固体力学跨尺度计算若干问题研究

本文展示了固体力学领域跨尺度计算的若干问题和研究概况。(1)建立位错动力学与有限元耦合DDD-FEM的计算模型,实现了能够基于纳米尺度离散位错运动机制计算分析连续介质有限变形晶体塑性问题,提出微纳尺度(200 nm~10μm)晶体塑性流动应力解析公式,结合试验数据揭示了在无应变梯度下强度和变形的尺寸效应;(2)建立具有微相分离结构的纳米尺度粗粒化分子动力学模型CG-MD,计算获得聚脲材料在时域和频域下的存储模量和损耗模量,通过动态加载分析的DMA试验和超声波试验的数据验证,解决了连续介质尺度下微相分离高分子共聚物的设计难题;(3)通过数据驱动关联高分辨率的微米尺度CT影像和临床低分辨率的毫米尺度CT影像的特征值,建立了围关节松质骨小梁的等效模量和结构张量,为骨组织增材制造点阵结构设计和实现个性化骨缺损重建奠定了基础。

长波红外差分干涉仪光栅低温安装结构设计与优化

长波红外差分干涉仪在低温工况下会因光学元件受到非均匀应力作用产生干涉条纹的畸变,从而降低干涉仪系统性能。本文为解决低温工况干涉条纹弯曲畸变问题,基于长波红外差分干涉仪光机系统进行了干涉条纹畸变影响因素分析,结合光-机-热耦合分析方法,对干涉仪系统低温工作状态进行仿真。随后设计了针对影响条纹畸变的关键元件——光栅元件的低温微应力动态稳定支撑安装结构,结构优化后的光栅表面面形均方根(Root Mean Square,RMS)值为3.89×10^(-2) nm,面形峰谷值(Peak to Valley,PV)值为2.21×10^(-1) nm,分别较优化前初始系统的分析结果减小了5个数量级,系统仿真干涉条纹畸变小于1个探测器像元。全系统低温验证试验表明,优化结构可有效抑制干涉条纹畸变,畸变量小于2个探测器像元,试验与仿真计算结果一致性较好,验证了优化分析方法的有效性。该优化方案对提升反射式光学系统结构低温稳定性,提高系统工作能力有较大意义和价值。

微织构对V型滑动导轨副摩擦磨损特性影响的研究

V型滑动导轨副具有低成本、良好的承载能力和导向性等优点,至今仍应用于很多机械设备中,但同时也存在着摩擦系数大、易磨损和低速稳定性差等缺点。为提高V型滑动导轨副的摩擦学性能,利用激光表面织构化技术分别在导轨的接触面上设计并制备直线和椭圆微织构。通过不同仿真软件对激光制备出的微织构是否产生流体动压效应进行验证,分析微织构对导轨接触面的接触应力的影响。利用自制往复滑动导轨试验平台在混合润滑条件下测试了不同类型织构化导轨副的摩擦磨损性能。结果表明,织构化导轨副均可以产生流体动压效应,且椭圆微织构可以产生更大的流体动压效应。此外,椭圆微织构仅位于下导轨表面可以较大程度降低其接触应力。因此,当椭圆微织构位于下导轨表面时减摩效果最好,具有最低的平均摩擦系数,与无织构导轨副相比下降了31.7%。

