脉动流条件下血管壁的应力分布

为了分析血液-血管耦合运动所产生血液脉动压力载荷对血管壁应力分布的影响,利用线性化的血液-血管耦合运动方程的Womersley解,导得血液脉动压力载荷下的血管壁Green应变,同时利用Fung的血管壁应变能密度函数,导得相应血管壁应力分布的一般表达式.数值结果表明,在脉动流条件下,当考虑血液-血管耦合运动时,血管壁中周向应力最大,轴向应力居中,径向应力最小;血管壁的残余应力将明显减小血管内壁的应力集中;脉动压力载荷将导致血管壁周向应力在一个心动周期中随时间的脉动,而且随着Womersley数α和血管轴向约束参数K*的增大,血管壁周向应力的脉动将明显加剧,提示在分析动脉重建时必须计及血液-血管耦合运动对血管壁应力分布的影响.     

动脉压对静脉血管壁周向应力分布的影响

自体静脉是病变动脉管段常用的替代物。移植后因承受压力急剧升高引起的静脉管壁应力改变是影响移植手术的主要因素之一。为了比较移植前(静脉压作用下)和移植后(动脉压作用下)静脉管壁的周向应力分布，本文通过检测一定轴向伸长比条件下静脉管的p(压力)——V(容积)试验数据，利用3参数的应变能密度函数对实验数据进行拟合，进而求得静脉管壁的残余应力和沿血管壁的周向应力分布。对狗的股静脉和颈静脉的分析结果表明，在动脉压作用下静脉管壁周向应力将急剧增大。与处于静脉压环境相比，处于动脉压环境中的颈静脉管周向应力将增大差不多2个数量级。计算结果还显示，静脉管壁残余应力的数值虽然比动脉管壁的相应值小很多，但是与动脉管相同，血管壁残余应力依然对静脉管壁上的周向应力分布影响显著，残余应力的存在将大大削弱在静脉管内壁处的周向应力集中，使周向应力沿静脉管壁厚的变化梯度明显减小。     

生物组织中的残余应变

本文综述了生物组织中残余应力和残余应变的研究历史和现状,着重分析了心血管系统的残余应变和零应力状态,讨论了残余应变对血管和心脏等器官的力学分析和组织改造的重要意义,并提出了一些有待研究的问题．      

用p-V指数关系确定血管壁的周向应力

通过检测，得到在体轴向伸长比条件下血管段的压力－容积（p-V)数据，利用指数函数关系，求得在一定内压作用下血管壁周向应力沿壁厚的分布。并以正常大鼠腹主动脉为例进行计算，结果表明，在生理压力作用下，残余应力对血管壁周向应力的分布有很大影响，不考虑残余应力将使血管内壁处出现明显的周向应力集中，当考虑存在于血管壁内的残余应力后，周向应力沿壁厚的分布将变得较均匀，例如当内压p=10kPa时，血管内、外壁周向应力值之比，对前者将达10以上，而对后者差不多只有2左右。所得结果与用Fung提出的应变能密度函数的计算结果作比较，发现二者符合得相当好。     

血管残余应力的一种确定方法

动脉无载荷状态下存在残余应力,分析血管壁在载荷状态下的应力分布必须计及血管壁的残余应力。本文通过检测动脉不同轴向伸长比条件下的压力—容积(p—V)数据,根据其p—V实验曲线的“S”型特征,提出了一种用反正切函数关系对试验数据点进行拟合,进而导得动脉管壁周向残余应力沿壁厚分布的方法。文章对10只正常大鼠颈动脉的分析结果表明,大鼠颈动脉周向残余应力沿血管壁厚呈单调上升趋势。残余应力在内壁处为负呈压缩状态,在外壁处为正呈拉伸状态,并且内外壁处应力绝对值大小基本相等,大约在2．5kPa左右。文章结果对进一步分析动脉管壁在载荷作用下的应力分布提供必要的信息。     

