A novel honeycomb cell assay kit designed for evaluating horizontal cell migration in response to functionalized self-assembling peptide hydrogels

A clear understanding on cell migration behaviors contributes to designing novel biomaterials in tissue engineering and elucidating related tissue regeneration processes. Many traditional evaluation methods on cell migration including scratch assay and transwell migration assay possess all kinds of limitations.In this study, a novel honeycomb cell assay kit was designed and made of photosensitive resin by 3D printing. This kit has seven hexagonal culture chambers so that it can evaluate the horizontal cell migration behavior in response to six surrounding environments simultaneously, eliminating the effect of gravity on cells. Here this cell assay kit was successfully applied to evaluate endothelial cell migration cultured on self-assembling peptide （SAP） RADA （AcN-RADARADARADARADA-CONH2） nanofiber hydrogel toward different functionalized SAP hydrogels. Our results indicated that the functionalized RADA hydrogels with different concentration of bioactive motifs of KLT or PRG could induce cell migration in a dose-dependent manner. The total number and migration distance of endothelial cells on functionalized SAP hydrogels significantly increased with increasing concentration of bioactive motif PRG or KLT. Therefore, the honeycomb cell assay kit provides a simple, efficient and convenient tool to investigate cell migration behavior in response to multi-environments simultaneously.

基于静态凝聚法的蜂窝芯轴向变胞元非均匀排布优化

为了有效改善蜂窝结构的强度与刚度,提出利用静态凝聚法实现变胞元的几何参数和非均匀排布同时优化的方法。根据卡氏定理,推导胞元的等效弹性模量和泊松比;沿轴向均匀划分蜂窝芯为若干列子结构,利用有限元法得到子结构的刚度矩阵;采用静态凝聚法建立超单元刚度矩阵,依据超单元节点编号装配获得蜂窝芯的整体刚度矩阵;计算蜂窝芯在剪切载荷作用下的结构变形,并与ANSYS结果比较分析。以子结构的个数以及胞元的夹角、夹板宽与斜壁长之比为设计变量,胞元的等效弹性模量最大和蜂窝芯的变形最小为设计目标,利用改进的粒子群算法进行优化并研究蜂窝芯优化前后的静、动态特性变化规律。结果表明:变胞元非均匀排布优化后,最大的位移、应力、应变均明显减小,且激励频率等于第二阶固有频率时振动最为强烈。研究结论可为蜂窝结构变胞元排布的优化设计提供指导。

星型-三角形负泊松比结构的面内压缩刚度可调控特性

通过准静态面内压缩试验揭示星型-三角形结构(star-triangular honeycomb, STH)的刚度可调控特性。利用有限元模拟的方法研究非均匀壁厚STH的面内压缩刚度可调控机制,分析不同类型胞壁厚度比(t_(1)=t_(3))/t_(2)及胞壁角对其面内压缩刚度的影响。结果表明,STH在面内压缩载荷下呈2个线弹性阶段,且强化刚度比初始刚度显著增大。适当地增大内凹胞壁和垂直胞壁的厚度可同时提高STH的初始刚度及强化刚度;当(t_(1)=t_(3))/t_(2)>1.575后,初始刚度仍持续增大,而强化刚度反而逐渐减小,最终不再具有强化刚度阶段。胞壁角α≤30°时,增大胞壁角可提高STH的初始刚度及强化刚度,反之,初始刚度及强化刚度对应的应变随胞壁角的增大逐渐增大,而强化刚度逐渐减小并趋于消失。该研究将为可调节刚度负泊松比结构的设计提供新的思路。

复合材料蜂窝夹芯缺陷超声检测模拟研究

实际检测中发现,复合材料蜂窝夹层结构中的芯格塌陷和胞壁鼓泡缺陷能够引起喷水超声穿透法C扫描检测中超声大幅度衰减。为了从理论上分析并验证蜂窝夹芯缺陷对穿透法超声传播的影响,本文采用3D有限元建模仿真方法,分别模拟了超声波在蜂窝壁完好、芯格塌陷、胞壁鼓泡这3种模型中的传播方式,研究了不同缺陷种类的尺寸和数量对、超声透射波幅值的影响,讨论了复合材料蜂窝芯格塌陷和胞壁鼓泡缺陷引起零件检测中超声波大幅度衰减的原因,与实际超声C扫描检测结果具有较好的一致性。

