基于超声散射元平均间距的生物软组织弹性测量

超声弹性成像有希望成为生物软组织病变诊断的有效手段。本文论述了软组织散射元准周期规则分布导致超声散射信号相干峰产生的机理，提出利用ＡＲ幅度倒谱估计散射元平均间距及其变化，结合组织外加应力来估计软组织内局部杨氏弹性模量。结果表明，该方法能有效地测量软组织内局部杨氏弹性模量，轴向和侧向空间分辨力分别为２．５ｍｍ和１．５ｍｍ，可用于在体软组织弹性成像。最后讨论了软组织弹性测量中的具体问题。     

应用超声多普勒对软组织弹性成像的研究

超声弹性估计与成像有可能成为生物软组织病变诊断的新技术。本言语提出采用仿体外加低频振动与超声多普勒检测及成像相结合的方法,对均匀及非均匀仿体进行声弹性成像,以波动方程和彩色超声多普勒成像为基础,给出了组织振动幅度、速度和调制参数β的估算公式。初步的仿体实验结果表明软组织振动公式与超声弹性图吻合得很好,超声弹性成像比传统Ｂ超更分弹性模量变化垢区域。这些研究圣字位与诊断声阻抗及声散射特性差异不明显的小     

基于拓扑优化的结构弹性成像方法

弹性模量是工程材料重要的性能参数, 可以衡量物体抵抗弹性变形的能力. 弹性成像是一种通过弹性模量表征生物体组织物理特性的医学成像方法. 为了将弹性成像应用于机械装备结构的缺陷识别, 提高弹性成像的局部表征和全局识别能力, 提出一种基于拓扑优化的结构弹性成像方法. 受拓扑优化理论启发, 采用结构离散单元的相对密度(弹性模量系数)作为弹性成像参数来表征损伤程度, 建立成像参数与弹性模量的插值模型, 基于有限元模型构建损伤表征、结构模型与物理响应的映射关系. 以损伤结构和无损结构位移响应的最小二乘为目标函数, 以成像参数上下限为约束, 建立结构弹性成像的优化模型. 以伴随法推导弹性成像问题的灵敏度, 并详细给出了弹性成像反演的数值实施方式. 二维悬臂梁和米歇尔梁算例表明, 本文提出的基于拓扑优化的弹性成像方法无需先验损伤信息, 可有效实现均质/非均质、单/多缺陷结构的弹性成像, 且弹性成像结果不依赖于特定的边界条件, 进一步将弹性成像方法扩展至三维悬臂梁问题验证了其通用性.      

冷却塔环形基础板的平面应力分析

本文研究了冷却塔的基础环板在水平力作用下的应力分布状况,用弹性反力系数K模拟地基土在水平向的弹性性态,求得了问题的幂级数形式的解。本文探讨了基础环板内的应力分布与地基土的剪切弹性模量及基础板的杨氏弹性模量之间的关系。     

固体的弹性模量和内耗测量方法研究进展

弹性模量和内耗是固体材料的基本力学性质, 其测量的准确性和便捷性对工业生产和科学研究都很重要. 本文回顾了近一百年来固体材料弹性模量和内耗的测量方法, 主要分为四类: 准静态方法、低频法、共振法和波传播法. 首先对每类方法的测量原理进行了简单介绍及总体评价. 接着对几种共振方法, 包括自由梁共振法、脉冲激励法、超声共振谱方法和压电超声复合振动技术(PUCOT)进行了详细介绍和评价. 然后, 重点介绍了本课题组最新提出的基于机电阻抗的模量内耗测量方法(称之为M-PUCOT或Q-EMI), 它可以同时、准确、快速地测量杨氏/剪切模量及相应内耗. 最后, 对这种新型弹性模量/内耗测量方法的意义和应用前景进行了讨论和展望.      

应用电磁超声技术实验分析自由表平面凹坑上P—SV波的转换

本文对正入射条件下自由表平面半球形凹坑上Ｐ－ＳＶ波的转换进行了实验分析，实验中使用了电磁超声技术，确保在各个方向上等声程接收散射ＳＶ波和良好的测量重复性．实验结果表明，随着凹坑直径（Ｄ）与入射波波长（λ）之比的改变，转型ＳＶ波的指向特征有显著改变；当Ｄ／λ＝１时，ＳＶ波则集中于近表平面，并与散射Ｐ波耦合为强烈的瑞利波．本文为自由表平面半球形凹坑上弹性波的散射方向提供了一些实验解，并为应用波型转换方法检测金属孔蚀提供了实验基础．     

涂层对复合材料电-磁-弹性性能的影响

研究带界面层的双周期排列电磁弹性纤维复合材料在远场反平面机械载荷和面内电磁载荷作用下的电-磁-弹性响应,结合本征广义应变(本征应变、本征电场、本征磁场)的概念和双准周期Rimann边值问题理论为其发展了一个严格的解析分析方法.解答可用于对胞元内电磁弹性场量进行精细分析,也可对复合材料有效电磁弹性模量做出准确预测.以纯弹性环氧树脂涂层为例,分析了涂层对应力集中系数和有效电磁弹性模量的影响.本文结果可作为一个"基准",用以评价有限元等数值与近似方法的精度.     