盆底肌训练联合微点阵激光治疗轻中度产后压力性尿失禁的疗效及对患者性生活质量的影响

目的探讨盆底肌训练(PFMT)联合微点阵激光治疗轻中度产后压力性尿失禁(PSUI)的临床效果及对患者性生活质量的影响。方法选取2020年1月至2022年10月西南交通大学附属医院、内江市第一人民医院及四川锦欣妇女儿童医院就诊的240例轻中度PSUI患者作为研究对象。按照随机数字表法分为对照组和研究组,各120例。对照组采用PFMT,研究组采用PFMT联合微点阵激光治疗,共治疗3个月,随访3个月。比较两组临床疗效,治疗前后1 h漏尿量、尿失禁症状评分、生活质量评分、产后抑郁筛查量表(PDSS)评分、产后特有焦虑量表(PSAS)评分、性生活质量评分及不良反应发生情况。结果研究组显效率及总有效率高于对照组(P<0.05);治疗后研究组1 h漏尿量少于对照组(P<0.05),生活质量评分高于对照组(P<0.05),尿失禁症状评分、PDSS评分、PSAS评分低于对照组(P<0.05);研究组治疗后及随访3个月时性生活质量评分高于对照组(P<0.05);研究组不良反应发生率为6.78%,对照组无不良反应发生。结论PFMT联合微点阵激光治疗轻中度PSUI疗效确切,能提高有效率,改善患者生活质量,缓解产后抑郁焦虑情绪,提高性生活质量。

微型钢骨桩综合防护体系在边坡防护中的应用分析

工程中遇到的复杂临时边坡,普遍具有安全储备要求较低且使用时长较短的特点,这类边坡在不具备放坡条件时,如果采用抗滑桩、预应力锚索框格梁等传统支护措施进行防护,则容易造成较大的工程浪费。采用微型钢骨桩+预应力锚索组成的“双柔性”支护结构,在满足工程安全需求的前提下,具有施工简便,造价合理,占地面积小,地质、地形适应能力强等优点,可在类似工程中进一步推广应用。

大采高回撤通道“高+低位”断顶爆破实践

大采高冲击地压工作面末采期间面临的冲击地压风险极高,为了解决此类工作面的冲击地压防治难题,针对纳林河二号矿大采高工作面末采阶段顶板的处置问题,从覆岩冲击层位应力阻断和正面保护回撤通道的角度出发进行爆破方案的设计、对比及优化,初步证实“高+低位”具有2个方面明显的技术优势。一是爆破对覆岩的致裂破碎方面,串联一次起爆增强了爆破致裂的效果和对爆破区域块体的破碎作用,与此同时该区域的应力变化梯度Δσ显著降低,更好的起到阻断高应力传递的作用;二是爆破覆盖的尺度方面,实现全层位的应力阻断,避免了卸压盲区。在此基础上,末采阶段工作面压力峰值分布范围、集中程度明显减小,同时末采阶段液压支架阻力正态分布中均值、标准差均减小,且10%~37%应力计不同程度出现卸荷状态,证实“高+低位”爆破对末采阶段、回撤通道及孤立煤体形成了正面保护作用。

GH4169高温合金表面电解辅助微铣削工艺研究

由于GH4169高温合金热导率低、在高温下能保持很高的强度,导致铣削加工过程中切削温度高、切削力大.为此,采用可转位双刀片-双阴极铣刀,对GH4169高温合金表面进行电解辅助微铣削加工,探究在不同加工参数下电解辅助微铣削表面质量的变化规律,并对传统铣削和电解辅助微铣削试验结果进行对比.结果表明,电解辅助微铣削可以去除传统铣削表面的刀痕、点蚀和碎屑等缺陷,同时出现了腐蚀凹坑和晶界腐蚀缺陷;相较于传统铣削,电解辅助微铣削可以显著提高加工表面质量;电解辅助微铣削表面粗糙度和表面残余应力随加工电压的增大而减小,为获得较好的加工表面质量,应选择较大的加工电压水平.