血管的应力和零应力位形

针对切开血管段得到的零应力位形，引入包括张开角在内的四个几何参数表示从零应力位形到完整血管的几何变换，按弹性物体有限变形的原理，采用Mooney—Rivlin物质模型，讨论所引入参数与血管中应力，压力和轴向力的定量关系。     

在体轴向伸长比条件下血管壁的周向应力分布

本文通过检测在体轴向伸长比条件下血管段的压力－容积数据,利用应变能密度函数,求得血管壁周向应力沿壁厚的分布。文章的正常大鼠腹主动脉为例进行计算,结果发现,在生理压力作用下（例如ｐ＝１３．３ｋＰａ）,不考虑残余应力确实出现在血管内壁处的周向应力集中,血管内、外壁处的应力值之比可达１５左右,而存在于实际动脉管中的残余应力会使血管壁中的周向应力沿壁厚的分布明显趋于均匀,血管处的周向应力之比差不多只有２左     

应力和位移约束下连续结构的有效拓扑优化方法

为了解决在拥有位移与应力多个约束条件下,以减少结构重量为目标函数的拓扑优化中多约束难处理的问题,本文研究了以位移约束、应力约束、应变能约束重量最小化为目标的拓扑优化关系.通过对目标函数与约束函数的解析敏度推导,证明了它们之间的等价性.得到的准则方程表明:在最优结构中,单元质量与该单元应变能之比等于结构总质量与结构总应变能之比.由于迭代准则方程中的各项都可以在 ANSYS 有限元分析中直接提取,也不必计算乘子,从而减少了优化过程中的函数调用次数,加快了优化速度.两个算例说明了该方法的简单、高效与适用性.     

急性高血压引起血管重建的数值模拟

通过建立血管重建率方程对急性高血压引起的血管零应力状态重建进行模拟。为体现高血压血管重建在时间和空间上的不均匀性，在重建率方程中引入生长因子，对零应力状态血管的重建进程进行有效控制。以6只正常大鼠腹主动脉的重建为例，对该动脉段由急性高血压引起的重建进行数值模拟。结果表明，所模拟的6只大鼠急性高血压引起的腹主动脉重建都具有相类似的重建趋势和特征，说明所提出的血管重建方法对 急性高血压诱发血管重建的预测具有一定的普遍性。同时，由于在分析模型中引进反映重建非均匀性的生长因子，使得所模拟的重建进程能较好地符合急性高血压血管重建的基本生理病理特征。     

不同应变率下冰破坏特性的试验研究

为研究寒区流冰对水工/船舶结构的影响,需要获得不同流速冰载荷的特征,准静态下不同应变率条件下冰材料变形至破坏的特征就成为一项重要的基础性问题。为此,开展了低温环境应变率10-2s-1至10-4s-1下淡水冰的单轴压缩试验。试验发现:随着应变率减小,极限应力由18.51MPa降低至8.44MPa,达到极限应力后,试件承载能力由瞬间消失变为逐渐降低至稳态,试件破坏形貌由劈裂转变为周向膨胀,即由脆性转变为韧性破坏,转变应变率约为10-3s-1;在双对数坐标系中,单轴压缩强度随应变率的增加近似呈线性增大。通过对应力-应变曲线进行积分,给出了不同破坏形式下冰变形至破坏的临界应变能密度,发现脆/韧转变状态下加载至破坏所需能量最大,该能量特征主要由冰中微裂纹的萌生、断面摩擦、再结晶引起。     

三向应力状态下材料的力学强度理论

通过对古典强度理论和苏联切略依海尔、巴兰金等人所提出的强度极限曲面的分析,本文提出一个新的见解;并通过强度条件的选择和各项参数的研究,导出了一个计算强度的公式。经过与实验结果比较、分析,证明这一公式计算结果与实际情况比较接近。      

