交变电场作用下骨表面温升的实验研究

骨具有力电性质,这一性质可促进骨组织生长。骨既是生理器官又是介电材料,在交变电场作用下,其表现行为可能有生理作用。为此,本文测量了骨悬臂梁试样在交变电场下的表面温升与顶端挠度。发现在电压70V,频率为10~70kHz的交流电场下,最大表面温升达到2~4℃,最大挠度变化为9.0~78.7μm;在频率10kHz,电压为70~175V的交流电场下,最大表面温升达到4~6℃,最大挠度变化为13.0~114.3μm。同时测量了两种经典介电材料有机玻璃和聚乙烯在交变电场下的温升与顶端挠度,最大温升低于0.5℃,但是挠度与骨试样相当,所以相对高温升是骨特有的性质。将交流电压有效值替换成相同幅值的直流电压时,最大温升也低于0.5℃,基本没有挠度变化,所以相对的高温升反映了骨的交流性质。分析后认为,骨在交变电场作用下的温升由胶原的介电损耗引起。实验数据显示,骨在交变电场下,表面温度变化与加载电压的平方成正比,且在实验加载的10~70kHz频段内,骨的介电常数随频率的变化明显。     

宽音频扫描加载的电子剪切散斑技术在多层粘接板结构无损检测中的应用

本文利用宽音频自动扫描加载的电子剪切散斑干涉技术对多层粘接板结构进行了时实检测，结果表明，这种方法能够同时测定板的多个位置、大小和形状各不相同缺陷，迅速准确地对多层粘接板结构质量作出判断，同时根据到试过程中记录的共振频率等各种信息，可以进一步对被测部分的振动位移及缺陷深度进行定量分析．     

一种基于图像相关的双图像法测量细观试件弹性模量的方法

本文提出了一种基于图像相关的双图像法测量弹性模量的方法,测试精确度比单图像方法的精确度提高了一个量级,通过实验验证了方法的可靠性。利用双图像法对细观尺度不锈钢薄带和牛骨试件的拉伸弹性模量进行了测量,发现牛骨试件的拉伸弹性模量随着厚度的减小而减小。     

切应力对牛骨蠕变变形的影响研究

骨尤其是湿骨,在恒定载荷作用下会发生蠕变变形。为了确定切应力是否影响骨的蠕变变形,采用对骨薄板试样分别施加集中载荷和均布载荷的方式,测量试样挠度实时的变化曲线。结果显示,在载荷恒定时,骨试样的挠度随时间不断增加,体现了典型的蠕变特性。集中荷载下骨的蠕变变形远大于均布荷载下骨的蠕变变形,湿骨的蠕变位移比干骨高近7倍。分析认为,对试样粘弹性性质的影响不仅有正应力的作用,也有切应力的作用;切应力产生的蠕变变形约为正应力所产生蠕变变形的0.85倍。     

柔性触觉传感器的研制

本文研制了一种柔性电容式触觉传感器,用来实现对法向力与切向力的测量。该传感器采用超弹性柔性电极,与传统金属电极相比具有更高的灵敏度与柔韧性。传感器采取了上下两层的四电容结构,从而对三个方向的力有不同的灵敏度,并通过对外力作用所引起的四个电容值变化进行组合运算实现对外力的检测。通过一系列实验测试了传感器的输出特性,实验结果表明传感器可以实现对法向力与切向力的测量。其中,x,y,z三个方向力的灵敏度分别可以达到2.356pf/N、2.122pf/N和0.243pf/N。此外,通过对传感器的拉伸测试表明,所研制的柔性电极传感器可以承受大于25%的拉伸率而不被损坏,而普通金属电极传感器则最大只能承受3.13%的拉伸率。     

基于电子万能试验机的新型压杆稳定实验装置

本文介绍了一种基于电子万能试验机开发的新型压杆稳定实验装置。该装置利用电子万能试验机自身传感设备,通过测量压杆两端受力与绘制端部轴向位移曲线来确定压杆失稳荷载。装置包括上、中、下三个约束部分与压杆试样部分,可实现两端固支、两端铰支、一端固支一端铰支和一端固支一端自由等4种不同端部约束型式,并且能够施加中部固支约束与压杆初始偏心。本文同时讨论了两种铰支型式,即刀刃铰支与轴承铰支对测试精度的影响。实验表明,轴承铰支测量精度比刀刃铰支高。该套装置的整体测量精度高,与理论值的相对误差最高为2%。     

利用分形相关法测量股骨头剖开面的面内位移

由于股骨头内松质骨结构的复杂性,对股骨头内骨小梁的应力和变形的分析与测试十分困难。在已经开展的这一方面的研究工作中主要是进行松质骨试样的宏观力学性能测试。随着计算机和图像技术的发展,图像及图像相关方法开始被用来进行松质骨的生物力学研究,这是非接触的测量方法,可以用来测量松质骨的表面位移场。本文利用图像相关方法在宏观尺度下测量了股骨头受外力作用时冠状面的面内的位移分布,作为进一步探索的开端。尽管松质骨表面的凹凸不平性对测量精度有影响,但是,还是可以分析出面内位移的分布特点。     

湿骨内动态力—电电位的因素分析

本文通过实验测出了在动态压力作用下缓冲液自板形骨试件的不同表面流入时的动态力－电电位波形。修正了以前的结论，分析了瞬态和稳态时力－电电位产生的原因，证明无论瞬态还是稳态时的力－电电位主要产生于流动电位而并非压电效应。     

图像相关位移测量中的预定位搜索法

本文研究了散斑图像中所包合的位移信息后，发现一般情况下，表征被测物体表面变形的位移只有几个像素，而刚体位移却比变形位移大的多、尤其是小视场时刚体位移可达几十个像素．于是，提出了一种直接越过刚体位移的预定位搜索方法，这一方法基本上克服了刚体位移，使相关搜索速度大为提高并通过实验证明了方法的有效性．     

一种冲击动应力的实验系统与结果分析

为探究以材料力学理论为基础的冲击动应力问题实际与理论结果的差别程度,设计开发了冲击动应力实验装置,并测量了重锤在不同冲击高度下冲击悬臂梁的动荷系数. 同时利用ANSYS/LS-DYNA 软件对同一问题进行了数值模拟. 动荷系数模拟结果与实验值的相对差不超过3.1%,与理论值相对差在14%～23%之间. 实验和数值模拟起到相互印证的作用. 这一结论加强了对冲击动应力问题的模型、理论和误差范围的理解,在实际应用中有助于对误差范围的判断.