Bernoulli-Euler微梁振动特性的尺寸效应

基于修正偶应力理论推导任意截面形状Bernoulli-Euler微梁的变形能、弯曲刚度、外力功、动能等基本变量的偶应力理论表达式,进而通过Hamilton原理建立Bernoulli-Euler微梁的偶应力理论动力微分方程。根据偶应力理论弯曲刚度表达式,研究任意截面形状Bernoulli-Euler微梁弯曲刚度的尺寸效应,分析泊松系数和截面形状对Bernoulli-Euler微梁弯曲刚度及其尺寸效应的影响。基于偶应力理论动力微分方程,求解Bernoulli-Euler简支微梁的偶应力理论固有频率,据此研究任意面形状Bernoulli-Euler微梁固有频率的尺寸效应,分析泊松系数和截面形状对Bernoulli-Euler微梁固有频率及其尺寸效应的影响。结果表明,建立的由基本变量偶应力理论表达式和偶应力理论动力微分方程构成的动力学模型能有效地描述任意截面形状Bernoulli-Euler微梁动力学特性的尺寸效应。

微脉冲激光小梁成形术(MLT)治疗原发性开角型青光眼及高眼压症的安全性和有效性研究

探讨原发性开角型青光眼(primary open-angle glaucoma, POAG)及高眼压症(ocular hypertension,OHT)患者实施微脉冲激光小梁成形术(micropulse laser trabeculoplasty,MLT)的临床疗效和安全性。方法 采集2020年7月-2023年6月期间的病例资料,对象为就诊我院的POAG及OHT患者共计纳入200例,实施前瞻性、自身对照临床研究;所有患者均实施MLT治疗;对比治疗前后视力、双侧眼压、眼部反应、眼部用药情况。结果 手术前后不同时间点眼压整体对比(P<0.05),术后1d、1周、1个月、3个月眼压均低于术前(P<0.05);手术前后患者最佳矫正视力、抗青光眼药物使用种类、对侧眼眼压对比无明显差异(P>0.05)。结论 POAG及OHT患者治疗中,MLT治疗可有效、安全降低患者眼压,减少眼部用药。

选择性360°和180°微脉冲激光小梁成形术治疗原发性开角型青光眼的效果差异研究

对比选择性360°和180°微脉冲小梁成形术(MLT)对原发性开角型青光眼患者治疗的效果差异。方法 将2020年2月到2023年2月到我院治疗的80例原发性开角型青光眼患者根据入院单双日分为观察组(单日组41例)和对照组(双日组39例)。分别行360°微脉冲小梁成形术和180°微脉冲小梁成形术进行治疗,对比疗效差异。结果 ①两组患者术前、术后1h、术后1d、6个月眼压无差异(P>0.05);术后1周、术后1个月、3个月有差异(P<0.05);②两组患者术前、术后1h、术后1d、术后1周、术后1个月、3个月、6个月患眼视力水平无明显差异(P>0.05)。结论 选择性360°和选择性180°MLT都能提升原发性开角型青光眼患者的视力水平,降低眼压,可根据患者的需求辩证的选择。

基于辛理论的Bernoulli-Euler梁波散射分析

为研究辛对偶力学体系下Bernoulli-Euler梁波的散射问题,通过构造Lagrange乘子以解除泛函约束,引入对偶变量,提出了Bernoulli-Euler梁的Hamilton对偶方程。综合运用本征向量展开法、辛Gram-Schmidt正交算法,以及精细积分法等方法剥离了Bernoulli-Euler梁能带结构中的禁带部分,获得了端部散射体的散射矩阵。结果表明:辛体系下Bernoulli-Euler梁的状态向量是由一对通带本征向量和一对禁带本征向量所组成的,其端部散射体的散射矩阵是一阶酉矩阵,入射波的功率流等于反射波的功率流,满足功率流守恒。

