氧化锆口腔种植体的动态植入过程分析与设计

在牙科种植领域常使用的种植体材料多为纯钛或钛合金,然而钛金属种植体存在美学缺陷及潜在的致敏可能等问题.氧化锆陶瓷由于其高强度、美观性与生物相容性被认为是钛金属种植体的理想替代品,但目前国内对于氧化锆种植体的研究仍处于起步阶段.本文通过对氧化锆种植体及骨组织进行有限元建模,并对种植体的动态植入过程进行仿真,分析了骨组织内部的应力-应变状况.结果发现,随着植入深度的增加,种植体与骨组织的接触面积增大,松质骨内应力增加.考虑到骨组织的具体结构,将松质骨内的最大应力-应变作为分析的主要对象,结合损伤分析,对种植体模型进行了优化.此外,还设计了3种具有自攻刃设计的种植体模型,分别进行应力应变分析后确定了最优设计.之后建立了具有自攻刃设计的种植体模型,并模拟了临床的3种植入方案:螺纹成形、螺纹切割、螺纹成形与切割进行分析,通过分析得到螺纹成形与切割种植方案更为安全的结论.本文结果可以指导氧化锆种植体的结构设计以及植入时的条件设定等,为我国自主研发的氧化锆种植体进行了理论指导,为其早日进行临床应用指明了方向.     

脉冲CO2激光辐照K9玻璃的热力效应分析

利用有限元法对脉冲CO2激光辐照K9玻璃样品中的温度和应力分布进行了数值分析。对半径为20mm、厚为2mm的圆盘样品的计算结果表明,K9玻璃的损伤由环向应力控制,体损伤先于面损伤产生,且光斑半径和脉冲数目对损伤闽值有较大的影响,在激光光斑半径为5mm,脉宽为10肛s的条件下K9玻璃的单脉冲CO2激光的损伤闽值为0．5J,相应的能量密度为0．637 J／cm^2。损伤闽值随光斑半径的增大而增大,随脉冲数目的增加而变小。讨论了样品半径和厚度对损伤结果的影响,结果表明样品半径在10-20mm范围内所产生的拉伸应力较小。     

吸收杂质热辐射诱导光学薄膜破坏的热力机制

光学元件的破坏是限制高功率激光系统发展的主要问题,理解光学元件的破坏机制对于高功率激光系统的设计、运行参量选择以及器件技术发展有重要影响.以热辐射模型为基础研究了杂质吸收诱导光学薄膜破坏的热力过程.研究发现薄膜发生初始破坏所需时间很短,脉冲的大部分时间是引起薄膜发生更大的破坏.在考虑吸收杂质发生相变的情况下,计算了吸收杂质汽化对薄膜产生的蒸汽压力,论证了薄膜发生宏观破坏的可能性.此模型能很好地解释光学薄膜的平底坑破坏形貌.     

长期中子辐照Al-Mg-Si合金的压缩力学行为

利用材料试验机及分离式霍普金森压杆装置,开展长期中子辐照后的Al-Mg-Si合金（反应堆内实际服役近30年的LT21铝合金）在不同温度和应变率下压缩力学行为的实验研究,获得了实验温度、应变率对其屈服强度及流动应力的影响规律。结果表明：材料在一定的温度区间（−40～300 ℃）和应变率区间（0.001～3 000 s⁻¹）内,分别呈现出较为明显的温度效应与正应变率效应;其中在较低的温度（−80～−40 ℃）和较高的应变率（3 000～5 000 s⁻¹）区间力学性能受温度和应变率变化的影响较小;当温度升至300 ℃时,材料的塑性变形行为已趋于理想塑性流动。根据前述实验结果,计及材料内部的微观辐照缺陷对力学性能的影响,建立了考虑辐照损伤的Zerilli-Armstrong本构模型,模型的计算结果与前述实验结果吻合较好。结合文献中高纯铝的微观辐照缺陷的演化数据,对不同快中子辐照剂量LT21铝合金的屈服强度,以及另两个来自反应堆内不同受辐照区域试样在不同应变率和温度下的屈服强度进行了计算。上述研究表明,本文建立的考虑辐照损伤的Z-A本构方程不仅能较好地反映长期中子辐照后的Al-Mg-Si合金宏观应力和应变、应变率、温度等参数的关系,也能针对位错运动及辐照硬化机制进行较好地描述,并且能够为反应堆内相应结构元件的设计、运行和安全评估提供一定的参考。

     

