基于有限元计算的Ⅰ型凹痕管道峰值周期应力分析

凹痕缺陷是影响管道疲劳寿命的重要因素之一,它会大大降低在役管道的疲劳寿命。而凹痕管道上的峰值周期应力则是计算管道疲劳寿命的关键参数。针对管道上的Ⅰ型典型凹痕缺陷建立不同情况下的有限元模型;对大量计算结果进行整理、归纳、作图,在此基础上,对结果进行单因素和多因素分析;采用非线性回归分析方法,利用Matlab对大量计算结果进行拟合,得到一定适用范围下凹痕管道峰值周期应力与凹痕深度、管径、壁厚以及凹痕纵向长度之间的具体关系表达式。

周期应力下非线性退化建模与剩余寿命估计

针对设备在贮存和工作过程中可能存在受到周期性特征应力作用的问题,基于扩散过程,提出一种周期应力作用下的非线性退化模型,并在首达时间意义下,推导得到解析形式的剩余寿命分布函数,给出参数的极大似然估计方法。仿真实验的统计分析验证所提模型的正确性,并说明所提剩余寿命估计方法优于线性建模方法,具有潜在工程应用价值。

水浸煤体周期应力承载特征研究

针对地下水库煤柱坝体长期在水浸-周期应力作用下渐进损伤问题,以陕西某矿地下水库工程为背景,通过现场调研、理论分析、实验室实验等方法分析了工作面末采阶段煤柱坝体所受应力环境,探究了周期应力以及水浸对煤体的破坏规律。结果表明:煤柱坝体形成前受采动影响存在诸多次生裂隙,形成以后受水浸以及相邻工作面的采动影响,应力呈多次循环加、卸载特征;煤体单轴压缩时抗压强度为18.40 MPa,破断载荷为36.11 kN,循环加卸载1、2、3次的破坏载荷分别为35.27、29.15、27.45 kN,表明周期应力有加剧煤体损伤的作用;随着水浸时间及加卸载循环次数的增加,煤体强度逐渐降低,无水浸加卸载1次条件下煤块强度为17.97 MPa,水浸21 d加卸载3次时强度为10.78 MPa。

周期性剪切应力作用下碎石的滑移特性

为了研究碎石材料在周期性剪切荷载条件下的滑移特性,使用自主研发的多功能动剪试验机,对碎石试样施加恒定的法向应力,以及不同峰值、谷值和频率的水平方向周期性剪切应力,监测试样在加载过程中剪切位移随时间的变化情况,并分析剪切位移增量的变化情况以及整个加载期内剪切应力对应的能量密度。研究结果表明:周期性剪切应力引起的滑移特征与其峰值、谷值和频率有关;周期性剪切应力会导致碎石材料的滑移跃变,且出现滑移跃变点的条件与加载期内的能量密度有关,可根据能量密度范围将试样的滑移状态划分为三个区域,即稳定区、过渡区和跃变区。

周期性张应力促进兔髁状突软骨细胞的增殖

背景:髁状突是下颌最重要的生长区之一,终生具有生长改建能力。在体内条件下,细胞力学的功能研究因其所处生理环境的复杂性、刺激因素传导的不定向性、实验条件的不易控制性而很难得到满意结果,应力刺激对髁状突软骨细胞的直接影响需要进一步行体外研究。目的:观察周期性张应力对体外培养兔髁状突软骨细胞生长增殖的影响。方法:体外分离培养及鉴定兔髁状突软骨细胞,在细胞培养至第3代时使用细胞加力装置对细胞施加强度为10%,频率为6循环/min的周期性张应力,作用时间分别为1,6,12和24 h,并设置未加力组作为对照。应用流式细胞仪检测细胞生长周期,应用MTT法分析细胞的增殖活性。结果与结论:在周期性张应力下,髁状突软骨细胞流式细胞仪检测结果显示在加力6 h和12 h,加力组细胞生长周期开始有显著性变化,在24 h达到实验最大值,差异有显著性意义(P<0.01)。MTT检测结果示细胞生长活跃,在6,12 h与对照组有明显变化,在24 h达到实验最大值,差异有显著性意义(P<0.01)。提示周期性张应力可明显促进髁状突细胞增殖,在24 h内具有持续促进作用。