硝苯地平联合硫酸镁治疗妊娠期高血压及母婴结局

目的 探讨用硝苯地平硫酸镁治疗妊娠期高血压(hypertensive disor-ders of pregnancy, HDP)对氧化应激、微环境炎症及母婴结局的影响。方法 选取102例HDP患者,采用简单随机分组将患者分为观察组(n=51)和对照组(n=51)。对照组患者采用硫酸镁注射液治疗,观察组在对照组治疗基础上采用硝苯地平缓释片,均持续治疗2周。对比2组治疗前后血压变化情况,比较2组治疗前后一氧化氮、丙二醛(malondialdehyde, MDA)及超氧化物歧化酶(superoxide dismutase, SOD)等氧化应激指标水平及肿瘤坏死因子-α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)、超敏C反应蛋白(high-sensitivity C-reactive protein, hs-CRP)及白细胞介素-6(interleukin-6,IL-6)等微环境炎症因子水平的变化。记录2组患者治疗期间不良反应发生情况并观察2组患者的母婴结局。结果 治疗后,2组HDP患者收缩压(systolic pressure, SBP)与舒张压(diastolic pressure, DBP)较治疗前均明显下降(P<0.05),且观察组HDP患者SBP、DBP下降的程度明显高于对照组(P<0.05);观察组HDP患者一氧化氮、SOD下降程度及MDA升高程度明显优于对照组,组间差异具有统计学意义(P<0.05);观察组HDP患者血清TNF-α、hs-CRP及IL-6水平较对照组明显降低(P<0.05);观察组HDP患者治疗期间不良反应发生率(19.61%)与对照组(11.76%)的差异无统计学意义;观察组HDP患者产后出血率、胎儿窘迫率(分别为5.88%和3.92%)明显低于对照组(21.57%和15.69%),自然分娩率(80.39%)明显高于对照组(62.75%)(P<0.05)。结论 硝苯地平联合硫酸镁治疗HDP疗效确切,可有效降低患者的血压,减少氧化应激,减轻微环境炎症,改善母婴结局,且安全性高。

覆岩厚度变化应力异常机制及冲击矿压诱发机理

顶板覆岩结构是影响煤矿冲击矿压发生的主要因素之一,在坚硬覆岩厚度变化区也容易诱发冲击矿压,这一现象在内蒙深部矿区逐渐凸显。基于弹性力学理论分析了覆岩厚度变化区煤层应力异常的力学机制,采用FLAC3D数值模拟方法研究了覆岩厚度变化对煤层应力分布特征和能量演化的影响规律,揭示了坚硬覆岩厚度变化区煤层开采诱发冲击矿压的机理。研究结果表明:坚硬覆岩较厚区的构造应力比较薄区大,覆岩厚度变化越大或覆岩性质差异越大,构造应力变化越大;工作面在覆岩厚度变化区开采时,受超前支承压力与突变的构造应力叠加影响,覆岩厚度变化区至较厚区应力集中程度较大,该区域积聚的弹性能主要向工作面前方巷道释放,冲击矿压危险更大。两例覆岩厚度变化区工程案例分析表明,在坚硬覆岩厚度变化区及变化区向较厚区过渡时微震事件分布较多,能量释放剧烈,巷道破坏明显,与理论分析较为吻合。

非线性应力作用下裂缝砂岩应力敏感性特征

为了实现和评价变围压应力敏感实验关系转换为变内压应力敏感实验的等效关系,进而获取储层岩石渗透率与地层压力的关系,采用室内实验的方法,针对含微裂缝和人造裂缝的致密砂岩开展了变围压应力敏感实验、变内压应力敏感实验和特殊应力敏感实验;基于变围压实验数据,结合有效应力方程计算得到了实验岩样的渗透率随地层压力的变化关系,并与实验测定结果进行了对比分析。结果表明,计算得到的渗透率大于实验直接测定的渗透率,这种差异源于气体滑脱效应;基于Terzaghi有效应力方程计算的无因次渗透率小于对应变内压实验测定的无因次渗透率;基于非线性有效应力方程计算的无因次渗透率与对应变内压实验的无因次渗透率一致。有效应力和气体滑脱效应影响地层条件下渗透率的确定。

