Biomechanical properties and modeling of skin with laser influence

This paper studied experimentally and theoretically the biomechanical properties of skin with laser influence. Different types of tensile tests of the porcine skin in vitro were conducted to study effect of the laser, tensile strength, stress-strain relationship, influence of skin’s anisotropy and different regions, repetitive loading and stress-relaxation. A modeling of skin was developed according to the experimental results. The modeling provided insights into the important structure-function relationship in skin tissue with the laser effect. The nonlinear and anisotropic mechanical responses of skin are largely due to varying degree of fiber undulation which is effected by laser and outside forces. By introducing the laser factor into the constitutive modeling, the skin’s biomechanical properties and the mechanism of the skin repair with laser were discussed.     

曲线纤维变刚度壁板的亚音速气弹稳定性研究

针对曲线纤维变刚度复合材料层合板在高速列车壁板结构轻量化设计中的广阔应用前景,研究了弹性、黏弹性变刚度复合壁板在亚音速流场中的气动弹性稳定性问题. 首先,基于Mindlin厚板理论和势流流动理论分别描述壁板结构变形和亚音速气动力,根据虚功原理和有限元法建立了曲线纤维变刚度复合材料弹性/黏弹性壁板的气动弹性稳定性分析模型,进而采用复模态理论求解复合材料变刚度壁板发散临界速度;在验证方法正确性和收敛性的基础上,研究了壁板关键参数等对复合变刚度壁板发散失稳特性的影响规律. 研究结果表明:与直线纤维壁板相比,通过调整曲线纤维路径可以实现壁板的发散临界速度50%左右的提升,有效增强壁板气动弹性稳定性.      

单向短纤维复合材料中热残余应力研究

基于单向短纤维增强金属基复合材料的单纤维模型,利用轴对称弹塑性有限元分析方法,研究了该类复合材料中热残余应力的大小和分布情况以及各种微结构参数的变化对它的影响,同时还讨论了热残余应力的存在对基体与纤维之间应力传递的影响。研究表明,热应变的不匹配导致纤维受压、基体受拉,界面法向受压。热残余应力的存在降低了基体与纤维间的应力传递,不利于复合材料整体性能的提高。     

皮肤组织的热力学行为表征:Ⅱ.黏弹性行为

目的检验关于胶原蛋白是皮肤黏弹性主要决定因素的假设,重点考察皮肤组织在动态载荷下的热力学性能。方法采用不同的热加载实现皮肤组织中胶原质不同程度的热变性;使用差示扫描量热仪检测胶原质的热变性及其热稳定性,并通过热损伤积分方程分析了胶原质的热稳定性;采用动态热力学分析仪表征了温度和皮肤胶原质损伤对皮肤黏弹性特性的影响。结果由于水份的流失,储存模量随温度的升高而显著增大;与此相反,功耗因子却呈现出明显的温度不敏感性。结论热损伤和热变性程度对皮肤黏弹性性能的影响与温度的影响相类似,表明在恒定的频率下胶原蛋白分子的热变性对皮肤的黏弹性行为影响很大。     

皮肤组织的热力学行为表征:Ⅰ. 拉压行为

目的重点研究在不同温度下猪皮肤组织的拉压行为,探讨温度和真皮层胶原质热变性对皮肤组织力学性质的影响。方法实验采用新鲜猪皮,在特殊设计的温控制拉伸系统和压缩系统条件下观察猪皮肤在不同温度下的拉压行为。结果在拉伸实验中,皮肤的刚度随着温度的升高而降低,而在压缩实验中则相反。结论温度对皮肤组织的拉伸和压缩行为都有影响:拉伸性质的变化主要是由于随着温度的升高皮肤胶原蛋白的热变性所引起,而压缩性质的变化则有可能是由于在热变性的影响下水合的变化所引起。     

碳纤维增强铝基复合材料的制备及其拉伸性能

利用挤压铸造方法,采用三种不同的凝固条件,制备了连续长碳纤维增强铝基复合材料的拉伸试样,并对其拉伸性能进行了试验。试验结果表明,该复合材料的抗拉强度和弹性模量皆随碳纤维的体积含量增加而增加。含48％碳纤维的复合材料比基体材料的拉伸强度高50％以上,但塑性指标随碳纤维含量的增加而显降低,当连续碳纤维的体积含量较小时,凝固条件对该复合材料的抗拉强度影响较大,对弹性模量的影响较小;当碳纤维的体积含量较大时,凝固条件对该复合材料的抗拉强度影响较小,而对弹性模量的影响较大。     

碳纤维增强铝基复合材料的制备及其拉伸性能

利用挤压铸造方法,采用三种不同的凝固条件,制备了连续长碳纤维增强铝基复合材料的拉伸试样,并对其拉伸性能进行了试验．试验结果表明,该复合材料的抗拉强度和弹性模量皆随碳纤维的体积含量增加而增加．含48％碳纤维的复合材料比基体材料的拉伸强度高50％以上．但塑性指标随碳纤维含量的增加而显著降低．当连续碳纤维的体积含量较小时,凝固条件对该复合材料的抗拉强度影响较大,对弹性模量的影响较小;当碳纤维的体积含量较大时,凝固条件对该复合材料的抗拉强度影响较小,而对弹性模量的影响较大．     

