角膜移植显微手术机器人系统的研究

在借鉴眼外科显微手术机器人系统研究经验基础上,对角膜移植显微手术机器人系统结构进行深入的研究,针对角膜移植手术的过程和特点,对角膜移植显微手术机器人系统的手术流程、交互方式进行了分析,提出了合理的机器人系统物理结构。研究了机构型式、末端手术工具、各子系统的关系,并开发了研制样机。切割实验表明,系统设计满足手术要求,可以准确完成手术动作。     

颗粒增强金属基复合材料的结构建模与力学模拟研究进展

颗粒增强金属基复合材料具有高模量、高强度及高耐磨等优异性能,其材料体系庞杂、复合结构繁复,力学性能指标众多。通过结构建模与力学模拟的系统研究,能够有效揭示复合材料的构效关系与组织演变规律,进而指导其设计、制备、加工与应用全流程研究。开展多尺度建模计算,并与宏、微观实验相融合,以及利用以数据库技术、高通量计算与大数据挖掘为主要特征的材料信息学研究,可实现金属基复合材料的“组分-工艺-结构-性能”内禀关系的科学内涵描述。首先回顾了颗粒增强金属基复合材料建模计算的主要研究方法,然后对其结构建模研究现状进行了介绍,进而围绕界面特性与力学模拟进行了综合述评,最后对建模拟实结合材料基因工程技术的未来发展进行了展望。     

高速滚动轴承力学特性建模与损伤机理分析

滚动轴承广泛应用于航空发动机转子、高速数控机床主轴、高速列车轮对等高速旋转机械系统中,其力学特性和运行状态对整个转子系统的精度、可靠性及寿命等具有重要的影响。当转子-轴承系统在高速旋转时,所产生的离心惯性力和陀螺力矩,使轴承负荷增加,高速旋转的轴承内圈还将发生径向离心膨胀变形;另外,随着运行时间的增长,工作温度将升高,转子、轴承等部件会发生热变形。在离心惯性力和工作温升的综合作用下,轴承结构元件的几何位置关系会发生改变,从而改变轴承的刚度、应力、应变等动态特性。本文考虑了旋转内圈离心膨胀和热膨胀变形对轴承内部几何位移的影响,对Jones提出的轴承模型进行改进,建立了一种高速滚动轴承力学模型,可以预测滚动体与内圈、外圈之间的接触角、接触变形以及接触载荷等参数,并计算轴承刚度。在该轴承力学模型的基础上,研究了静载荷、动态载荷及高转速等工况下滚动轴承内部接触载荷、接触位置的变化规律,并基于材料疲劳失效理论对轴承的损伤机理和早期损伤部位进行了分析,为高速滚动轴承的损伤识别和故障诊断提供理论依据。     

力学分析在吊装作业中的应用

本论文从起重吊装作业过程出发,引入适时控制的思想,以较先进的推举法为例来探讨起重吊装作业过程中的力学分析在建设工程中的运用。主要对吊装作业过程中平面动态受力情况进行分析,引入桅杆参数和钢丝绳参数进行吊装机具的选择和设计。     

滑动可缩井壁结构的力学分析和设计方法

本文分析了厚表土层中井壁破裂的机理和防治技术，研究了滑动可缩井壁结构各部分的受力特点和计算模型，提出了新的井壁设计方法，通过模拟试验得到了相应的设计参数，为工程设计和应用提供了可靠的依据。     

Nomex蜂窝夹层结构弯曲刚度温度相关性的力学建模

胶黏剂粘接性能下降导致的面板与蜂窝芯分离是Nomex蜂窝夹层结构在高温下力学性能发生退化的主要原因。为此定义了胶黏剂的等效脱粘系数为温度升高引起蜂窝夹层结构弯曲刚度下降的损伤变量,并引入面板和蜂窝芯弹性模量的温度保持系数,建立了蜂窝夹层结构弯曲刚度温度相关性的力学模型。经外伸梁三点弯曲法试验校验,所建力学模型计算值与试验值的误差在15%内,可以较好地实现蜂窝夹层结构在高温下的弯曲刚度预报。研究成果可以用于软夹心蜂窝夹层结构在高温下弯曲刚度的估算。      

盾构在掘进过程中的力学分析与载荷预估

该文分析了盾构在掘进过程中的总载荷,将其分为基准载荷与掘进载荷,提出一种基于力学分析的可有效描述地质参数、操作参数及结构参数影响规律的盾构载荷计算方法。在计算掘进载荷时,建立了反映盾构刀盘与土体在掘进界面上耦合作用的刀盘接触载荷近似计算模型。通过天津地铁工程的载荷实测数据与基于该文提出方法得到的载荷计算结果比对表明:该方法可用于估算盾构掘进过程中的总载荷,并可用于近似描述地质条件、操作状态及刀盘结构等重要工程参数对载荷的影响,为盾构设计及施工提供了一种可行的工程载荷计算手段。     