复合蜂窝结构的冲击响应特性

在传统六角形蜂窝结构的基础上,通过用负泊松比结构替代部分原六角形蜂窝结构的胞元层,设计了一种新颖的复合蜂窝结构模型。利用显示动力学有限元方法,研究了不同冲击速度作用下,复合蜂窝的结构排列和相对密度对变形模式、动态冲击应力、冲击载荷效率和比吸能的影响。结果表明:在中低速冲击作用下,复合蜂窝比六角形蜂窝的变形模式更复杂;除了冲击速度和结构排列,复合蜂窝的名义应力还取决于相对密度;复合蜂窝表现出负泊松比效应,具有更好的平台应力;在相同的冲击速度作用下,较弱层的复合蜂窝的峰值应力明显较低,表现出更好的冲击载荷效率;合理选择复合蜂窝结构的排列方式可以明显提高蜂窝结构的能量吸收能力。

类方形蜂窝夹芯胞元尺寸的等效力学性能与优化

为了提升类方形蜂窝等效力学性能,在推导了其尺寸参数与等效力学性能的函数后,将尺寸参数作为设计变量、等效力学性能为优化目标,建立了类方形蜂窝夹芯胞元优化数学模型,采用了多目标遗传算法进行优化设计。给出胞元尺寸单参数响应及多尺寸协同作用的响应分析并从多目标优化代表性解中选取到最优解。优化结果得到:当夹芯胞元尺寸参数l/t取114.3899、l/h取0.9598时,等效密度增加59.52%,y方向等效弹性模量减小了67.37%,但x方向等效弹性模量增大了109.77%,等效剪切模量增加了421.94%,类方形蜂窝夹芯的等效力学性能显著提升。研究结果对类方形蜂窝夹层结构的优化设计提供一定的依据和参考。

部分外包混凝土加固六边形孔蜂窝钢柱轴压试验

为研究部分外包混凝土加固六边形孔蜂窝钢柱的轴压性能,以混凝土强度及系杆间距为参数,对1根六边形孔蜂窝钢柱及5根部分外包混凝土加固六边形孔蜂窝钢柱进行了轴压试验.结果表明:相较于未加固的六边形孔蜂窝钢柱,混凝土部分外包加固能有效提升六边形孔蜂窝钢柱的承载能力及耗能性能.对于部分外包混凝土加固六边形孔蜂窝钢柱而言,随着混凝土强度的上升,其承载能力和延性会逐渐提高,且能有效约束六边形孔洞周边的变形和焊缝撕裂问题.随着系杆间距的减小,柱体承载能力逐渐变大,但其延性和耗能会降低.轴压状态下,部分外包混凝土加固六边形孔蜂窝钢柱的孔洞应力基本呈对称分布,孔洞周边最大应力多分布于六边形孔棱角处.

零泊松比蜂窝面内拉伸力学响应的有限元模拟

自适应飞行器因其对于不同飞行阶段的空气动力学适应性,逐渐成为航空航天研究的重点领域。可变形蒙皮不仅需要具有良好的面内拉伸变形性能,同时材料结构也需要具有一定的刚度来应对飞行过程中的载荷。本文提出以由高性能工程塑料聚醚醚酮(PEEK)材料制备的折线形蜂窝和U形蜂窝材料作为蒙皮结构,通过数值模拟计算确定柔性蒙皮的面内拉伸变形模式及两种蜂窝材料的形状尺寸参数对其面内拉伸变形力学响应的影响。结果表明,折线形蜂窝和U形蜂窝材料的面内变形模式呈现高度一致性,同时,两者的面内拉伸变形性能与蜂窝胞元长度和高度成正比,而与蜂窝厚度成反比。本文研究结果可为变体结构的设计与制备提供理论支持。