基于拟力法的框架结构静力推覆分析

传统静力推覆分析方法求解结构非线性变形需对结构整体刚度矩阵进行实时地合成与分解,该过程将占用大量计算资源.基于拟力法的纤维梁有限元分析方法进行静力推覆分析,在迭代求解结构非线性变形时,首先对弹性刚度矩阵进行分解,计算出侧向荷载作用下的弹性位移;然后通过反复调用弹性刚度矩阵的分解结果与弹性位移,减少回代计算量;最后采用算法时间复杂度理论定量对比了该方法与传统方法的计算效率,通过一榀八层钢筋混凝土框架结构数值算例,分析比较了两种方法的计算结果与算法时间复杂度. 结果表明:两种方法顶点位移-基底剪力曲线基本吻合,层间位移角与楼层之间的关系曲线也基本一致,两者的最大误差出现在第3层,为3.72%,与传统方法相比,基于拟力法的静力推覆分析方法算法时间复杂度降低了80%,计算效率至少是传统方法的5倍.      

Structural Behavior of Continuous Prestressed Steel Fiber Reinforced High Strength Concrete Beam

The flexural behaviors of continuous fully and partially prestressed steel fiber reinforced high strength concrete beams are studied by experiment and nonlinear finite element analysis. Three levels of partial prestress ratio (PPR) are considered, and three pairs of two-span continuous beams with box sections varying in size are designed. The major parameters involved in the study include the PPR and the fiber location. It is concluded that the prestressed high strength concrete beam exhibits satisfactory ductility; the influences of steel fiber on the crack behaviors for partially prestressed beams are not as obvious as those for fully prestressed ones; steel fibers can improve the structural stiffness after cracking for fully prestressed high strength concrete beams; the moment redistribution from mid-span to intermediate support in the first stage should be mainly considered in practical design.     

碳/芳纶纤维增强混凝土温度变形自约束作用的研究

用具有温度负膨胀特性参数的碳／芳纶纤维增强水泥及混凝土可以增加其强度及机械性能，同时还可以控制其温度变形以防止开裂。章根据各向异性材料分析方法，对碳／芳纶纤维增强水泥及混凝土的温度变形自约束作用进行了研究和试验。     

高温高压消毒对五种桩挠曲强度与弹性模量的影响

目的研究高温高压消毒对不同桩挠曲强度与弹性模量的影响。方法采用北京实德隆碳纤维桩、玻璃纤维桩、石英纤维桩、Tenax玻璃纤维桩、Anthogyr钛桩各12支,分别分为实验组和对照组,每组6支。实验组经MelagVacuklav 24B消毒仪134℃高温、2.2 MPa高压消毒50 min,对照组不进行消毒。采用三点加荷系统测定其弹性模量和挠曲强度,并对其差异进行统计分析。结果两组内的实德隆碳纤维桩、玻璃纤维桩、石英纤维桩、Tenax玻璃纤维桩的弹性模量值与挠曲强度值彼此间无统计差异(P>0.05),Anthogyr钛桩获得了最高的弹性模量值与挠曲强度值(P<0.05);两组间经配对t检验无统计学差异(P>0.05)。结论纤维桩具有满足临床使用的挠曲强度,而其弹性模量显著低于金属桩,可以缓冲载荷,保护牙体组织,防止根折,成为桩材料发展方向。高温、高压消毒对纤维桩和钛桩的弹性模量和挠曲强度无显著影响,可用于桩的临床消毒。     

碳纤维箱形梁的剪力滞效应试验研究

近几年来,利用各向异性层合复合材料作为结构元件有了显著的增长．这种增长是利用了复合材料重量轻、强度高和各向异性材料等性质,这些性质都可以通过改变纤维取向和铺层顺序而加以调整,从而可以有效地使用层合复合材料．复合材料的正确和有效使用,要求进行更复杂的分析,以便能准确地预报这些材料对外栽荷的弹性响应．通过试验的方法来研究碳纤维层合箱梁在集中荷载作用下的剪力滞效应．     

钢/聚丙烯混杂纤维混凝土性能研究

采用钢纤维和聚丙烯纤维制备了混杂纤维混凝土,并对混杂纤维混凝土的工作性能和力学性能进行了测试和分析。研究结果表明:随着纤维的加入,新拌混凝土的流动性迅速降低;当水灰比较大时,普通混凝土与纤维混凝土的抗压强度和抗弯拉强度都较低;单纯加入钢纤维对混凝土的力学性能提高幅度有限,采用SF/PF混杂纤维不仅可以减少钢纤维的用量,还能明显提高抗压和抗弯拉强度。     

组织工程活性真皮的构建研究

目的探讨用脱细胞真皮(ADM)、胶原海绵膜(SCM)、胶原凝胶构建活性真皮的可行性。方法从幼儿包皮中纯化、扩增成纤维细胞(Fb),将其分别种植于ADM、胶原凝胶、SCM上,观察细胞增殖及支架收缩等情况。结果Fb在ADM上不能成活;在SCM上增殖良好,人工真皮收缩不明显;在胶原凝胶中增殖活跃,但人工真皮收缩明显。结论利用SCM构建的人工真皮,是一种较理想的活性真皮。     