混合梁斜拉桥微膨胀UHPC灌注钢混结合段的时变效应

为明确微膨胀超高性能混凝土(Ultra-High-Performance Concrete,UHPC)灌注材料的收缩徐变对混合梁斜拉桥钢混结合段长期性能的影响,以湖北武穴长江公路大桥为工程背景,开展材性试验与结构反应实测。基于一种全桥杆系+局部空间网格的多尺度有限元建模方法,对不同灌注材料收缩徐变下钢混结合段的时变效应进行分析研究。研究结果表明:实桥所采用的微膨胀UHPC在测试龄期内膨胀应变呈现出先增后减且始终保持膨胀的趋势,在约5 d龄期时达到最大膨胀应变292.6με,至1 080 d时为83.8με;徐变系数在前50 d龄期内增长较快,至1 080 d时为1.63。灌注材料的收缩可在结合段内部产生显著的次应力,表现为内填混凝土的拉应力和钢格室的压应力;徐变则会导致混凝土应力松弛而使一部分恒载压应力向钢结构转移。运营20 a后,钢混结合段内填普通混凝土存在较高的开裂风险。未作收缩控制的普通UHPC虽亦出现拉应力,但未超过其抗拉强度,抗裂安全系数仍可达到1.5以上。而微膨胀UHPC处于受压状态,不存在开裂问题。微膨胀UHPC的应用,既可改善内填混凝土的抗裂性能,又有助于常规钢混结合段的结构优化,大幅减少材料用量和结构自重。

热轴力对双层微梁谐振器热弹性阻尼的影响分析

近年来,已有不少关于复合材料层合梁/板谐振器热弹性阻尼的研究论文发表.然而,在这些研究中热轴力(热薄膜力)对热弹性阻尼的贡献都被忽略了.众所周知,若梁/板的材料性质分布关于几何中面不对称则其物理中面将偏离几何中面.于是,热-弹耦合振动引起的变温场不但会形成热弯矩,还会产生热轴力(热薄膜力),二者将共同产生热弹性阻尼.文章基于Euler-Bernoulli梁理论和经典热传导理论,建立了双层矩形截面微梁热-弹耦合振动数学模型,精确考虑了热轴力对微结构内能耗的贡献.然后,采用解析方法求得了用变形几何量表示的热轴力和热弯矩,进而求得了系统自由振动的复频率以及用逆品质因数表示的热弹性阻尼解析解.作为数值算例,选取由均匀的银(Ag)和氮化硅(Si_(3)N_(4))分层组成的双层微梁,通过大量的数值实验定量分析了分层体积分数变化对热弹性阻尼的影响规律,考察了热轴力对热弹性阻尼的影响程度.结果表明,忽略热轴力将会低估层合梁谐振器的热弹性阻尼.在金属银的体积分数为70%(氮化硅体积分数为30%)时,忽略热轴力后对热弹性阻尼的低估最大可达16.3%.

基于梁-膜结构的MEMS微压传感器设计与制备

针对微机电系统(MEMS)微压传感器无法同时提高灵敏度与线性度的问题,设计了一种新型的梁-膜结构,与常规的C型和E型结构比较,该结构具有灵敏度高、易加工的特点。根据所研究的量程,设计了压敏电阻尺寸和阻值。通过调整结构梁厚度、敏感膜片尺寸等参数,并使用仿真软件建立力学模型,得到输出灵敏度和线性度等仿真结果,以优化梁-膜结构设计。采用绝缘体上硅(SOI)晶圆作为衬底,通过标准MEMS芯片生产流程实现微压芯片的制备,并采用引线键合的方式完成了芯片的封装,形成了传感器。测试结果显示在0~1 kPa量程范围内,微压传感器的灵敏度可达4.5 mV/(V·kPa),非线性误差为0.11%,其输出电压噪声波动在±9 Pa以内。

微合金化超高强热成形车门防撞梁性能验证

将某新开发的微合金化1.8 GPa热成形钢牌号与传统钢牌号进行了从材料到零件级的安全性能测评。结果表明:相比于普通钢种,微合金化1.8 GPa热成形钢基于组织细化、第二相析出、残余奥氏体三大关键因素,具有更加明显的安全性优势。建立了2种材料的动态断裂模型,微合金钢在相同应力状态下具有更高的极限断裂应变,显示了更强的断裂抗力。对2种1.8 GPa热成形及1.5 GPa高强钢车门防撞梁进行了落锤冲击试验,微合金钢1.8 GPa热成形车门防撞梁有更加优异的抗碰撞侵入及碰撞吸能性能。

考虑翘曲影响的Bernoulli-Euler薄壁梁的弯扭耦合振动

通过直接求解均匀薄壁梁单元弯扭耦合振动的运动偏微分方程 ,推导其自由振动时的精确动态传递矩阵。采用考虑翘曲影响的Bernoulli Euler梁理论 ,且假定薄壁梁单元的横截面是单对称的。动态传递矩阵可以用于计算薄壁梁集合体的精确固有频率和模态形状。针对两个薄壁梁算例 ,采用自动Muller法和结合频率扫描法的二分法求解频率特征方程 ,并讨论翘曲刚度对弯扭耦合Bernoulli Euler薄壁梁固有频率的影响。数值结果验证了本文方法的精确性和有效性 ,并指出翘曲刚度可以显著改变薄壁开口截面梁的固有频率。