不同速度下负泊松比弧形结构的变形行为

高孔隙率的负泊松比蜂窝结构在能量吸收的过程中往往伴随剧烈的应力波动和显著的峰值应力,极易造成蜂窝结构的局部损坏,影响能量的连续吸收。为了减少局部破坏的产生,基于传统内凹六边形蜂窝胞元设计了一种反对称的弧形胞元,并通过不同的阵列方向,得到了2种新型反对称负泊松比弧形蜂窝结构。采用准静态压缩试验和有限元模拟的方法,探究了速度梯度对新型反对称弧形蜂窝结构模型的整体变形模式,不同层水平应变分布,变形机理,以及抗冲击性的影响。研究结果表明:不同于传统负泊松比蜂窝模型中出现大量的局部密实化区域,新型反对称负泊松比弧形蜂窝结构中局部密实带明显减少,结构中多层胞元组成的变形区域同时参与变形,整体表现出十分稳定的变形模式。这与最大水平应变的提高以及新型蜂窝结构抗冲击性的增强密切相关,特别是在中速模式下,新型反对称弧形蜂窝模型抗冲击性明显增强,冲击载荷效率达到78%,远高于传统蜂窝模型43%的冲击载荷效率;此外,反对称弧形蜂窝结构胞元还带动了相邻胞元之间的胞壁发生向上弯曲来抵抗弯矩。在低速模式下,2种新型反对称弧形蜂窝模型的最大水平应变分别提高了100%、36%;在中速模式下,2种模型均提高了39%。

一体集成式边坡生态修复施工关键技术研究

近年来,人们在传统的边坡技术中主要强调边坡的强度和安全效果,却忽视了其对环境的破坏。一体集成式边坡生态修复施工技术将植物与土木工程相结合,保护和恢复边坡的表面生态,兼顾了环境效益、景观效益和环境效益,是边坡生态修复的发展趋势,治理的边坡前提是安全稳定的边坡,然后在功能上结合治理和复绿措施,最终目的是恢复植被群落,形成与周围区域植被融为一体的良好生态环境,通过对一体集成式边坡生态修复施工工艺流程和质量控制要点进行研究,为一体集成式边坡生态修复施工提供参考。

蜂窝材料及孔格结构技术的发展

介绍了一种新型的芳纶 /酚醛型高模量、高强度的Korex蜂窝芯材。并对不同孔格 密度的Korex蜂窝芯材进行了力学性能和典型使用性能的对比 ,给出了几种新型的蜂窝结构。新型蜂窝材料和新型蜂窝孔格结构的研究 ,将有效地提高蜂窝结构的力学性能 ,显著地降低结构重量 ,提高使用可靠性 。

胞孔构型对金属蜂窝动态力学性能的影响机理

采用ANSYS/LS-DYNA有限元研究了具有不同胞孔构型和排列方式的金属蜂窝材料在面内冲击荷载下的力学性能。在蜂窝的相对密度和冲击速度保持恒定的情况下,比较了它们的变形模式、动态承载力和能量吸收性能。结果表明,不同的胞孔构型导致在蜂窝压垮过程中胞壁的受力状态不同,从而影响蜂窝的宏观力学性能。根据胞壁的应力状态,可将蜂窝分为膜力主导蜂窝和弯曲主导蜂窝2大类。研究结果显示,蜂窝吸收的能量绝大部分转化为变形所需的内能,并且膜力主导蜂窝的内能占总能量的百分比更大。胞壁的屈曲导致膜力主导蜂窝的应力应变曲线呈现较大的波动。膜力主导蜂窝在变形过程中其胞壁会耗散更多的内能,从而比弯曲主导蜂窝具有更高的动态承载力和能量吸收能力。

蜂窝铝冲击波形数值计算及分析

为分析蜂窝铝结构参数以及弹丸参数对冲击波形的影响,利用LS-DYNA有限元软件建立了弹丸侵彻蜂窝铝模型,模拟了侵彻波形的发生过程。比较了蜂窝铝相对密度、胞孔角度,侵彻初速和弹头形状对冲击加速度波形的影响。结果表明,增大蜂窝铝相对密度、减小胞孔角度可以引起加速度峰值的提高和冲击脉宽的减小;提升初始侵彻速度可以同时引起加速度峰值与脉宽的提升;弹丸形状影响冲击波形,使用卵形弹可以获得较平缓的加速度波形。研究结果对以蜂窝铝为缓冲材料的冲击试验参数选择具有重要参考价值。

胞元参数对铝蜂窝吸能特性的影响

铝蜂窝是一种多孔材料,具有良好的吸能特性,广泛应用于航天领域和轨道交通领域。六边形铝蜂窝的吸能特性受胞元边长l、胞元壁厚t及扩展角α的影响;加强正六边形铝蜂窝的吸能特性与正六边形铝蜂窝不同。通过对不同胞元参数的正六边形铝蜂窝吸能特性进行理论计算,用Hypermesh对正六边形和加强正六边形蜂窝结构进行准静态压缩仿真分析,得到其平均应力和比吸能。结果表明:正六边形和加强正六边形铝蜂窝的平均应力和比吸能随蜂窝胞元边长的增大而减小,随壁厚的增大而增大;相同胞元参数下,加强正六边形蜂窝的平均应力及体积比吸能高于正六边形蜂窝,但是质量比吸能小于正六边形蜂窝。