聚晶金刚石复合片热残余应力分布规律实验研究

利用改进的应力释放法、X射线衍射法以及Raman光谱,对平面界面结构金刚石复合片表面热残余应力分别进行了实验研究,得到了金刚石层表面热残余应力值及其分布规律,同时得到了基体厚度与热残余应力的相关关系.研究结果表明,采用应力释放法、X射线衍射法及Raman光谱法测试PDC表面热残余应力,其测试结果均与有限元分析结果相吻合,证明了这三种方法的有效性.其中,X射线衍射法测试结果的误差最大,应力释放法其次,Raman光谱法最为精确.由于应力释放法应变片尺寸及X射线衍射法光斑照射范围的限制,无法在试样表面上取较多的测试点,因此难以得到理想的热残余应力分布曲线.而Raman光谱法中所采用的激光光斑仅5μm,可以取更多的测试点,因此其结果更能真实的反映金刚石层表面热残余应力的分布规律.本文的研究结果为精确测试PDC热残余应力,从而为优化PDC界面结构、提高PDC使用性能提供了理论和实验依据.     

强度理论百年总结

自从1900年著名的Mohr-Coulomb强度理论建立以来,已有100年的历史.在20世纪,关于材料在复杂应力状态下的强度理论进行了大量的理论研究和实验研究工作.本文对材料(包括金属材料、岩石、土、混凝土、冰、铁、聚合物、含能材料等)在复杂应力状态下强度理论(屈服准则、破坏准则等)的百年发展进行了总结,讨论了各种准则之间的关系,为研究和工程应用中的合理选择破坏准则提供了一种方法.文中还总结了三大系列强度理论、统一屈服准则、统一强度理论和其他各种强度理论,并简述了强度理论的计算机实施,以及多轴疲劳等问题.     

基于反求的医疗辅助弹性护具应变能的计算

提出了基于反求工程的医疗辅助弹性护具的设计方法,推导出弹性护具应变能的计算公式. 设计中应用网格简化技术减少扫描数据以及参数化技术将三维转化为二维进行计算,减少了网格点应变能的计算量,提高了设计效率. 应用应变能密度函数建立起弹性护具几何尺寸与应变能之间的关系,为医生或患者科学地选择医疗护具提供了依据.     

界面及热残余应力对超磁致伸缩复合材料有效性能的影响

论文基于Mori-Tanaka理论,考虑了界面相对超磁致伸缩复合材料的有效性能的影响,得到了具有界面相的超磁致伸缩复合材料的有效性能的一般解析表达.考虑到固化过程中热残余应力对超磁致伸缩复合材料有效性能的影响,通过数值计算,给出超磁致伸缩复合材料有效弹性模量、有效磁致伸缩应变及有效热膨胀系数随夹杂物长径比、体分比、界面参数和固化热残余应力的变化特征曲线,数值结果表明:界面和固化热残余应力对于超磁致复合材料有效性能的影响是显著的.     

An analysis model of pulsatile blood flow in arteries

IntroductionTheperiodicallypulsatilebloodflowinthearterycausesthecircumferentialandaxialmotionoftheelasticbloodvesselandinturntheoscillationofthevesselaffectsthatofthebloodflow .Womersley[1]resolvedsuccessfullythisfluid_solidcouplingproblembysolvingbothlinearNavier_Stokesequationsandthemotionequationsofthethin_walledelastictubeandgainedtheexpressionsofthebloodflowvelocitiesandthevasculardisplacements.Histheoryhasbeenthebasisforthequantitativeanalysisoftherelationshipofthearterialstructureandi…     

热喷涂涂层中残余应力分析和检测研究进展

综述热喷涂涂层中残余应力研究进展.主要内容有:对残余应力产生的最新认识,残余应力分布实验测试技术、理论分析模型及其对热喷涂材料界面结合强度影响等领域的研究进展.最后对该领域几个学术界和工程界关注的研究方向进行了展望.