周期性张应力对人牙周膜细胞Periostin表达的影响

目的:研究在机械力作用下人牙周膜细胞(h PDLCs)内Periositn(PN)m RNA和蛋白的表达变化。方法:采用组织块酶消化法培养h PDLCs,经鉴定后将第4代细胞随机分为4个实验组和1个对照组(非加力组),4个实验组分别采用Flexcell-5000 Tension System应力加载系统对h PDLCs加载6、12、24、48 h的周期性张应力;然后采用q RT-PCR、Western blot分别检测各组h PDLCs中PN m RNA和蛋白的表达变化。结果:在正常h PDLCs中表达PN m RNA和蛋白;与对照组相比,加力6 h后,PN m RNA和蛋白的表达水平均明显降低(P<0.05);加力12 h后,PN m RNA和蛋白的表达均逐渐升高,并持续至24 h达最高水平(P<0.05);而在加力48 h时,PN m RNA和蛋白表达均明显下降,并恢复至对照组的表达水平(P>0.05)。结论:机械力可诱导h PDLCs中PN的表达增强及活化,且具有时间依赖性;提示PN可能参与了细胞内生物力学信号的转导。

周期性张应力作用下成骨样细胞MG-63中c-fos基因和丝状肌动蛋白相互关系的研究

目的探讨成骨样细胞MG-63中c-fos基因和细胞骨架丝状肌动蛋白(F-actin)的相互关系。方法对MG-63细胞施加周期性张应力,频率为0.5 Hz,细胞应变为2 000μstrain,按3、6、12 h不同时间段进行加载,采用荧光定量聚合酶链反应(PCR)检测c-fos mRNA的变化,筛选最佳加载时间点,并作为实验组和0 h组进行对比,检测在细胞松弛素D作用下c-fos mRNA和F-actin的表达变化。结果周期性张应力可以诱导c-fos mRNA的表达增加,至3 h达到峰值;在周期性张应力作用下,MG-63细胞中F-actin的结构、排列发生改变,但荧光强度无明显变化;经细胞松弛素D处理后,张应力作用下的MG-63细胞的应力纤维明显减少,F-actin荧光强度降低,c-fos mRNA表达受抑制。结论周期性张应力作用下,F-actin的量并没有明显变化,只是出现了结构上的重组,且重组的是既有的F-actin。F-actin重组是应力诱导c-fos基因高表达的一个重要环节。

成肌细胞体外培养-力学刺激模型与周期性张应力的影响

背景:内质网应激参与多种疾病的发生发展过程,如动脉粥样硬化、糖尿病、阿尔茨海默病,GRP78是内质网应激的标志蛋白,GRP78的表达水平反映内质网应激的程度。目的:研究周期性张应力对L6大鼠成肌细胞GRP78表达的影响,以明确周期性张应力与内质网应激的关系。方法:在成功构建L6大鼠成肌细胞体外培养力学刺激模型的基础上,采用RT-PCR和Western blot法分析周期性张应力对GRP78 mRNA和蛋白表达的影响。加力组分别给予1,6,12,24 h的力学刺激,加载频率为10 cycles/min,拉伸变形幅度为15%。对照组与实验组在同时种板,不给予力刺激。结果与结论:GRP78 mRNA随着加力时间的延长呈一致上升趋势,与对照组相比,差异均有显著性意义(P<0.05);GRP78蛋白在加力1 h后,蛋白表达量开始升高,加力6 h后蛋白表达量显著升高,到24 h达到峰值,与对照组相比,差异均有显著性意义(P<0.05)。由以上结果得出,在一定时间范围内,周期性张应力可引起内质网应激,并且随着时间的延长逐渐增强;持续的应力刺激,可引起严重的内质网应激导致成肌细胞凋亡。

周期性张应力对人牙周膜细胞生物学活性的影响

目的:探讨周期性张应力对体外培养的人牙周膜细胞生物活性的影响。方法:对体外培养的人牙周膜细胞施加不同大小的周期性牵张力(6%、12%、20%细胞表面拉伸率),24h后检测其对细胞的总蛋白合成、ALP活性、Col-Ⅰ和OCN分泌的影响。实验结果用SPSS 13.0进行统计分析。结果:较小的牵张力对人牙周膜细胞生物活性无显著影响,随力值的增大,牵张力能够呈强度依赖性抑制人牙周膜细胞的活性,减少总蛋白合成及ALP活性,抑制Col-Ⅰ及OCN的分泌。结论:周期性张应力可以抑制人牙周膜细胞的生物学活性,并呈强度依赖性。

