短碳纤维增强聚醚醚酮内接骨板应用于断骨修复过程的有限元模拟

聚醚醚酮(PEEK)作为内植入材料,具有优良的生物相容性、力学性能和透X光等特点。在国外,用该材料制成的商业化产品,包括椎间融合器、牙冠和心脏瓣膜等,已经得到FDA认可。该材料经过纤维等手段增强后,性能可以任意调整到和植入部位组织或骨力学性能匹配,能制作出所需要的植入件。它有望取代骨科金属材料,成为内植入件的主流材料。在先期完成短碳纤维增强PEEK复合材料内接骨板制备和性能测量的基础上,本文选用具有代表性的不同弹性模量的4种骨板(不锈钢骨板、Ti6A14V骨板、碳/羟磷灰石骨板、C/PEEK骨板),采用有限元软件建立正常骨-骨板-断骨三维有限元模型,对骨修复过程中的3个阶段(断骨修复程度1%、50%、75%)分别进行模拟。结果表明:4种内接骨板在断骨处都会产生应力遮挡的现象。随着骨板弹性模量的增大,紧贴骨板下断骨中应力遮挡率越大,有骨板处和其对面没有骨板处应力遮挡率相差变大,没有骨板处断骨最大应变越大,且该处断骨层出现变薄的现象;在螺钉上产生的最大应力也增大,应力集中更明显,骨板内应力集中也越明显,C/PEEK骨板能明显地降低应力屏蔽。

螺栓微量残余变形的测量

本文在详细分析螺栓微量残余变形测量特殊性的基础上，设计了测量螺栓微量残余变形的专用装置，该装置可保证测量准确可靠；又具有结构简单，自动脱离，易操作、易维修等优点。

板料超塑性变形时表面粗糙度演化

应用超塑性变形 /扩散连接 ( SPF/DB)组合工艺时 ,欲连接的表面粗糙度是影响连接所需时间和连接质量的主要因素之一。通过实验研究 Ti6Al4V、Ti451 ( CORONA5)钛合金和 LY1 2 CZ铝合金超塑性变形时表面粗糙度演化规律 ,表明了超塑性变形可引起明显的表面粗化 ;粗化速率和表面粗糙增量均不受初始粗糙度的影响。因此对扩散连接工艺和接头质量预测时使用连接前表面瞬时粗糙度 ,而不再使用变形前初始表面粗糙度。

海洋环境中微生物腐蚀及其防护研究进展

微生物腐蚀是当前我国海洋工程设施发展亟待解决的问题。综述了近几年来海洋环境中微生物腐蚀的研究方法及其防控措施,重点对液中高压脉冲电场杀菌技术做了详细的概括和分析。

纤维束展开宽度的理论计算

纤维束的充分展开效果对实现高黏度热塑性树脂的浸渍尤为重要。Wilson提出了计算纤维束展开宽度的模型。该模型仅适用于计算纤维在直型辊上的展开宽度。对Wilson的模型进行改进,不采用Wilson模型的近似代换,建立了更具有物理意义的新模型。并且对新模型进行扩充,使其能模拟纤维在曲型辊上的展开。对得到的模型进行模拟,发现纤维束展开的宽度与展开辊间高度差成正比,与曲型辊的曲率半径成反比,且模拟得到的结果能很好地与实验数据吻合。

测定大型管钳扭矩的简便方法

本文介绍测定管钳钳口处扭矩值的一种电测方法.文章在分析钳口处扭矩特点的基础上,提出在管钳适当位置粘贴应变计,使整个管钳成为一个传感器的想法。其输出信号接入峰值保持数显仪上,记录下来的数值就是钳口处的最大扭矩值.测量准确,使用方便。

30CrMnSi韧性损伤D值的测定

本文作者基于Lemaitre的假设和自行设计的测量系统,获得了退火态30CrMnSi在单向拉伸变形过程中韧性损伤D值与塑性累积应变ε_p的关系。结果表明:该材料的韧性损伤随着塑性累积应变的增大而加剧,损伤的增大速率具有阶段性;且30CrMnSi材料的损伤临界值D。为0.60。