不同化学溶液下砂岩Ⅰ型断裂韧度及其强度参数相关性的试验研究

论文通过长期浸泡的方法,以陕西铜川新区龙潭水库典型的库岸边坡的砂岩为研究对象,研究了浸泡在不同化学溶液下砂岩的力学特性及其损伤劣化机制,分析了经不同化学溶液腐蚀后试样的物理力学特性随化学腐蚀时间的劣化规律.研究发现:化学腐蚀后砂岩的物理力学特性均发生不同程度的劣化,其随化学腐蚀时间的劣化规律基本一致;但不同化学溶液下试样物理力学特性的劣化程度有所差异,酸性溶液(pH=3.0)加剧了砂岩的劣化程度,中性化学溶液对其损伤劣化程度也有一定的影响,试验初期,强碱性溶液下砂岩的劣化程度最小,但随着化学腐蚀时间的加长,强碱性溶液下的劣化程度逐渐加剧,大于中性溶液下的,但仍小于酸性溶液.化学腐蚀后砂岩试样均呈现出明显的弱化趋势,其断裂韧度KIC、抗压强度和抗拉强度的劣化程度显著,但各力学特征的劣化程度存在明显的差异,其中抗压强度的劣化程度相对减小,而其KIC的劣化程度较大;同时,化学腐蚀后砂岩的断裂韧度与抗拉强度、抗压强度间的一致性比较明显,存在明显线性关系.可以利用不同化学溶液下砂岩的裂纹扩展半径r来间接说明其力学特征发生损伤劣化的程度.     

光学元件兆声辅助化学刻蚀工艺参数优化

对传统的静态刻蚀方法进行了改进,提出了一种光学元件兆声辅助化学刻蚀新方法,并对传统静态刻蚀与兆声辅助化学刻蚀效果进行了对比分析,综合考虑刻蚀液的配比、刻蚀时间、添加活性剂种类和功率对光学元件激光损伤阈值的影响,通过正交设计实验优选出最佳的兆声辅助化学刻蚀工艺参数。结果表明：兆声清洗对各类杂质的去除效果要明显好于手工擦洗,兆声辅助化学刻蚀比传统的静态刻蚀有更高的刻蚀速率,在兆声的作用下刻蚀液能够进入到传统静态刻蚀难以进入的微裂纹中,对微裂纹等缺陷的刻蚀效果更为明显,能够将熔石英元件激光损伤阈值进一步提高。     

HF酸腐蚀提高K9基板损伤阈值

针对K9玻璃基板的HF酸化学腐蚀工艺开展研究,标定了40%和2%高低两种体积分数的HF酸的腐蚀速率;分析了基板表面形貌随腐蚀深度的变化规律;研究了腐蚀时间、HF酸体积分数、超声波工艺对激光损伤阈值的影响,提出了能够有效减少损伤敏感的氟硅盐沉淀、提高损伤阈值的优化腐蚀清洗工艺流程。采用优化的腐蚀清洗工艺流程进行了实验验证,结果表明用体积分数为2%的HF酸在高温和超声波条件下腐蚀90 s后,测得1064 nm波长激光作用下K9基板抗激光损伤阈值提高了75%。     

Damage Evolution Modelling for Rock Materials Based on the Principle of Least Energy Dissipation Rate within Irreversible Thermodynamics

The nonlinear mechanical behavior of rock significantly influences the design and construction of underground structures. Due to the complexity and diversity of the damage mechanisms of rock, the damage variable directly defined by partial-damage mechanisms is insufficient in reflecting the progressive-failure process of rock comprehensively. So, in this paper, a novel damage variable is introduced into the plastic-strain rate based on the theoretical framework of irreversible thermodynamics to overcome this defect. The general expression is derived according to the least energy dissipation rate principle. The proposed damage variable can represent the irreversible energy dissipation process and has a strictly theoretical basis in mechanics. Moreover, the granite and marble stress-strain curves are simulated and compared with the Lemaitre damage model, Mazars damage model, and statistical damage model. The results show that the form of the proposed damage variable is practical and straightforward and can better reflect the entire stress-strain relationship of rock. Furthermore, the initial value of the inelastic response strain can be given directly through the proposed damage variable. The model presented here can overcome the issue that the current models need to select the damage threshold indirectly or assume it in advance and ensures that the damage evolution characteristics follow the first principle entirely.     

水下爆炸对高桩码头毁伤效应的试验研究

为了研究水下爆炸作用下高桩码头的破坏模式和毁伤机理,考虑不同炸药位置,设计制作2个高桩码头模型,进行水下爆炸试验,记录了水下荷载数据和码头模型毁伤现象,探析了炸药位置对高桩码头毁伤效应和破坏机理的影响。研究表明：水下爆炸作用下码头受到2次超压荷载,分别为初始冲击波、水底反射波组成的冲击波载荷和气泡脉动载荷;水下爆炸作用下,高桩码头的主要毁伤部位为桩基的中部和顶部、面板、纵梁以及面板与纵、横梁连接处;炸药位置直接影响高桩码头破坏模式,减小爆距会加剧桩基毁伤效应,当炸药位于面板下方时,码头上部梁板结构的毁伤程度较大。

     

脉冲激光引起铜膜镜面的环形损伤波纹研究

用波长1.06μm、半高宽10ns的脉冲Nd:YAG激光辐照铜膜镜面,在激光辐照区,用光学显微镜观察到有规律的环形波纹状损伤图案,波纹平均周期约几十μm。通过对光路系统分析,认为样品前的小孔光阑对激光产生了菲涅尔衍射,使得在样品表面光强分布变成周期性环状分布。在极短的相互作用时间内,热扩散很小,损伤图案依赖于光强分布。并依据实验参数,用柯林斯公式对样品表面的光强分布进行了计算,所得光强分布的周期与损伤波纹的周期基本一致。