基于压电双脉冲剪切波加载和光学相干断层扫描的生物组织弹性测试技术

生物组织力学性能的定量测试对疾病发生和发展的研究及诊治非常重要。本文集成压电堆栈振动加载和光学相干断层扫描(OCT)提出对生物组织弹性进行定量测量的剪切波光学相干弹性成像技术。压电堆栈携带探针在双脉冲激励下对生物组织或仿体产生约2μm振幅的振动,生成剪切波。在OCT探测区域,生物组织的变形会引起OCT的相位信号变化,由此提出检测剪切波的相位差法。再根据剪切波的传播速度,计算获得组织的弹性模量。通过比较该方法与拉伸实验对生物组织仿体弹性模量的测量结果,验证了技术的可行性。进而对人体手指指腹皮肤的弹性进行了在体测试,表明该方法有用于在体皮肤力学性能测试的潜力。压电堆栈双脉冲剪切波OCE为离体生物组织弹性测试提供了新的简单有效的手段,并且有潜力进一步发展为生物组织复杂力学性能的测试技术,以及应用于临床上皮肤等疾病的诊断。     

多晶石墨烯拉伸力学性能及其影响因素的灵敏度分析

晶粒尺寸、温度和应变率等对纳米材料的力学性能有重要影响。本文通过分子动力学（MD）数值模拟,分析了不同晶粒尺寸多晶石墨烯在不同温度、拉伸应变率下的杨氏弹性模量、极限应力、极限应变等拉伸力学性能。结果表明,晶粒尺寸、温度和拉伸应变率对拉伸力学性能有较大影响。利用正交实验法,分别分析了杨氏弹性模量、极限应力和极限应变对晶粒尺寸、温度和拉伸应变率的敏感程度。结果表明,杨氏弹性模量和极限应力对影响因素的敏感程度由大到小依次为晶粒尺寸、温度和拉伸应变率;极限应变对影响因素的敏感程度由大到小依次为晶粒尺寸、拉伸应变率和温度。研究结果可为多晶石墨烯的理论研究和工程应用提供参考。     

数字图像相关方法在闭孔泡沫铝压缩试验中的应用

为了了解相对密度与胞孔结构对闭孔泡沫铝力学性能的影响,本文采用放大成像及数字图像相关技术对两种不同密度的泡沫纯铝试样进行了实验研究.利用数字图像相关方法对泡沫纯铝变形前后的图像进行相关计算,获得了弹性范围内静态压缩情况下闭孔泡沫铝材料表面的全场变形及局部孔结构的变形,同时根据试验结果计算了试件的名义弹性模量.实验结果表明泡沫铝整体孔结构的变形与泡沫金属材料相对密度有关,而单个孔结构的变形主要与孔壁面光滑程度和皱褶有关.实验结果还表明图像相关方法能够有效地应用于闭孔泡沫金属的力学性测量和评估的研究.     

含非完好界面粒子增强复合材料对弹性波的散射

采用波函数展开的方法研究了非完好界面条件下圆球形夹杂对弹性波的散射。以非完好界面的弹簧模型为基础，通过适当选取弹簧常数，研究了法向和切向界面参数对纵波和横波不同的散射效果。考虑了单个圆球夹杂的散射和颗粒增强复合材料中弹性波的多重散射，研究了复合材料中的有效波速和动态有效弹性常数。并针对金属基颗粒增强复合材料SiC-Al...     

气流作用下气道组织变形的流固耦合研究

悬雍垂腭咽成形术(UPPP)是一种治疗阻塞性睡眠呼吸暂停(OSA)的常规外科手术,然而由于手术作用机制仍不清楚,手术成功率较低.现有的研究大多忽略了患者上气道的具体形态以及呼吸作用下气道软组织的弹性变形,不足以有效指导手术治疗.文章基于OSA患者在术前、术后的CT扫描图像,构建了精确的三维上气道模型,通过双向流固耦合(FSI)计算,模拟研究了呼吸作用下上气道软组织的弹性变形和气道内气流流动情况.比较手术成功案例和失败案例中OSA患者上气道的流速、压力分布及气道弹性变形情况,从气道流体流动状态和气道软组织变形的角度解释了OSA的发生原因与手术作用机制.结果表明,最小横截面积尺寸并不是UPPP手术成功与否的决定性因素,成功的手术应当是减轻气道壁负压力程度、降低气道进出口之间的压降.此外,使用双向FSI方法,文章进一步构建了简化的人体二维软腭模型,探究了软腭弹性模量对吸气过程的影响,发现当软腭的弹性模量在0.5～1.5 MPa的范围内时,刚度更小的软腭会改善流场的流动情况,但也更易发生变形塌陷.文章所发展的流固模型为个性化预测手术效果提供了研究工具.     