晶圆化学机械抛光中保持环压力的有限元分析

在集成电路(IC)行业中,化学机械抛光(CMP)是获得全局平坦化的技术。随着晶圆直径的增加,在CMP加工过程中,晶圆边缘容易出现"过磨(over-grinding)"现象,降低了平坦度和晶圆利用率。在晶圆外部施加保持环可以把晶圆中心处和边缘处的抛光垫压平到一致高度,克服晶圆边缘的"过磨"现象。由此说明,保持环上施加的压力起着至关重要的作用。在实际中,晶圆和CMP工艺成本高,依靠实验探索CMP加工后晶圆边缘效应的规律不可行,所以保持环压力不宜通过实验方法确定,需要借助其它方法预测该压力。文中采用有限元模拟的方法分析保持环压力,得出了保持环压力与晶圆压力比值的最优值,并且研究了晶圆与保持环的间隙对最优压力的影响规律。针对不同CMP工艺,保持环压力能够迅速确定,从而提高晶圆抛光质量及利用率,降低晶圆制造成本。

等离子喷涂生物材料涂层的研究进展及应用

等离子喷涂是一种较为成熟的热喷涂技术,其制备的生物材料涂层具备优良的生物活性、良好的生物稳定性、与基体结合强度较高等突出的优点。根据国内外针对该领域的研究热点,综合介绍了多种采用等离子喷涂技术制备的生物陶瓷涂层和高聚合物涂层,分析了涂层的物理及化学特性,以及涂层的主要应用研究现状,并从涂层的生物相容性、稳定性、界面结合强度等研究方向出发分别对所制得涂层的厚度、梯度、均匀度等重要参数进行了研究。最后,对等离子喷涂制备生物材料涂层领域的后续研究进行了展望。

骨折愈合中组织分化的力学调节模型

骨折愈合对力学环境非常敏感,建立骨折愈合过程中组织分化与力学环境关系的模型,对骨科理论、手术、器械和治疗等有很大的意义。几种力学调节组织分化的模型分别在骨折组织的力学本构关系、调节分化的主要力学分量和组织分化的量化计算等方面各有侧重。通过比较分析得出,所有模型都能够模拟出骨折愈合的重要方面;在单变量调节组织分化模型中,偏应变能够正确地模拟骨折的愈合过程,而体积分量(如孔隙压力和间隙流体速度)则不能,由此推出偏分量可能是引导组织分化较显著的力学参数。

粉末涂层流平过程与仿真与参数优化

粉末涂层技术广泛应用于机械制造加工领域,控制粉末涂料的成膜过程有助于得到光滑涂膜。现阶段对影响涂膜质量的参数尚无定量研究,通过对粉末涂料成膜过程的流平阶段进行仿真,加入温度对表面张力和熔融黏度的影响,借助数学模型得到温度、峰间距离、粒径等参数对流平时间的影响值,发现高温、小的峰间距离、小粒径等因素有利于流平,并得到熔融黏度的大小对涂膜流动的定量影响。该模型具有一定的通用性,有助于在生产中选择合理参数,提高涂膜质量,实现快速喷涂。

材料自蔓延合成磁场环境的产生方法及强磁体研制

为了研究磁场环境对自蔓延高温合成的影响，从而利用磁场环境合成出所需材料，本文设计和制作了用于开展磁场环境下自蔓延高温合成（SHS）材料试验的强磁体。通过永磁铁磁场和通电线圈产生磁场的叠加。在实验区域产生特斯拉级强度。其中的关键技术有：同时改变永磁铁磁场方向或通电线圈中电流大小。实现连续改变实验区磁场强度（0－1T），采用蓄电池供给短时间大电流。与同等强度的传统磁体比较．该磁体重量和成本降低1／10。