miRNA-21-5p对光诱导的人视网膜色素上皮细胞氧化应激损伤的影响

目的研究miRNA-21-5p对光诱导的人视网膜色素上皮细胞氧化应激损伤的影响。方法将体外培养的人视网膜色素上皮细胞系ARPE-19细胞随机分为对照组(TransIntro EL Transfection Reagent转染液培养)、损伤组(TransIntro EL Transfection Reagent转染液+光损伤)、过表达组(TransIntro EL Transfection Reagent转染液+miRNA-21-5p mimics+光损伤)、阴性组(TransIntro EL Transfection Reagent转染液+miRNA-21-5p mimics NC+光损伤)、PI3K/Akt阻断剂组(TransIntro EL Transfection Reagent转染液+miRNA-21-5p mimics+LY294002+光损伤)。使用光照强度为(16500±200)lx的LED冷光灯建立ARPE-19细胞光损伤模型,利用TransIntro EL Transfection Reagent转染液行细胞转染。采用qRT-PCR法检测各组ARPE-19细胞miRNA-21-5p表达水平,采用CCK-8法检测各组ARPE-19细胞活力,流式细胞仪检测各组ARPE-19细胞活性氧(ROS)含量变化,ELISA法检测各组ARPE-19细胞超氧化物歧化酶(SOD)活性和丙二醛(MDA)含量。结果与对照组相比,损伤组ARPE-19细胞miRNA-21-5p表达明显下降,细胞存活率明显下降,ROS含量显著升高,SOD活性明显降低,MDA含量明显增加(均为P<0.001);与损伤组相比,过表达组ARPE-19细胞miRNA-21-5p表达明显升高,细胞存活率明显上升,ROS含量明显降低,SOD活性升高,MDA含量减少(均为P<0.001),而阴性组ARPE-19细胞miRNA-21-5p表达、细胞存活率、ROS含量、SOD活性、MDA含量均无明显差异(均为P>0.05);与过表达组相比,PI3K/Akt阻断剂组ARPE-19细胞miRNA-21-5p表达明显降低,细胞存活率明显下降,ROS含量明显升高,SOD活性明显降低,MDA含量明显增加(均为P<0.01)。结论miRNA-21-5p能显著降低光诱导的ARPE-19细胞氧化应激水平,提高光诱导的ARPE-19细胞抗氧化能力。

InSb晶片的显微拉曼研究

对热处理前后的InSb晶片进行了显微拉曼面扫描测试,开发了一种新的InSb晶片应力面分布表征方式。热处理前后InSb晶片的横向光学(Transverse Optical,TO)声子散射峰分别位于179.3 cm^(-1)和178.5 cm^(-1);纵向光学(Longitudinal Optical,LO)声子散射峰分别位于188.8 cm^(-1)和188.7 cm^(-1);特征峰的半峰宽分别为5.8 cm^(-1)和5.0 cm^(-1)。X射线双晶衍射曲线半峰宽值分别为12.10~20.04 arcsec和7.61~7.74 arcsec。用经热处理后的晶片制得的器件在80℃烘烤20天后,盲元增加量较小,整体数量较少。这表明热处理释放了晶片的残余应力,对后期抑制器件新增盲元存在有利影响,为新一代超高性能、超大面阵红外探测器的制备奠定了材料基础。

显微拉曼光谱力学实验方法与应用研究进展

显微拉曼光谱是近十余年来实验力学领域迅速发展的一种实验应力分析新方法.相比于大多数的光测力学方法,显微拉曼能够实现对应力/应变相对直接的表征,具有高空间分辨、高测试效率、无损非接触等特点,适合于原位、在线、活体测量.其对本征和非本征应力均敏感,并能够开展多物理参量的协同表征,是当前实验力学领域新方法研究的国际前沿之一,也是微纳米力学实验分析的重要手段.本文首先介绍了显微拉曼力学表征的实验原理,随后论述了拉曼光谱用于力学研究的若干关键技术,然后综述了基于显微拉曼实验的力学前沿研究进展,最后讨论了显微拉曼光谱在实验固体力学领域的发展前景与方向.本文通过对显微拉曼光谱力学实验方法最新理论、技术与应用进展的综述,为从事微尺度、多尺度力学实验领域的科研工作者提供较为系统的信息参考,同时为那些对微尺度光谱力学感兴趣的青年科研人员提供本领域系统全面的知识.