一种基于平均场理论的格栅材料均匀化方法

将颗粒材料中发展的一种基于平均场理论的解析均匀化方法应用于二维周期格栅材料;依据尺度分离原理和统计均匀表征元概念构建了格栅材料的两尺度均匀化模型,包括细观杆件单元的本构关系、细观位移-宏观应变关系式以及应力的细观力学表达式;推导了两种二维周期格栅材料等效弹性参数包括弹性模量、泊松比和剪切弹性模量的细观力学表达式。结果表明:等边三角形结构等效为各向同性连续体时,弹性参数表达式与文献中其他方法所得结果一致;正方形结构均匀化为正交各向异性连续体时,主平面内弹性模量等于杆件单元轴向刚度,泊松比和剪切弹性模量分别由杆件单元的泊松比和剪切刚度决定,符合正方形格栅材料的力学特性;对于非主平面内的正方形本构矩阵,选取坐标轴与材料主轴夹角为45°的方向为例进行推导,本文方法与坐标变换方法所得结果一致。以上结果均验证了本文所发展方法的有效性。     

激光散斑法中的全场杨氏条纹

本文导出了全场杨氏条纹的计算公式,并提供了算例,这一观察方法对于测量离面转动及面内位移等都能适用.     

SH波对浅埋裂纹的半圆形凹陷地形的散射

采用Green函数方法，研究浅埋裂纹和含有圆形凹陷的弹性半空间对入射SH波的散射。首先取含有半圆形凹陷的弹性半空间，任意一点承受时间谐和的出平面线源荷载作用时的位移函数基本解作为Green函数；然后求解含半圆形凹陷的弹性半空间对SH波的散射问题；最后在裂纹实际存在位置利用Green函数实施裂纹的人工切割以恢复存在的裂纹，给出浅埋裂纹的半圆形凹陷弹性空间内的位移函数，进而求解裂纹存在对地表位移的影响。     

小问题

365．一条长为2m的黄铜管，外径D=150mm，壁厚δ=5mm，两端封闭，用直径d=2．5mm的钢丝在力F=400N作用下将管紧密地缠绕一层，然后受内压q=8MPa的作用，如图1所示，试求在内压作用前后管的应力(已知钢的弹性模量Es=200GPa，泊波松比μs=0．25，黄铜的弹性模量Ec=100GPa，泊松比μc=0．34)．     

近场波动模拟的一种应力人工边界

采用平面波和远场散射波混合透射，引入无限介质线弹性本构关系建立了一种应力人工 边界条件. 其优点在于边界结点反应与内部有限元结点反应采用相同的积分格式计算，有限 元积分方法稳定时不存在人工边界失稳问题. 数值算例表明：边界精度高于现有黏性边 界、黏弹性人工边界，以及一、二阶透射人工边界.     

一种由圆柱体试件的侧向压缩力-位移关系同时测量材料弹性模量和泊松比的新方法

材料的弹性模量和泊松比是材料表征的重要力学参数,传统的压缩试验需要同时测量荷载、压缩和横向变形,才能实现对弹性模量和泊松比的同时测量。本文从Hertz接触理论出发,推导出弹性圆柱体在侧向压缩下的位移-力关系公式,在该关系式中位移与力的关系除与试件的几何尺寸相关外,还取决于材料的弹性模量和泊松比。因此,可以通过对侧向压缩试验测得的力-位移关系进行非线性拟合,得到材料的弹性模量和泊松比。本文通过对硅胶材料开展轴向与侧向压缩试验,对比两种试验测量得到的弹性模量和泊松比,结果较为一致,验证了本文提出方法的可行性。对于模量较小的软物质,因加载过程的荷载常常较小,系统测量的位移可代表试件的变形位移,故本文提出的新测量方法特别适合应用于该类型材料的相关性能测量。     

TA2表面磁控溅射CNx/SiC薄膜的纳米压痕与摩擦磨损性能

采用室温磁控溅射技术在工业纯钛(TA2)表面制备出氮化碳/碳化硅(CNx/SiC)双层薄膜,SiC为中间层.研究了CNx薄膜的纳米压痕行为和摩擦磨损性能.试验结果表明:CNx薄膜的纳米硬度(H)为15.80 GPa,杨氏弹性模量(E)为130.88 GPa,硬度与弹性模量比值(H/E)为0.121;与φ4mm的氮化硅球对摩,在载荷1.96 N、室温Kokubo人体模拟体液条件下,CNx薄膜的磨损速率为10-6mm3/(m·N)级,摩擦系数约为0.124,磨损后薄膜未出现裂纹和剥落.分析表明,薄膜具有的良好抗磨性能与其H/E高、抗腐蚀性强以及摩擦系统摩擦系数低相一致.     

拉压不同弹性模量薄板上圆孔的应力分析

采用弹性理论研究了拉压不同弹性模量薄板上圆孔的孔边应力集中问题．采用广义虎克定律推导出了拉压不同弹性模量薄板上圆孔边的应力平衡方程,并联合利用应力函数及边界条件得到了拉压不同弹性模量薄板上圆孔边的应力表达式．算例分析表明,当薄板材料的拉压弹性模量相差较大时,采用经典弹性理论研究薄板上圆孔的孔边应力是不合适的,当经典弹性理论与拉压不同弹性模量弹性理论的计算结果间的差别超过工程允许误差5%时,应该采用拉压不同弹性模量弹性理论进行计算．