周期性牵张应力对人退变髓核细胞增殖的影响

目的:观察周期性牵张应力对体外培养的人退变髓核细胞增殖的影响,为椎间盘退变的预防与治疗提供新的理论依据。方法:对体外培养的人退变髓核细胞利用甲苯胺蓝、番红O和Ⅱ型胶原免疫细胞化学染色进行鉴定,并将P3代细胞接种于弹性膜片上,待贴壁后移入ElectroForce 3200力学试验仪搭载的BioDynamic生物反应舱内对其施加0、5%、10%和15%的应变作用3h,受力完成后继续培养24h,用流式细胞仪测定细胞周期,计算S期百分数及增殖指数。结果:应力刺激后各组细胞贴壁及形态良好;应变作用3h后,0、5%、10%及15%应变组的S期百分数分别为1.86±1.22、2.07±0.09、7.56±1.40及7.55±3.25,增殖指数分别为3.47±2.52、7.88±2.45、16.05±1.51及14.7±0.61。5%应变组的增殖指数较0应变组明显增加(P<0.05);10%和15%应变组较0和5%应变组的S期百分数及增殖指数明显增加(P<0.05);10%和15%应变组间比较差异无显著性(P>0.05)。结论:在一定周期性应力范围内,髓核细胞的增殖能力增强。

周期性牵张应力对人成骨细胞基因表达谱影响的初步研究

目的:研究周期性牵张力对人成骨细胞基因表达谱的影响,为进一步研究机械应力状态下骨改建机理提供思路和线索。方法:通过体外细胞加载系统对培养的人成骨细胞施加8%形变率、6周/min的周期性牵张力24h,应用基因表达谱芯片技术对人成骨细胞中的mRNA表达水平进行对比杂交分析,检测周期性牵张力加载组成骨细胞基因表达谱的变化。结果:在所分析的21073条人类功能基因中,加载组与未加载组人成骨细胞之间差异表达显著的基因有2498条,其中表达上调的有899条(2.0倍以上),表达下降的有1599条(0.5倍以下)。这些基因表达产物涉及细胞信号转导、细胞周期调节等多个方面。结论:周期性牵张力对成骨细胞多种基因的表达产生了影响,成骨细胞的应力反应是一个复杂的,多基因参与调控的过程。这些变化的基因可能与成骨细胞的机械应力反应有关。

周期性机械应力对大鼠软骨细胞增殖的影响

目的:探讨周期性机械应力对大鼠软骨细胞增殖的影响。方法:通过Ⅱ型胶原酶消化分离大鼠原代软骨细胞,并将软骨细胞分为对照组和实验组。MTT法检测细胞活力,实时荧光定量PCR(Realtime PCR)法检测蛋白聚糖(Aggrecan)及Ⅱ型胶原酶(ColⅡ)mRNA的表达,western blot检测B细胞淋巴瘤/白血病-2(Bcl-2)、增殖细胞抗原(PCNA)及细胞周期蛋白D1(CyclinD1)蛋白表达水平与细胞外调节蛋白激酶(ERK)磷酸化水平。结果:与对照组比较,实验组1 h、2 h的软骨细胞活力均明显提高(P<0.05),Aggrecan及ColⅡmRNA表达量均明显提高(P<0.05),Bcl-2、PCNA及CyclinD1蛋白表达量均明显上调(P<0.05),ERK1/2磷酸化水平明显上调(P<0.05)。结论:周期性机械应力能显著促进软骨细胞增殖。

周期性张应力与软骨细胞基质金属蛋白酶的表达

背景:课题组前期研究证实,在关节软骨缺损及骨性关节炎的动物模型中,软骨细胞可过度表达基质金属蛋白酶,各种异常刺激均可能打破基质金属蛋白酶与金属蛋白酶组织抑制因子间平衡,从而导致关节软骨细胞外基质退变,软骨细胞功能下降和失调。目的:观察兔关节软骨缺损修复过程中周期性张应力对软骨细胞基质金属蛋白酶表达的影响。方法:建立兔单侧膝关节软骨缺损模型,术后10周分离软骨细胞体外培养,非手术侧软骨细胞为正常组,术侧软骨细胞随机分为高应力组、低应力组及对照组,加载幅度为sin10%,0.1,1.0,0Hz的周期性张应力,于24h、48h、1周、2周和4周后RT-PCR测定各组基质金属蛋白酶2,3,9,13的表达。结果与结论:加载周期性张应力24h后,正常组及对照组间的基质金属蛋白酶2,3,9,13的表达差异有显著性意义(P<0.05);加载周期性张应力1周、2周及4周后高应力组和低压力组间差异有显著性意义(P<0.05);同时发现,低应力组中基质金属蛋白酶2,3,9,13的表达持续下降,加载周期性张应力24h与4周之间的差异有显著性意义(P<0.05)。可见力学载荷可影响兔关节软骨缺损修复过程中基质金属蛋白酶的表达,在细胞分子水平上,关节软骨缺损病理的发生发展与应力相互影响。

周期性张应力诱导成纤维细胞凋亡中p38MAPK信号通路的作用(英文)

