皮质骨断裂力学行为的实验研究

采用稳态裂纹扩展和疲劳裂纹扩展的实验, 研究了牛皮质骨横向和纵向裂纹扩展的断裂力学行为. 沿着两个方向制备了紧凑拉伸(CT)试件. 由于试件尺寸的限制,采用数值计算方法确定了裂纹尖端应力强度因子与裂纹长度的关系. 在实验中, 采用数字图像相关法精确测定裂纹尖端的位置. 由于裂纹沿横向扩展时有较大的偏斜, 将采用$J$积分测量其断裂韧性. 实验结果表明, 在裂纹扩展的一定范围内, 皮质骨的断裂韧度随着裂纹不断扩展而增大, 即表现出上升的阻力曲线(R-curve)性质.而皮质骨的横向裂纹扩展的断裂韧度要远远大于纵向裂纹扩展的断裂韧度, 表现出各向异性的阻力曲线行为. 在疲劳裂纹扩展中, 纵向疲劳裂纹扩展率要大于横向疲劳裂纹扩展率, 这说明皮质骨具有各向异性的疲劳裂纹扩展性质.      

复合材料螺栓连接性能的分散性和可靠性分析

本文通过对35个复合材料层合板螺栓连接试验件进行钉孔挤压试验,得到各个试件的挤压强度,然后采用统计分析的方法,研究复合材料层合板螺栓连接挤压强度的分散性规律。研究表明,复合材料层合板螺栓连接挤压强度的分散性模型可以用正态分布、对数正态分布以及威布尔分布三种模型模拟,其中以威布尔分布拟合效果最好,其次是正态分布。另外,本文采用极大似然估计方法给出了三个模型的分布参数。最后,利用蒙特卡洛法和雷-菲法计算了三种分布模型下的失效概率。结果表明,威布尔分布的失效概率最大,而对数正态分布的失效概率最小。     

不同形状压头作用下的压痕蠕变数值研究

采用有限元方法分析了圆锥压头、球形压头和圆柱形平压头作用下铝合金(2A12)的压痕蠕变行为,给出了三种压头作用下的等效蠕变应变、压痕深度-时间曲线和硬度-时间曲线.对于给定尺寸的三种压头,在相同载荷作用下,圆锥压头作用下的最大等效蠕变应变最大,圆柱形平压头作用下的最大等效蠕变应变最小;不同形状压头的压痕深度-时间曲线相似,由"瞬态蠕变"和"稳态蠕变"两段组成;而硬度随时间和压痕深度均呈现递减的趋势,不存在稳态数值.结果表明,在研究高温压痕蠕变现象、确定材料蠕变参数方面,平压头具有相当的优势:压头下方的应力场相对稳定,可不考虑摩擦和堆积的影响,计算简便准确.     

机械可靠性分析的高精度响应面法

通过对已有可靠性分析中的响应面法的研究,提出了一种高精度的响应面法,该方法通过迭代线性插值的策略,来保证确定响应面的抽样点比经典的响应面法更接近真实的极限状态方程,并且该方法通过序列线性插值的方法来控制抽样点与插值中心点的距离,保证随着插值中心点收敛于真实设计点,抽样点提供更多的关于设计点附近真实极限状态方程的信息,进而保证了收敛的响应面能够在设计点附近更好地拟合真实的极限状态方程,并得到高精度的失效概率计算结果．算例充分说明了所提方法的合理性与适用性．     

隐式极限状态方程可靠性研究

针对非线性隐式极限状态方程失效概率的计算,提出了精度更高的改进的均值二次法,并提出了与响应面法相结合的改进均值法,给出了所提方法的实现策略．具体算例表明,改进的均值二次法的精度较改进的均值一次法有明显提高,而改进均值法与响应面法结合后的精度改善更为明显,并且这种结合方法对响应面法的插值点位置不敏感,插值点在较大范围内变化均能得到稳健的高精度结果,从而说明所提方法的有效性．     

复合材料层合板的数值分析与实验

本文用云纹干涉法和逐层分析有限元法研究了Gr/PEEK[0/45－45/90]2S复合材抖层合板的变化特征,在层与层交接处,特别是0°与45°和一45°与90°层交接处,位移存在较明显的变化,说明这两种层接处有比较大的层间应力,是脱层的易发处.计算与实验结果都证实了这种变形特征．     