蜂窝夹芯剪切等效模量研究

蜂窝夹层轻型结构以其比强度、比刚度高,而在航空航天工程中被广泛采用.由于蜂窝形状、尺寸多样,使夹层结构设计、优化分析变得复杂,特别是蜂窝夹芯的剪切模量难以准确的等效计算.以薄板理论为基础采用有限元方法对单蜂窝分析的方法,获得蜂窝夹芯的剪切等效模量,与其它方法相比较,精度较高,与试验结果吻合较好.

蜂窝芯格尺寸对蜂窝密封流动特性的影响

采用RNG k-ε两方程紊流模型、Simple算法和结构化网格,利用Fluent软件数值分析不同间隙、压比和转速条件下,蜂窝芯格尺寸对蜂窝密封内泄漏流动的影响。结果表明:蜂窝密封特殊的六边形结构可以将泄漏流分割成许多小涡流,漏汽在蜂窝腔内呈逆时针螺旋式三维紊流运动;芯格尺寸越大,漏汽量越大;同一密封间隙下,随着芯格尺寸的增大,泄漏量增大的趋势在升高;随着压比的增大,蜂窝密封的泄漏量增大,但泄漏量增加的趋势在减小;随着转速的增加,转轴表面形成强烈的气旋效应,有利于阻滞泄漏流动。

铝蜂窝结构单向压缩、失稳和破坏机制研究

采用结构代表胞元模型数值模拟了在不同相对密度范围的单型铝蜂窝结构在单向压缩过 程中的变形、失稳和破坏现象．我们推广了转角刚度方法，并结合数值模拟结果分析了结构失 稳和破坏的三种不同特征及相应的细观力学机制，计算了结构代表胞元开始失稳分岔时的宏观 应力，其值与有限元数值计算和实验得到的结构宏观极限应力一致吻合．

一种新型组合蜂窝结构的轴向承载性能研究

轴向承载力是蜂窝结构重要的力学性能指标。提出一种基本胞元由菱形和圆形构成的新型组合蜂窝结构,围绕其轴向结构稳定性、整体刚度和强度三个方面展开研究。首先运用线性特征值屈曲分析方法,通过有限元数值模拟,实现了新型组合蜂窝的结构稳定性分析过程,并与菱形、正六边形、正八边形蜂窝结构的屈曲分析结果进行了比较;同时,以某型号电动车底盘中部甲板为例,验证了新型组合蜂窝夹芯结构在轴向载荷作用下的整体强度和刚度,并分析了不同胞元壁厚对夹芯整体强度和刚度的影响。结果表明,新型组合蜂窝具有良好的轴向结构稳定性,且其夹芯层整体刚性和强度较好,轴向承载力强,是综合力学性能较优的创新构型。

一种新型组合蜂窝的抗冲击性能研究

蜂窝结构的力学或物理性能是决定其能否推广应用的关键。针对提出的一种新型组合蜂窝结构,围绕该蜂窝结构的抗冲击性能展开研究,构建了新型组合蜂窝的冲击模型,通过数值仿真,实现了新型组合蜂窝的中高速冲击过程,并与正六边形、正方形、三角形、Kagome蜂窝结构的中高速冲击仿真结果进行了类比,分析和比较了新型组合蜂窝受冲击时的能量吸收特性。研究结果表明,新型组合蜂窝在受到冲击时整体刚性较好,具有较强能量吸收能力,是进行轻量化设计的理想结构。

遮光罩内壁蜂窝结构单元的双向反射特性

内壁蜂窝结构是决定遮光罩杂散光抑制性能的主要因素,掌握其各向异性辐射传输特性对遮光罩的杂散光分析和优化设计具有重要意义.针对蜂窝结构单元,建立辐射传输模型,导出了表面双向反射分布函数的离散表达式;通过蒙特卡罗法模拟蜂窝结构单元的辐射传输过程,分析了几何参量和涂层反射率对等效面反射特性的影响;根据模拟所得双向反射分布函数数据库,建立了用于遮光罩杂散光分析的蜂窝结构等效面的反射特性概率模型.分析结果表明,蜂窝结构对杂散光呈现很强的后向散射特征,等效面的反射特性概率模型与直接模拟结果符合很好,可用于遮光罩杂散光分析和设计.