流体切应力对铜绿微囊藻细胞活性的影响

为讨论流体切应力对铜绿微囊藻细胞活性的影响,本文研究了铜绿微囊藻在0.0,0.3,0.6,0.9Pa切应力作用下的生长情况,并分析了藻细胞生理指标以及藻液指标的变化情况.结果显示,低于0.6Pa的切应力能使藻细胞密度和光合色素含量不断增加,从而促进铜绿微囊藻的生长繁殖.其中0.6Pa对藻细胞生长最有利,此条件既能提高藻细胞光合作用强度和营养盐利用率,又未过度破坏细胞结构.但0.9Pa高切应力将通过对藻细胞结构的破坏来影响膜渗透性,进而抑制铜绿微囊藻生长与代谢.研究表明,流体切应力对铜绿微囊藻细胞的影响体现为“低促高抑”,即适度切应力能够增强铜绿微囊藻细胞的活性,而高切应力会抑制其生长.本文结果将为湖泊水库等水体铜绿微囊藻水华的预防和治理提供了新的思路和方案.

3D打印髋关节植入体疲劳性能的拓扑优化

背景 3D打印钛合金存在数量极大的微孔缺陷及组织缺陷,使得结构疲劳寿命极大降低,同时由于假体与股骨的弹性模量不匹配会产生应力遮挡诱发骨溶解,相应部位假体缺乏骨支撑会增大柄中应力,极易产生疲劳失效。目的为保证假体疲劳寿命同时减小应力遮挡效应,建立股骨-假体系统模型对假体柄进行结构优化设计。方法建立某型号髋关节假体三维模型,与逆向工程软件mimics建立的股骨模型进行布尔运算,获得用于计算的股骨-假体系统。采用各向同性材料惩罚模型(SIMP),选取走路和爬楼梯两个工况下的最大载荷,在不同接触属性下结合实验所得3D打印钛合金S-N曲线,以疲劳寿命为约束,体积最小为目标进行优化,得到表征材料分布的密度云图。依据计算结果进行三维重建,获得新的假体构型,并在优化构型的基础上进行静力和疲劳寿命分析。结果优化结果为近端开孔的假体构型,同时由于外载荷的不对称性,近端为非对称开孔,假体疲劳性能随着孔径的增大而降低,应力遮挡随着孔径的增加而减小。结论假体近端开孔能够降低假体刚度,在远端固定较强时增加近端股骨的相互作用,从而减小应力遮挡,开孔后远端最大应力降低,有利于假体疲劳性能的提高,但远端固定效应不会随着孔径增加而减小。