经典边界条件黏弹性Pasternak地基上Bernoulli-Euler梁横向自振特性分析

自振特性在结构的动力分析中具有重要的意义。将回传射线矩阵法(MRRM)推广到地基梁自振特性的研究中,通过节点力平衡和位移协调方程及对偶局部坐标系下单元相位关系,建立两端简支、两端自由、两端固支、简支-自由、简支-固支及固支-自由这六种边界条件下黏弹性Pasternak地基上的Bernoulli-Euler梁的回传射线矩阵,进而得到其频率方程。根据单一局部坐标系下的边界条件,推导出模态函数解析表达式,进一步根据正交归一化条件求解模态函数表达式中的未知参数。通过具体算例验证了回传射线矩阵法求解的正确性,并对不同边界条件下的自振频率、衰减系数及模态函数进行了分析。为黏弹性地基梁的振动特性研究提供理论基础。

轴向受载的Bernoulli-Euler薄壁梁固有振动和稳定性的理论研究

通过直接求解轴向受载的单对称均匀Bernoulli-Euler薄壁梁单元弯扭耦合振动的运动微分方程,推导了其动态传递矩阵。讨论了轴向载荷的变化对薄壁梁弯扭耦合振动固有频率的影响,并由此得到零频率振动(弹性屈曲)发生时相应的轴向载荷。数值结果表明本文方法在其适用范围内是精确有效的。

粘弹性Winkler地基上Bernoulli-Euler梁横向自振特性

以粘弹性Winkler地基上Bernoulli-Euler梁为目标,研究其在经典边界条件下的横向自由振动特性.基于回传射线矩阵法,根据振动控制方程及边界耦合条件推导得到各经典边界条件下的频率方程,进而求解得到粘弹性Winkler地基上Bernoulli-Euler梁在两端简支边界条件下的自振频率的解析解、其他边界条件下自振频率的近似解析解及衰减系数的解析解;最后,在单一局部坐标系下推导了各经典边界条件下的模态函数表达式.为地基梁振动特性的研究提供理论基础.

有限挠度Bernoulli-Euler梁中的非线性波与混沌行为

基于有限挠度理论,导出了Bernoulli-Euler梁的非线性偏微分方程形式的弯曲波动方程,利用行波解法和积分技巧,将非线性偏微分方程转化为常微方程.定性分析表明,在一定条件下,动力系统有异宿轨道,对应冲击波解.利用Jacobi椭圆函数法,得到了波动方程的准确周期波解,当Jacobi函数的模数m→1时,得到系统的冲击波解.显然,阻尼和外载荷的摄动将使异宿轨道破裂,得到横截异宿点.通过Melnikov函数法得到了系统出现横截异宿点的阈值条件,这表明,系统存在Smale马蹄意义下的混沌行为.

IDEAL-IQ联合Micro-CT定量评估兔1型糖尿病骨髓脂肪含量和骨小梁微结构相关性的研究

目的 采用定量非对称回波的最小二乘估算法迭代水脂分离序列(iterative decomposition of water and fat with echo asymmetry and least-squares estimation quantitation sequence, IDEAL-IQ)联合计算机显微断层扫描(micro computed tomography, Micro-CT)技术评估兔1型糖尿病腰椎骨髓脂肪含量和骨小梁微结构相关性。材料与方法 将16只雄性日本大耳白兔随机分为糖尿病组(n=8)和对照组(n=8),糖尿病组采用四氧嘧啶造模。在造模成功后第0、4、8、12、16周通过IDEAL-IQ定量评估兔腰椎骨髓脂肪含量。在第16周采用Micro-CT及组织病理学检查对兔腰椎骨小梁微结构进行定量评估。不同时间点腰椎IDEAL-IQ脂肪分数差异比较采用重复测量方差分析;同一时间点组间脂肪分数、Micro-CT骨小梁形态计量学参数、组织病理学参数差异比较采用独立样t检验或Mann-Whitney U检验;采用Pearson相关系数评估骨髓脂肪分数与骨小梁形态计量学参数、组织病理学参数相关性。结果 糖尿病组骨髓脂肪含量随时间变化呈上升趋势,且差异存在统计学意义(P<0.05),而对照组各时间点脂肪含量差异无统计学意义(P>0.05);糖尿病组与对照组腰椎骨髓脂肪分数在第16周差异有统计学意义(59.987±4.859 vs. 51.015±8.469,P<0.05);第16周糖尿病组骨体积、总表面积、骨表面积、骨表面积总体积比、骨小梁数量均低于对照组,而骨小梁分离度高于对照组,差异有统计学意义(P<0.05);组织病理学结果显示,与对照组相比,第16周糖尿病兔腰椎骨髓脂肪细胞数量(32.875±11.051 vs. 71.667±13.125, P<0.01)增加,而骨小梁数量(11.375±1.506vs.4.333±1.211, P<0.01)与骨小梁面积(0.927±0.071vs.0.312±0.100, P<0.01)明显减少;IDEAL-IQ脂肪分数与组织病理学脂肪细胞计数呈正相关关系(r=0.539 95%CI:0.012~0.832),与骨小梁模式因子、骨小梁结构模型指数、骨小梁分离度呈轻中度正相关关系,与骨矿物质密度、总体积、骨体积、骨体积分数、总表面积、骨表面积、骨表面积体积比、骨表面积总体积比、骨小梁数量呈轻至中度负相关关系。结论 1型糖尿病腰椎骨髓脂肪含量与骨小梁微结构变化存在相关性,IDEAL-IQ联合Micro-CT的多模态定量影像技术有望为1型糖尿病提供全面的骨髓微环境评估策略。