混杂纤维片材拉伸性能研究

参考标准GB/T3354-1999测试了由碳纤维、玻璃纤维和尼龙纤维等编织的不同混杂纤维布和增强环氧树脂复合板的拉伸强度、弹性模量和拉伸过程曲线等,分析了混杂比例对干纤维布和纤维增强环氧树脂板拉伸性能的影响。结果表明:与1C1G和2C1G纤维布相比,1C2G单向纤维布呈现出更为理想的分级破坏形式,应力传递更稳定;在碳、玻璃混杂纤维增强环氧树脂板体系中,1C2G复合板延性优越,最大延伸率达1.68%;与碳、玻璃混杂纤维增强环氧树脂板相比,含有尼龙纤维的混杂纤维树脂板在拉伸过程中具有下降段,延性效果改善良好,但抗拉强度偏低;环氧树脂在复合材料中进行应力传递和重分配,有效提高了复合材料的整体受力性能。     

Y2O3：Eu／PVP复合纳米纤维的制备和发光性质

采用静电纺丝技术与燃烧法相结合成功的制备了Y2O3：Eu／PVP复合纳米纤维．采用扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）、X-射线衍射（XRD）和荧光光谱等研究手段,对纤维的形貌、结构和发光性质进行了表征．结果表明：随着纤维中Y2O3：Eu纳米粒子含量的增加,纤维的直径分布变得不均匀;未嵌入PVP母体纤维内部、分散在纤维表面的Y2O3：Eu的纳米粒子逐渐增多．值得注意的是,在Y2O3：Eu含量较低（例如,Y2O3：Eu／PVP=0．05％）的Y2O3：Eu／PVP复合纤维样品中,纤维表面没有独立的Y2O3：Eu纳米粒子存在．将Y2O3：Eu含量为0．05％的Y2O3：Eu／PVP纤维进行煅烧处理后,得到Y2O3：Eu纳米粒子的一维排列图案,证实此纤维样品中的Y2O3：Eu纳米粒子完全嵌入PVP纤维母体内部．另外,Y2O3：Eu／PVP复合纳米纤维与Y2O3：Eu纳米粒子的发光性质对比研究结果表明,复合纤维中的Y2O3：Eu纳米颗粒的发光性质与PVP母体密切相关．     

多雨地区双块式无砟轨道湿态混凝土力学性能

长期处于水环境中的双块式无砟轨道内部存在不均匀的湿度场，而湿度会对轨道结构的力学性能产生一定的影响. 为研究水环境中双块式无砟轨道内部不同湿度状态下混凝土宏观力学性能，结合水环境中双块式无砟轨道的湿度分布情况，建立了混凝土基质纳观组分（C-S-H）分子动力学模型，对混凝土基质展开多尺度计算，并进行两级均匀化分析. 结果表明:水环境中的双块式无砟轨道结构表层湿度的梯级分化明显，轨道内部的湿度差最高可达38.41%；混凝土的弹性模量和泊松比随饱和度的增加而增大；混凝土饱和度由0增加到100.00%时，支承层、道床板及轨枕混凝土弹性模量的增幅分别可达35.0%、19.5%、16.2%.      

侧边加劲半圆形波纹钢板墙的抗侧性能

为改善平钢板剪力墙受剪易屈曲及面外刚度小的问题,提出侧边加劲半圆形波纹钢板墙.基于两边连接侧边加劲半圆形波纹钢板墙的力学特点给出其简化力学模型,推导了弹性初始刚度及承载力公式,并给出弹性屈曲临界荷载计算公式;采用有限元软件ABAQUS对22个单层侧边加劲半圆形波纹钢板墙进行了弹性屈曲分析及非线性推覆分析,验证了理论公式...     

纤维长径比对单向短纤维复合材料力学行为的影响

在单向短纤维增强金属基复合材料的单纤维轴对称和单纤维三维细观力学模型的基础上,利用弹塑性有限元分析方法,研究该类复合材料中短纤维长径比的变化对材料整体力学行为的影响,研究主要考虑短纤维长径比的变化对复合材料的应力传递、弹性模量以及应力－应变关系曲线的影响。研究表明：在单向短纤维增量金属基复合材料中,短纤维的长径比应保持在一个最佳范围,高过一定值后增强作用几乎不再增加,过低又不能保证复合足够的力学性     

树脂基纳米涂层复合材料力学性能试验研究

用纳米划痕和纳米压痕试验对Al2O3短纤维增强环氧树脂复合材料基体涂覆纳米Al2O3涂层后的性能进行对比试验分析，研究涂层表面性能与涂层以及涂覆工艺的关系．环氧树脂固化的同时和固化后涂覆的涂层分别称为同时涂层和后期涂层．同时涂层和后期涂层使涂层的弹性模量从基体的1．0GPa分别提高到3．3～3．9MPa和2．1～4．0GPa；硬度从分别提高到700～1300MPa和400～600MPa．