背景:当牙齿受异常咬合力时会导致牙体吸收、牙周组织的大量破坏。目的:研究牙周膜成纤维细胞在受到周期性张应力刺激后是否发生凋亡及p38MAPK信号通路是否参与该凋亡过程。方法:取4～7代成纤维细胞,同步化后随机分为对照组、加力组和SB203580组。加力组和SB203580组细胞加载力值为12%表面应变率,加力频率为6个循环/min,即5s拉伸,5s松弛。SB203580组细胞在加力前1h加入终浓度为20mmol/L的p38MAPK抑制剂SB203580。分别在加力6,12,24h,取各组细胞,流式细胞仪检测细胞凋亡,RT-PCR检测细胞凋亡基因baxmRNA的表达。结果与结论:与对照组比较,加力后成纤维细胞凋亡率及baxmRNA表达增加(P<0.05),且随着加力时间的延长而增强,12h达高峰,之后逐渐下降。与加力组比较,SB203580组对应时间点细胞凋亡减少(P<0.05),baxmRNA表达降低。说明细胞受到力学刺激会发生凋亡,而丝裂原活化蛋白激酶p38MAPK信号通路参与了该凋亡过程。

p38MAPK在周期性压应力下对颌骨成骨细胞分化的作用

目的探讨p38丝裂原活化蛋白激酶(p38 mitogen activated protein kinases,p38 MAPK)在周期性压应力作用下对无牙颌种植覆盖义齿牙槽嵴成骨细胞分化中的作用机制,为无牙颌骨组织的改建和种植覆盖义齿修复提供理论依据。方法构建无牙颌牙槽嵴成骨细胞力学刺激模型,采用简单随机抽样法将力学刺激模型分为对照组(15%压应力)和阻断组(15%压应力+阻断剂)。加载参数设定为细胞拉伸形变率15%,加力时间均为6 h、12 h、24 h。CCK-8检测牙槽骨成骨细胞增殖活性;Western-blotting检测p38 MAPK差异性表达,q PCR检测碱性磷酸酶(Alkaline phosphatase,ALP)和破骨细胞分化因子(Receptor activator of nuclear factor-κB ligand,RANKL)的差异性表达变化。结果15%压应力使得牙槽嵴成骨细胞增殖活性增加,加力12 h细胞增殖活性最高;对照组加力12 h后,P-p38MAPK蛋白、ALP mRNA、RANKL mRNA的分别表达量均明显过于6 h(P<0.05);加力24 h P-p38MAPK蛋白表达量均比6 h、12 h显著升高(P<0.05);加力24 h ALP mRNA、RANKL mRNA的表达量比6 h显著升高(P<0.05),比12 h有一定程度升高(P>0.05)。阻断组加力6 h、12 h、24 h P-p38MAPK蛋白、ALP mRNA、RANKL mRNA的表达量分别均明显低于对照组相应的时间点(P<0.05)。结论p38MAPK信号转导通路参与了周期性压应力下无牙颌种植覆盖义齿牙槽嵴成骨细胞分化的过程,参与无牙颌种植覆盖义齿修复骨组织改建过程。

Rho信号通路在周期性张应力诱导人牙周膜细胞骨架重排中的作用

目的探讨周期性张应力对人牙周膜细胞(human periodontal ligament cells,hPDLCs)骨架重排的影响及Rho信号通路在其中的作用。方法应用FX-5000T细胞应变加载系统,对体外培养的hPDLCs施加周期性张应力,幅度为10%,频率为0.1 Hz,加载时间为6 h和24 h。以未加载的细胞作为对照组。应用倒置显微镜观察细胞形态变化,细胞免疫荧光染色和共聚焦显微镜观察细胞骨架蛋白F-actin的变化,并应用Western blot检测Rho通路相关蛋白的表达变化。用Rock的特异性抑制剂Y-27632预处理细胞后,在0.1 Hz,10%幅度条件下,加载6 h和24 h,检测细胞骨架蛋白F-actin的变化和Rho信号通路相关蛋白的表达变化。结果与静态组相比,周期性张应力诱导hPDLCs细胞骨架重排差异有统计学意义,Rho信号通路Rock和p-cofilin蛋白表达增加(P<0.05)。Rock的特异性抑制剂Y-27632可以降低Rock(P<0.05)和p-cofilin蛋白表达和细胞骨架重排。结论周期性张应力可促进体外培养的hPDLCs细胞骨架重排,Rho信号通路参与了此过程。