正念减压训练联合微课健康教育在1型糖尿病患儿中的应用效果

目的探讨正念减压训练联合微课健康教育在1型糖尿病患儿中的作用。方法选取2020年5月至2022年5月九江市妇幼保健院收治的70例1型糖尿病患儿作为研究对象,按照随机数字表法分为对照组和观察组,每组35例。对照组给予常规护理,观察组在常规护理的同时给予正念减压训练联合微课健康教育,两组均持续护理2周。比较两组患儿的负面情绪、自我管理能力、健康知识掌握情况、血糖水平与并发症发生情况。结果两组护理前负面情绪、自我管理能力、健康知识掌握情况比较,差异无统计学意义(P>0.05);观察组护理后焦虑自评量表(SAS)、抑郁自评量表(SDS)评分低于对照组,自我管理能力、健康知识评分高于对照组,差异有统计学意义(P<0.05)。两组护理前血糖水平比较,差异无统计学意义(P>0.05);观察组护理后空腹血糖(FPG)、餐后2 h血糖(2 h PG)、糖化血红蛋白(HbA1c)均低于对照组,差异有统计学意义(P<0.05)。观察组的并发症总发生率低于对照组,差异有统计学意义(P<0.05)。结论正念减压训练联合微课健康教育可减轻1型糖尿病患儿不良情绪,提升患儿对健康知识掌握,促进自我管理能力的提高,有效维持血糖水平稳定,降低并发症风险。

Si_(3)N_(4)陶瓷纵扭超声磨削表面残余应力及其试验研究

Si_(3)N_(4)陶瓷属于典型的硬脆材料,已加工表面易产生微裂纹,对陶瓷零件的使用性能影响较大。为获取高性能的Si_(3)N_(4)陶瓷零件,纵扭超声磨削被应用于其超精密加工中,为揭示纵扭超声振动磨削对Si_(3)N_(4)陶瓷零件独特的加工机理,建立了纵扭超声磨削单颗磨粒切削轨迹方程及其磨削表面残余应力模型,并进行Si_(3)N_(4)陶瓷纵扭超声磨削试验验证。结果表明:相同加工工艺参数下,普通磨削Si_(3)N_(4)陶瓷表面残余应力多为拉应力,而纵扭超声磨削Si_(3)N_(4)陶瓷表面多为残余压应力,进而纵扭超声磨削Si_(3)N_(4)陶瓷亚表面损伤深度比普通磨削最大可降低38%,且其理论仿真结果与试验结果误差不超过10%,可为Si_(3)N_(4)陶瓷高性能零件的超精密加工提供新的加工方法。

基于分布位错法研究多条微裂纹对偏折主裂纹的影响

目的 采用理论方法求解多条微裂纹对偏折主裂纹的影响,重点分析偏折主裂纹尖端的力学行为及微裂纹对主裂纹扩展角度和闭合区域的影响等问题,为实际的工程应用提供理论依据。方法 运用叠加原理将主问题分解成2个子问题,通过材料力学方法求解子问题一;基于分布位错方法求解子问题二。进一步建立关于位错密度的奇异积分方程,利用Gauss-Chebyshev数值求积分法解决位错密度方程的奇异性问题,并通过计算机编写程序,最终得到相关力学参量的数值解。结果 得到了偏折主裂纹附近的应力场以及微裂纹长度、微裂纹个数对偏折主裂纹尖端应力强度因子的影响等相关力学参量。分析了主裂纹不同偏折角度时的闭合区域,以及微裂纹的方位角、微裂纹个数等对偏折主裂纹扩展角度的影响。结论 裂纹面对拉应力有屏蔽作用,导致拉应力在裂纹面附近应力松弛,而裂纹尖端对拉应力有放大作用,随着应力增加将导致裂纹的扩展。一条微裂纹位于主裂纹尖端约–30°<θ<50°时,将使主裂纹尖端应力强度因子增加,促进主裂纹的扩展,而微裂纹位于50°<θ<90°或–90°<θ<–30°时,将使主裂纹尖端应力强度因子减小,抑制主裂纹的扩展。主裂纹尖端应力强度因子随微裂纹长度的增加而变大,随微裂纹与主裂纹间距离的增加而减小。