Levinson微梁谐振器热弹性阻尼的广义热弹耦合分析

本文基于Levinson梁理论和单向耦合的非傅里叶热传导理论,在不同边界条件下研究了均匀微梁的热弹性阻尼(thermoelastic damping,TED)。忽略温度的轴向梯度引起的热流,给出了Levinson微梁横向自由振动的热弹性耦合微分方程,与微梁不考虑热弹性阻尼时的自由振动方程进行比较,从方程形式的相似性上得到了复频率的解析解,进而求得了代表微梁结构热弹性阻尼的逆品质因子。在此基础上,采用有限元方法计算了微梁结构考虑非傅里叶热传导时的逆品质因子,并将有限元结果和理论分析结果进行了对比验证。通过数值计算结果定量分析了微梁的几何尺寸、边界条件以及频率阶数对微梁热弹性阻尼的影响规律。计算结果表明:在不同频率阶数时,微梁的热弹性阻尼最大值不变,临界厚度均随着频率阶数的增大而减小;不同边界条件下微梁热弹性阻尼最大值对应的临界厚度随着支座约束刚度的增大而减小;忽略轴向的温度梯度引起的热流,在梁尺寸较小时会带来一定误差。

考虑非线性本构和小初始变形的单壁碳纳米管的Bernoulli-Euler梁模型

在有限变形条件下石墨烯的应力应变关系是非线性的,而且石墨烯卷曲形成的碳纳米管(carbon nanotubes,CNTs)在应用时通常会产生小的初始变形。但是,在已有的碳纳米管力学性质的研究中还没有同时考虑这两种因数影响。基于石墨烯的非线性本构关系,建立了新的包含小初始变形的Bernoulli-Euler梁模型,然后应用该模型研究了单壁碳纳米管(single-walled carbon nanotubes,SWCNTs)的静态弯曲和一阶受迫振动。结果表明:在静力弯曲时,当初始变形与外荷载的方向一致时,初始变形增大了系统的刚度。当初始变形与外荷载的方向相反时,初始变形使碳纳米管的静力变形变得复杂。在受迫振动时,初始变形和本构中的非线性项都能改变振幅的分岔点的位置。初始变形可以使碳纳米管的力学性质由硬非线性变为软非线性。因此,非线性本构和初始变形均对碳纳米管力学行为有显著影响。

双向弯曲与扭转耦合Bernoulli-Euler薄壁梁稳定问题求解

基于薄壁杆件理论,研究了Bernoulli-Euler薄壁梁双向弯曲与扭转耦合的稳定问题.运用能量变分原理,推导了薄壁梁双向弯曲与扭转耦合的振动微分方程,引入轴向荷载的影响,建立了求解稳定的特征方程,运用降阶法和变轴向荷载的扫描法求得了薄壁梁稳定临界力的解析解.通过算例验证,证明了本文计算的稳定临界力收敛的可行性,并与有限元法结果吻合较好,验证了本文方法的正确性.