FDTD法模拟二维弹性模型中冲击波的传递

基于液电冲击波效应的碎石机在治疗尿路结石和矿业碎石等方面都已经很好地应用。目前的碎石机,不能根据石头特征产生最佳的冲击波特征和次数,医疗中容易对机体组织产生损伤,矿业中容易导致效率低。发展一种能够实时检测目标石头特征,并产生对应最佳冲击波和冲击次数的智能型碎石机是本项目研究的最终目的。为此,需要建立冲击波在目标中的传递和致裂模型。笔者采用时域有限差分法(finite difference time domain,FDTD),数值模拟了冲击波在二维线弹性模型中的传播过程。结果表明:在目标远端的内部,由于冲击波的再次聚焦,产生最大的拉应力和剪应力,这是导致结石最初碎裂的主要原因和位置。

体外超声碎石机声场仿真

体外冲击波碎石机(Extracorporeal shock wave lithotripter,ESWL)是治疗结石的主要手段,现阶段对其微观工作机理、动态声场分布等问题的研究尚处于起步阶段。通过对ESWL声场的建模及仿真可以对上述性能的研究带来很大的帮助。应用非线性传播方程建立了ESWL声场的数学模型,并通过有限差分算法结合MATLAB软件的图形模块进行了数值仿真。模型不仅考虑了非线性的影响,还引入了衍射、和热粘性吸收对声波的作用,最大限度地与实际声场所受到的各种影响保持一致。仿真很好地反映出ESWL产生的高强度超声波传播的非线性及一些与线性声波传播显著不同的特性。对形象地了解ESWL声波的传播过程和ESWL反射罩优化设计有很好的参考价值。

高压液相脉冲放电技术去除船体钢表面SRB微生物膜

对高压液相脉冲放电技术去除船体钢表面附着的硫酸盐还原菌(SRB)微生物膜进行了研究。结果表明,高压液相脉冲放电技术所产生的机械冲击波、空化作用、紫外光、高密度等离子体等复合效应对去除SRB微生物膜具有很好的效果。初步确定最佳工艺参数为:放电电压10 kV、储能电容1.5μF,在此条件下,高压液相脉冲放电技术的有效控制时间约为66 h。

全长锚固锚杆作用机理研究现状

概括和总结了国内外在全长锚固锚杆作用机理方面的研究现状，介绍了一些这方面的最新科研成果。

酵母抽提物生产的理论与实践

本文从理论到实践对酵母抽提物的生产进行了详细介绍 ,对生产具有一定的指导意义。

多辊轴辅助高黏树脂熔融浸渍连续纤维工艺的影响因素

针对多辊轴辅助高黏树脂熔融浸渍连续纤维的过程,基于达西定律、微元法及展开理论,建立了包含各影响因素的浸渍表达式。对所建立的表达式赋予实验条件进行计算,结果与已有实验结果吻合良好。理论分析表明:用辊轴法对纤维束进行分散,当多辊轴水平布置时,对纤维展开辅助作用比较小,应采用错位排列;辊轴个数增加,纤维张力增加(增加纤维断裂风险),宜采用3～5个辊轴。

包含毛细流动的自蔓延高温合成过程的模型和模拟

目前的自蔓延高温合成(self-propagating high-temperature synthesis,SHS)模拟过程都是采用只考虑传热过程的Fourier模型,没有反映流动和扩散等传质过程及其对传热的影响。在压实材料的SHS过程中,因为燃烧、熔化和冷却过程都很快,使得对流和扩散行为来不及充分进行;然而在这种密实体中,毛细流动会很快,成为SHS过程中主要的传质行为。据此,首先推导出毛细流动引起的填充率变化函数,再将填充率与Fourier模型结合,推导出同时包含传质和传热的新模型;用Fourier模型与新模型分别对Ti–C体系的SHS过程进行数值模拟,结果表明:新模型得到的模拟结果有燃烧温度高、燃烧面长、燃烧前沿稳定、蔓延速率低等明显变化;新模型可以同时反映传热和传质行为,更符合实际过程,从而有助于深入理解SHS过程。