为进行分析,得出锚固体的作用机理与传统压力分散型锚杆相比分为3个阶段,并通过试验的方式确定了该让压锚杆的让压力.这种新型让压锚杆在将锚固体压力分散的同时,实现大变形的让压,适宜在大变形工程中进行应用.     

黄土路堑边坡变形破坏机理的三轴试验研究

通过原状黄土的减压三轴压缩试验,研究了黄土边坡不同深度不同含水量土体的应力-应变关系,并与原状黄土的常规三轴试验结果进行了比较,发现减压三轴试验能合理地模拟和解释开挖卸荷作用下黄土边坡土体的变形与破坏过程。试验结果表明:坡脚开挖卸荷时,黄土边坡中浅层非饱和黄土易出现应变软化或塑性流动,强度较低,易产生较大变形,而深层饱和黄土仅在高围压下发生应变硬化,强度增加,在中低围压时均发生应变软化现象。分析认为黄土边坡特殊的工程地质条件,使得黄土边坡的特定部位在开挖卸荷作用下常形成了不利于土体稳定的含水量和围压组合,导致坡体特定部位的土体变形破坏,进而诱发边坡的变形破坏;开挖卸荷作用下黄土边坡变形破坏的力学机制应为蠕滑-压致拉裂或"牵引式滑坡"。     

人眼晶状体调节机制和力学

晶状体是人眼屈光系统的核心,其视觉调节过程由睫状肌、悬韧带和晶状体共同实现:通过睫状肌牵引悬韧带运动,引起晶状体变形(变凸或扁平),从而改变眼睛的屈光力,使得眼睛聚光的焦点准确地落在视网膜上,最终产生视觉.晶状体的视觉调节从本质上说是一个力学问题,调节过程的实现与视觉质量紧密相关;同时调节机制也是最常见的眼部老化退行性疾病--老视的核心问题.本文介绍了晶状体调节的各种理论假说及其发展,并概述了晶状体的力学性能.     

生长对超弹性球壳变形和稳定性的影响

应用连续介质力学有限变形理论建立受内压作用不可压超弹性球壳大变形问题的力学模型, 且运用基于变形梯度张量极分解的弹性体积生长理论分析生长对不可压超弹性球壳变形和稳定性的影响. 通过对球壳变形与内压关系式的数值计算得到不同生长条件下球壳的变形曲线和应力分布曲线及由生长引起的残余变形和残余应力分布. 计算结果表明生长对球壳变形特性有明显的影响, 生长影响球壳可产生不稳定变形的临界壁厚和临界内压, 且在某些情况下可改变球壳的稳定性. 生长在球壳中可产生一定的残余变形和残余应力, 对球壳中的应力分布有一定的影响. 另外当生长的程度足够大时, 即便没有外力作用,球壳仅在生长引起的残余应力作用下也可产生不稳定变形.      

三组结构面状态下不同产状结构面的力学效应研究

本文分析了三组结构面产状模型力学实验结果, 揭示了这种组合条件岩体中产生压剪区、张剪区及结构面、结构体的多种变形成分, 也揭示了压剪区和张剪区形成机理、及三组结构面组合下结构面产状的力学效应。     

小尺寸低碳钢试件吕德斯效应的三维数字图像相关测量

吕德斯效应是多种金属和合金材料由于屈服阶段的不均匀变形而在材料表面产生条带状褶皱的现象,它会使冲压件表面质量降低.为了防止它的出现,对吕德斯效应进行研究变得非常重要.采用小视场(15 mm×15 mm)下三维数字图像相关方法对小尺寸低碳钢试件在单轴拉伸载荷作用下的变形场进行测量,实际观测了小尺寸试件的吕德斯效应,结合理论模型解释了其形成机理,并分析了吕德斯带传播过程中应变及应变率的变化规律.实验研究表明,运用三维数字图像相关方法测量试件表面变形场,实现了对小尺寸低碳钢试件的吕德斯带演化过程以及颈缩、断裂等细观力学行为的观测,该方法是研究材料变形细观机理的一种有效测量手段.     