下颈椎椎弓根的显微形态学特征

背景:下颈椎椎弓根是脊柱后柱的主要应力部位,对人体重心稳定的维持及减轻振荡有重要意义,目前对其内部骨小梁特征、椎弓根与关节突及椎体的连接部位的特征研究鲜有报道,迫切需要了解椎弓根的精细解剖结构及其各部分关系和功能。目的:通过Micro-CT扫描下颈椎椎骨标本以观测椎弓根显微解剖学形态,测量和分析正常下颈椎椎弓根内骨小梁的微结构和形态计量学参数以评估颈椎的安全性能。方法:选取31套干燥成人下颈椎骨骼标本C3-C7进行Micro-CT扫描,通过对椎弓根内骨小梁感兴趣区的勾选与重建,观察下颈椎椎弓根内骨小梁的形态特征及走形方向,检测骨微细结构参数,并分析比较C3-C7椎弓根骨微细结构的差异性。结果与结论:①Micro-CT图像显示下颈椎椎弓根的蜂窝样骨小梁呈复杂的网状微结构,靠近皮质骨的骨小梁呈板层状,结构相对致密,并向前方椎体部和向后方关节突椎板部延伸;板状骨小梁向髓腔伸展转化为网状结构,再转化为杆状骨小梁,髓腔内杆状骨小梁分布稀疏;②骨小梁各形态参数统计结果显示,C4、C5椎弓根的骨小梁骨体积分数高于C7(P<0.05),C7椎弓根的骨表面积/骨体积高于C3、C4、C6(P<0.05),C7椎弓根的骨小梁骨表面密度高于C3、C4、C5、C6(P<0.05),C7椎弓根的骨小梁厚度高于C3、C4、C5(P<0.05),左侧椎弓根骨小梁的骨表面积/骨体积、骨表面密度比较大于右侧(P<0.05);③该文总结了C3-C7微结构变化规律,其中C7椎弓根的负荷能力及应力较差,该区发生损伤的风险较高。

与年龄和绝经期有关的三维松质骨微结构和力学性能变化的模拟研究

目的探索女性绝经后松质骨微结构及力学性能的变化。方法采用Gong等提出的松质骨在不同力学环境和激素水平下功能适应性统一模型结合有限元法,模拟6种工况下三维松质骨微结构的变化,并计算其力学性能。这6种工况为:年龄40岁板状松质骨微结构,活动量减小48.48%后80岁杆状松质骨微结构,杆状结构外部载荷旋转30°,杆状和板状结构微损伤后结构变化,绝经后女性(40~60岁)松质骨微结构变化。结果活动量减少48.48%,松质骨微结构形态参数BV/TV、Tb.Th均降低50%以上,Tb.Sp增加了2倍,结构表观弹性模量和表观屈服强度均降低70%以上。当发生微损伤的体积小、数量较少时,对松质骨微结构形态参数和强度无显著影响,但是当力学激励阈值提高16.67%时,表观屈服强度降低了13.86%。女性绝经后20年里,BV/TV和Tb.Th分别下降了14.00%和23.96%,Tb.Sp增加了23.16%,表观弹性模量和表观屈服强度分别降低了24.92%和25.23%。结论力学激励和激素水平降低,导致骨小梁结构恶化,松质骨强度显著下降,从而增加骨折的风险。本研究能够模拟由于力学因素和生物学因素共同作用导致的松质骨微结构变化,并进行定量分析,还可以为临床上预防和治疗绝经后骨量流失提供理论依据。

骨质疏松症对松质骨骨小梁应力与微损伤关系的影响

目的应用显微CT和微有限元分析评估微损伤、微骨折骨小梁的应力、应变,探讨骨质疏松症对骨小梁应力和微损伤、微骨折之间关系的影响。方法通过显微CT扫描健康和骨质疏松人体髋臼松质骨,构建松质骨块三维微有限元模型,在无摩擦的位移边界条件下模拟松质骨块的单轴压缩实验,通过非线性微有限元分析得到在不同表观应变下骨小梁的应力、应变、微损伤和微骨折。结果 0.05%-0.50%表观应变下,健康和骨质疏松松质骨未损伤骨小梁的应力在50 MPa以下,微损伤骨小梁应力在110 MPa以上。健康松质骨骨小梁的平均应力相对较高,骨质疏松松质骨骨小梁最高应力值相对较高。健康和骨质疏松松质骨骨小梁均出现微损伤,健康松质骨骨小梁微损伤较多,骨质疏松骨骨小梁出现微骨折。结论在表观小应变范围内,健康松质骨骨小梁能承受更高的应力,出现较多的微损伤,而骨质疏松松质骨高应力骨小梁群内出现微骨折。