周期性流体应力刺激对组织工程软骨分化影响的实验研究

目的研究周期性流体应力刺激对组织工程软骨体外分化的影响,确立良好的动态培养方案.方法穿刺吸取成年兔骨髓,密度梯度离心法分离扩增骨髓间充质干细胞(Bone marrow derived mesenchymal stem cell,MSC).以2.0×107/ml密度复合于纤维蛋白胶,制成圆柱形人工组织.实验组材料经受周期为0.2 Hz流体应力刺激,于转壁生物反应器中培养2周,对照组静止培养,两组均于条件培养基内诱导软骨组织形成.2周后观察大体形态、和组织学形态、Ⅰ型和Ⅱ型胶原免疫组织化学表达,测量细胞活力和胶原、蛋白多糖含量等生化指标.结果应力刺激组材料的大体形态完整,而对照组材料破碎回缩.实验和对照组均可以诱发材料中MSC分化成为软骨细胞,但流体刺激组表达更高水平的II型胶原和蛋白多糖,细胞活力明显高于对照静止培养组(P＜0.01).结论周期性流体应力刺激明显促进MSC体外软骨分化,转壁生物反应器培养优于单纯静止培养.

应力长周期光纤光栅透射谱中旁瓣的抑制

提出一种优化应力长周期光纤光栅的实验方法.利用自行研制的机械结构,通过点接触施力写制应力长周期光纤光栅,并通过压力板V-M型形变实现优化MLPFG传输谱的n维调节,有效抑制了应力长周期光纤光栅传输谱中的旁瓣.当损耗峰LP05损耗强度为9.0dB时,边模抑制比大于8.6dB;同时,提出并实现了一种通过空气薄层形成的等厚干涉条纹来监测光纤上力分布的光学方法,从而为传输谱的优化提供有效参量.

周期性张应力下人牙周膜成纤维细胞结缔组织生长因子的表达

背景:前期研究发现,周期性张应力在一定时间内可以诱导人牙周膜成纤维细胞增殖。目的:观察周期性张应力对人牙周膜成纤维细胞表达结缔组织生长因子的影响;明确JNK、p38MAPK、PI3K信号通路在周期性张应力诱导人牙周膜成纤维细胞表达结缔组织生长因子过程中的作用。方法:采用多通道细胞牵张应力加载系统对体外培养的人牙周膜成纤维细胞分别给予周期性张应力刺激1,6,12,24 h,并以未加力组为对照组。对加力12 h的细胞分别添加JNK、p38MAPK、PI3K信号通路特异性抑制剂预处理,并与未加抑制剂的细胞作对比。应用ELISA法检测培养细胞分泌到上清液中的结缔组织生长因子蛋白;应用荧光定量PCR技术检测细胞结缔组织生长因子m RNA的表达。结果与结论:加载周期性张应力组与对照组相比较,1 h人牙周膜成纤维细胞表达结缔组织生长因子开始增强、6 h表达明显增强,12 h达最高峰值、24 h表达开始下降。加入JNK信号通路特异性抑制剂后,人牙周膜成纤维细胞表达结缔组织生长因子出现下降;而加入p38MAPK信号通路和PI3K信号通路的特异性抑制剂后结缔组织生长因子表达未发生明显改变。提示在一定时间范围内,周期性张应力引起结缔组织生长因子m RNA与蛋白水平的表达与时间呈依赖性升高;其后随着时间的延长,结缔组织生长因子的表达则开始下降。周期性张应力通过JNK通路的介导调控人牙周膜成纤维细胞结缔组织生长因子的表达。

周期性张应力对成纤维细胞增殖能力的影响

目的探讨周期性张应力对体外培养的小鼠胚胎成纤维细胞增殖特性的影响。方法将体外培养的L929细胞分为加力组与对照组,加载周期性张应力的细胞为加力组,不加力的为对照组。应用细胞应力加载系统对L929细胞加载8%形变率、0.1 Hz的周期性张应力,分别在加力1 h、2 h、4 h和8 h后应用流式细胞仪分析细胞周期;四甲基偶氮唑盐比色法分析细胞的增殖活性。结果加力组加力1 h(q=5.532,P<0.01)与2 h(q=6.569,P<0.01),S期细胞比率(S-phase fraction,SPF)较对照组出现了下降,并伴有细胞数量的增加(P>0.05);加力组在加力4 h后,SPF较对照组下降(P>0.05),细胞数量增加(P>0.05);加力组在加力8 h后,SPF较对照组开始出现增高(q=4.287,P<0.05),细胞数量显著增加(q=5.202,P<0.01)。结论 8%形变率、0.1 Hz的周期性张应力引起细胞增殖活性的变化,表现为随应力加载时间的延长,细胞的增殖活性出现先被抑制、后被促进的改变。