MEASUREMENT OF LÜDERS BAND IN SMALL SIZE LOW CARBON STEEL SPECIMEN BY 3D DIGITAL IMAGE CORRELATION METHOD

吕德斯效应是多种金属和合金材料由于屈服阶段的不均匀变形而在材料表面产生条带状褶皱的现象,它会使冲压件表面质量降低. 为了防止它的出现,对吕德斯效应进行研究变得非常重要. 采用小视场(15mm×15 mm)下三维数字图像相关方法对小尺寸低碳钢试件在单轴拉伸载荷作用下的变形场进行测量,实际观测了小尺寸试件的吕德斯效应,结合理论模型解释了其形成机理,并分析了吕德斯带传播过程中应变及应变率的变化规律.实验研究表明,运用三维数字图像相关方法测量试件表面变形场,实现了对小尺寸低碳钢试件的吕德斯带演化过程以及颈缩、断裂等细观力学行为的观测,该方法是研究材料变形细观机理的一种有效测量手段.     

鸟类羽毛在气流中变形的力学特性研究

鸟类羽毛在飞行中的物理性质是仿生力学关心的重要问题之一.基于CFD/CSD数值模拟方法研究了羽毛微结构在气流作用下的变形和力学特征,揭示了鸟类静止时羽毛蓬松、而在飞行状态下紧贴皮肤表面保持表面光滑的物理机制.首先,通过对鸟类羽毛在显微镜下的观察,将羽毛分解成典型简单微结构以模仿羽枝单元,从而对羽毛外形和结构进行建模,之后,采用CFD/CSD方法分析比较了两种典型羽枝模型结构(片状和枝状羽枝单元)的变形和力学特征,最后,基于上述片状羽枝模型进一步研究了来流方向对羽枝变形的影响机理及多根排列羽枝的变形和力学特征.结果表明:在一定风向的范围内,羽毛在气流下都具有保持紧贴皮肤表面的变形趋势,这种紧贴壁面的趋势只有在气流与羽轴几乎垂直时才会改变;在来流侧滑角为45°时,羽枝沿皮肤表面法向下压的变形最为显著,尖端位移达原始高度的约97%;多根排列的羽枝在顺流方向气动载荷逐渐下降,与迎风首根羽枝最大差距约11%.此研究工作对于理解鸟类飞行时羽毛的力学特性有明确的学术价值.     

井下管柱力学与控制方法若干研究进展

关于井下管柱力学的研究迄今已有七十多年的历程, 取得了许多重要的研究成果, 并主要在油气井工程中获应用实效. 然而, 由于井眼约束和作业工况的复杂性, 目前仍未能够全面而准确地揭示井下管柱在狭长井眼内的复杂力学行为, 导致相关工程设计控制方法难以解决好实际遇到的许多复杂问题. 本文回顾了井下管柱力学的整体发展脉络, 重点讨论井下管柱的静力学变形控制方程, 然后针对井下管柱力学中的几个重要科学问题, 包括井下管柱屈曲、井下管柱摩阻磨损、井下管柱安全作业极限和底部钻具组合力学特性及其相应的设计控制方法等, 分别简要介绍了相关研究进展、最新研究成果及存在的一些问题等, 并在一定程度上进行了总结与展望, 以期为井下管柱力学与控制方法的创新发展并促进油气井工程技术进步提供有益参考.      

仿生皮肤软材料大变形场的数字云纹实验

软物质等大变形材料是近年来力学与材料科学关注的热点问题,与之相关的实验研究也引起格外关注.本文将数字云纹实验技术应用于大变形材料力学实验,研究了软材料大变形场的实验测量与表征技术;以仿生皮肤材料缝线力学的应用为例进行实验分析,通过坐标变换给出集中力作用下的大变形材料径向变形场ur和环向变形场uθ的全场分布,并研究了缝线针口附近区域的变形场分布.分析结果表明,大变形材料的变形场存在明显的扇区变形特征.本文还进一步讨论了两种不同缝合方式下针口周边区域的力学变形特征,并初步分析了不同缝合方式对切口愈合产生的影响.     

基于微丝主动收缩的细胞分裂的力学模型

为了解释动物细胞胞质分裂的力学机理,基于大量的细胞卵裂实验数据,在Zinemanas和 Nir的流体动力学模型基础上,对微丝的分布函数改为随同质膜移动,增加了由于生化刺激 引起主动微丝的影响系数. 数值计算表明：此模型能较好地预测细胞在胞质分裂过程中,细 胞的总体和局部变形,以及卵裂沟处的张力和细胞内压.     

带钢横向瓢曲变形的解析研究

薄宽带钢的横向瓢曲是一种产生机理与解决对策都未知的板形缺陷.基于艾利应力函数和Tim★shenko最小功原理建立了横向瓢曲前屈曲变形的力学模型,获得了其前屈曲应力场分布的表达式;运用伽辽金虚位移原理解法获得了其临界屈曲载荷.研究结果可为连退线上板带材生产过程中横向瓢曲的预测和控制提供参考依据.     