小波包熵的复杂体系近红外光谱信息提取

有用信息提取是复杂体系近红外检测的重点和难点之一。由于复杂体系光谱中存在各种噪声、基线漂移、谱带重叠及复杂背景的干扰,常规方法不能准确地从光谱中获得有用信息。为此,将小波包变换(DWPT)和信息熵理论相结合--小波包熵(EWPIE)提取复杂体系光谱中的有用信息。思路是采用小波包变换对光谱信号进行多频带分解,根据有用信号与噪声的频带分布特点,基于信息熵理论滤除干扰的频率分量,采用正交校正法(OSC)剔除与被测组分无关的信息,然后对处理后的频率分量进行重构,从而实现复杂体系有用信息的准确提取。通过对复杂体系光谱数据建立多元校正模型来验证该方法的效果。采用牛奶的近红外光谱数据,以牛奶中脂肪和蛋白质浓度为研究对象,建立了偏最小二乘法(PLS)模型。结果显示,牛奶中脂肪和蛋白质的预测均方根误差(RMSEP)分别为0.132%和0.121%,与单纯的DWPT和OSC相比,EWPIE能够有效地提取有用信息,避免了无用信息的干扰,明显提高了模型的预测精度,对复杂体系的准确检测具有一定的理论意义和实际应用价值。     

基于格林函数法的奇型Mathieu-Gaussian光束

根据光束传播的独立性和叠加性原理,引入了一组能够产生第一类(2n+2阶)奇型Mathieu-Gaussian光束的虚光源点.利用虚源点技术和格林函数法,计算得到第一类奇型Mathieu-Gaussian光束的严格解析积分表达式.利用该表达式得到了轴上光场分布的积分解析解.以三阶非旁轴修正为例,得到了第一类奇型Mathieu-Gaussian光束保留到三阶非旁轴修正项的轴上光场分布精确解.     

Control of the interparticle spacing in superparamagnetic iron oxide nanoparticle clusters by surface ligand engineering

Polymer-mediated self-assembly of superparamagnetic iron oxide(SPIO) nanoparticles allows modulation of the structure of SPIO nanocrystal cluster and their magnetic properties. In this study, dopamine-functionalized polyesters(DApolyester) were used to directly control the magnetic nanoparticle spacing and its effect on magnetic resonance relaxation properties of these clusters was investigated. Monodisperse SPIO nanocrystals with different surface coating materials(poly(ε-caprolactone), poly(lactic acid)) of different molecular weights containing dopamine(DA) structure(DA-PCL2k,DA-PCL1k, DA-PLA1k)) were prepared via ligand exchange reaction, and these nanocrystals were encapsulated inside amphiphilic polymer micelles to modulate the SPIO nanocrystal interparticle spacing. Small-angle x-ray scattering(SAXS)was applied to quantify the interparticle spacing of SPIO clusters. The results demonstrated that the tailored magnetic nanoparticle clusters featured controllable interparticle spacing providing directly by the different surface coating of SPIO nanocrystals. Systematic modulation of SPIO nanocrystal interparticle spacing can regulate the saturation magnetization(Ms) and T_2 relaxation of the aggregation, and lead to increased magnetic resonance(MR) relaxation properties with decreased interparticle spacing.     

Sm3+掺杂棒状BiPO4微晶的制备及其光催化活性增强机理

以Sm(NO3)3、NH4H2PO4和Bi(NO3)3为原料,采用水热法合成了Sm3+掺杂棒状BiPO4光催化剂.采用XRD、SEM、UV-Vis吸收光谱、BET比表面积测试等手段对其组成、晶型、粒径、形貌及比表面积等进行了表征,并以金卤灯模拟可见光,以甲基橙和邻硝基苯酚为模型污染物,对其光催化性能进行了评价和分析.XRD和SEM分析表明,Sm3+掺杂进入BiPO4的晶格,导致其晶胞参数发生变化,但对其物相结构和形貌的影响不明显;UV-Vis吸收光谱测试表明,Sm3+掺杂使BiPO4在紫外光区的吸收减弱,可见光区略有增强.光催化实验表明,Sm3+掺杂后BiPO4的光催化活性与掺杂量密切相关,当Sm3掺杂量为0.75at;时光催化活性提高较显著.根据实验结果和文献报道,论文对Sm3+掺杂后BiPO4活性提高机理进行了探讨,认为Sm3+掺杂后BiPO4光生电子-空穴分离效率提高是影响其活性的主要因素.