三维正交织物织造过程模拟及其微观几何结构预测

为获得更为精确的织物模型,以满足织物及其纺织复合材料力学性能和破坏机制分析的需要,针对多尺度材料几何结构建模中存在宏观和介观尺度理想化假设,从而导致织物微结构特征缺失的问题,基于数字单元法理论,在纤维尺度提出一种织物织造过程动态仿真方法。该方法建立了织机关键部件的几何模型,由织造矩阵控制开口运动,通过计算纤维间的相互作用力,模拟织机五大运动,得到4个处于不同织造时期的单胞组成的三维正交织物数值模型。研究结果表明:织物单胞的微观几何结构受相邻单胞的影响,在织造过程中发生变化;最上层和最下层纬纱的应力高于中间层纬纱;模型较为准确地描述了纱线的卷曲、路径和横截面形状等织物的主要特征。

高承压水与深部应力耦合作用下顶板运移及应力显现规律

基于彬长矿区高家堡矿4^(#)煤深部工作面上方存在洛河组砂岩含水层的地质条件,探讨了含水层与动力灾害孕育的关系,介绍了彬长矿区4^(#)煤上方顶板含水层的形成原因和赋存状况;基于工作面涌水量数据,考证了工作面支架阻力与涌水量变化之间关系,阐述了涌水量变化与微震频次之间的时空关联特征,解释了微震与涌水之间时空关联及其产生机理。强调了工作面微震-涌水日报对防冲和防治水的重要意义;阐述了涌水增加后承压水运动在工作面产生的动静载,提出应重点关注水量突增后工作面的动力灾害危险。

大尺寸70%DKDP晶体残余应力应变研究

本研究使用传统液相法生长了氘含量为70%的大尺寸磷酸二氘钾(DKDP)晶体,采用中子衍射技术测量了三倍频DKDP晶片内部的残余应力和微观应变,利用X射线同步辐射探测了晶体锥面和柱面的微观形貌。研究了DKDP晶体沿[100]晶向宏观残余应力和微观残余应变的分布。结果表明:传统液相法生长的DKDP晶体柱面区域的残余应力为压应力,而锥面区域的残余应力为拉应力;锥面的拉应力容易导致晶体在生长和搬运过程中开裂,与实验现象相符;传统液相法生长的DKDP晶体的残余微观应变较小,但晶体中仍存在缺陷,这些缺陷是晶体残余应力和应变存在的原因之一。该研究可指导大尺寸70%DKDP晶体工程化应用。

采用数值仿真实验的“透光”镜制造原理

对“透光”镜造型进行检测分析,探明“透光”现象的关键原因为镜面整体上凸,镜面存在微观结构.对镜体材质、铸造残余应力、研磨量和研磨方式等关键因素进行分析,逐步探明制镜工艺特点.以ABAQUS软件为平台,通过数值仿真实验分析镜面研磨过程中残余应力引起的镜体变形效果.仿真结果表明:随着“透光”镜的镜面研磨去除量和去除曲率逐渐增大,镜面微观结构的高度差将逐渐增大,形貌特征将更加明显;在平面研磨过程中,随着镜体刚度逐渐下降,铸造残余应力克服镜体刚度使镜面产生拱起变形和应变差异;在曲面精磨过程中,随着镜面弯曲曲率的增大,镜体内部残余应力更易释放,镜面上的微观结构也更加明显,最终形成镜面“透光”现象.