豆荚弹射传播种子中的力学Ⅱ：螺旋魔术

介绍豆荚开裂后螺旋形状的形成原理.采用双层弹性薄片在互相垂直的方向分别收缩的力学模型,说明了豆荚的非协调变形,解释了残余应力的形成.进而由残余应力引起拉伸与弯曲应变能竞争解释了为什么弹性条具有魔术般的变形能力,给出了相关计算公式并讨论了条宽与裁剪角对螺旋形状的影响.     

变刚度梁柱理论及其应用

为解决井斜控制实践中存在的不等截面尺寸梁柱问题, 讨论了典型的变刚度纵横弯曲梁力学 模型. 根据变刚度梁柱变形的挠曲线微分方程和边界条件及连续条件, 得到了梁柱变形和端 部转角的解析计算式, 进而应用梁柱理论叠加原理可解决有集中力作用下的井下控制工具和 带变径稳定器的底部钻具组合(BHA)受力分析问题. 变刚度梁柱理论在BHA力学分析中得到了 成功应用, 为井下控制工具设计、钻具组合优化及井斜控制提供了理论依据.     

二维材料曲面生长:力学与化学的邂逅

理解二维材料在曲面上的生长形态和机制具有重要的理论和应用价值,但现有关于二维材料曲面生长的力学行为及形貌演化规律的研究极为缺乏.二维材料曲面生长会导致薄膜变形及其相关的应力/应变.这类应力可引发二维材料的滑移、屈曲、褶皱、断裂和离面运动等二次力学行为,并直接与生长反应耦合,进而改变材料的生长过程.与化学能和表面扩散主导的平面生长不同,曲面生长二维材料的形貌受曲面几何形状和材料力学行为的共同影响,会产生更为复杂多样的生长形貌.通过总结国际上相关研究进展,剖析了模拟曲面生长二维材料所面临的科学问题,并论述了如何结合原子模拟(如分子动力学和蒙特卡罗模拟)与唯象理论(如相场方法)开展多尺度计算研究,再辅以实验揭示二维材料曲面生长规律.     

基于剪切修正GTN模型的金属弹性退化机理研究

许多金属材料在进行显微或宏观压入测试时,测得的弹性模量会随着压入深度的增大而不断降低.考虑到在压痕测试过程中金属材料并不产生明显的裂纹,这种性能退化应是由材料的损伤引起.然而,经典损伤理论认为以受压和受剪为主的压入变形不会引起材料软化和损伤.本文结合剪切变形下材料损伤的萌生和演化机理,对经典的GTN(Gurson-Tvergaard-Needleman)模型进行了修正,对压入测试进行了有限元模拟.模拟结果显示,材料在压入过程中的损伤是由现有空洞的扭曲变形和次级空洞的萌生共同引起,如果只考虑现有空洞变形则会低估材料在压入变形过程中的损伤演变.     

高速切削实验平台在力学实验教学中的应用

传统的力学实验已无法满足研究生创新性实验教学的需要。为了使研究生在科学研究中掌握实验分析的基本方法和技能,本文基于Hopkinson压杆加载技术建立了一套高速切削实验系统。该实验系统作为一个科研平台,能够实现切削过程的瞬态冻结并完成变形场和切削力的实时测量,可为高速切削机理研究提供基础实验数据。同时,该实验系统也是一个综合性的实验平台。基于该平台,可以完成金相分析、光栅光纤测力、变形场测量以及塑性本构分析等力学实验教学。高速切削实验平台将力学实验与科学研究相结合,有利于培养研究生独立分析与研究的能力,为研究生未来的科研工作打下基础。     

温压炸药的特性及发展现状

温压炸药的爆炸涉及到起爆、爆轰、冲击波的传播与反射、多相湍流和多模化学反应等, 是一个多尺度、多物质、多因素、多物理场耦合过程, 深化温压炸药高效释能的关键基础理论, 揭示温压爆炸的反应机理并有效控制和利用是温压武器创新发展的关键科学问题, 对高威力温压炸药的配方设计、温压武器的研制和使用具有重要指导意义. 本文描述了温压爆炸的基本原理, 讨论了温压炸药的概念和内涵, 从炸药种类、释能特点、能量构成、爆炸反应机制、爆炸效应增强机理、杀伤机制等方面阐述了温压炸药的特征, 分析了温压炸药有限空间内部爆炸威力的评估方法以及温压炸药的研发状况, 并提出了相关发展建议, 以期为高威力温压炸药的设计、温压弹的研制及毁伤评估提供指导.