不同温度下AM80镁合金的动态力学响应及本构建模

为构建可准确预测镁合金动态力学响应的统一本构模型,采用分离式霍普金森压杆装置对AM80镁合金进行高速冲击实验,变形温度为298 K、423 K和523 K,应变速率为1 100～5 000 s-1 .结果表明:AM80镁合金具有明显的应变速率敏感性.变形温度为298 K时,镁合金的流变应力表现为正应变速率敏感性,当应变速率增至5 000 s-1的变形后期,镁合金的流变应力则表现为负应变速率敏感性;变形温度为423 K和523 K时,镁合金的流变应力表现为正应变速率敏感性,当应变速率高于临界值时,镁合金的流变应力则表现为负应变速率敏感性.将应变速率强化参数C和应变硬化参数n修正为变形温度T的函数,优化了Johnson-Cook本构模型,本构拟合结果与实验结果的误差在±10%范围内,其相关系数( R)和平均相对误差(AARE)分别为0. 987、3. 88% ,说明所建本构模型能够准确预测AM80镁合金在不同变形条件下的流变应力行为.     

复合材料中启裂的微观力学分析与实验观察

建立了一个非连续体增强金属基复合材料微观单元的力学分析模型，并以此分析计算了复合材料中不同位置处的受力和断裂临界条件，对１５ｖ％ＳｉＣｐ／２０２４Ａ１，３．６ｖＣＦｓ／２０２４Ａｌ和４－５ｖ％ＣＦ－ｓ／６０６１Ａｌ的实验观察表明，该模型完全适全于金属基复合材料微区力分析，查判断裂纹萌生位置及临界条件。     

地下采掘作业中矿山岩石力学理论的应用

根据矿床开采引起的围岩变形情况,通过对岩石的变形特性的分析,以及对原岩应力和次生应力论述,我们对地下采掘作业中巷道和采空区围岩的力学特性做了相关研究并取得了一些研究成果。这些研究成果可为地下采掘作业提供理论指导,对确定采场结构参数和布置方向,选择采场回采顺序,制订采场支护措施等都具有十分重大的意义。     

Dynamic finite element modeling and fatigue damage analysis of thermite welds

Railway track comprises of continuous welded rail mounted with rail clips on sleepers integrated to a ballast track form system. Modeling the rail structure with thermite weld subjected to the complex dynamic loadings is a challenging problem. Fatigue failures at the head‐to‐web, web‐to‐foot, and foot regions of weld collar are investigated. In this paper, a combined method of multibody system dynamic analysis and dynamic finite element analysis was used. A train roll‐in experiment was conducted at a train depot test track to validate modeling results predicted at the strain gauge location. Three critical plane‐based multiaxial fatigue criterions incorporated with a smallest enclosing circle algorithm were implemented in Python code to study the fatigue behavior at weld collar. Parametric studies were also conducted to investigate the effects of track component materials, track curvature, and train velocity. This approach provides a method for predicting the failures of thermite welded joints in railway tracks.     

角膜真空冷冻干燥实验的传热传质分析

为保持角膜在真空冷冻干燥（以下简称冻干）过程中的活性,减少其内皮细胞的损伤,本文分析了冻干实验中前处理、预冻、干燥和复水检测等过程中,传热传质规律对角膜内皮细胞造成损伤的原因,在改进工艺参数的基础上,成功的冻干了合格的角膜。     

硅烷接枝交联对MgO/高密度聚乙烯复合材料性能的影响

采用两步法反应挤出工艺制备硅烷接枝交联MgO/高密度聚乙烯(MgO/HDPE)导热复合材料,研究了硅烷接枝、交联对MgO/HDPE复合材料的结晶性能、力学性能、耐热性、导热性能的影响,并利用FTIR和DSC对其接枝交联、结晶情况进行表征。结果表明,交联MgO/HDPE复合材料的拉伸强度、缺口冲击强度、热变形温度(HDT)分别由未交联时的20.41 MPa、1.875kJ/m~2和74.6℃提升到27.24 MPa、7.875kJ/m~2和83.5℃,并且热导率保持基本不变0.447 W/(m·K)。     

Analysis of the PMMA and cornea temperature rise during excimer laser ablation

A general method to analyze the ablation temperature for different materials (in particular in the human cornea and poly-methyl-methacrylate (PMMA)) is provided. The model is comprehensive and provides directly laser beam characteristics and ablative spot properties. The model further provides a method to convert the temperature rise during ablation observed in PMMA to equivalent temperature rises in the cornea. The proposed model can be used for calibration, verification and validation purposes of laser systems used for ablation processes at relatively low cost and would directly improve the quality of results.     

滑托盘力学性能测试方法及验证

目的简化滑托盘力学性能的测试方法。方法考察滑托盘的使用特点,并参照相关国家标准,提出滑托盘材料应进行拉伸和撕裂力学性能测试,确定试样的制备形状、尺寸以及测试方式和条件,对纸和塑料这2种滑托盘材料进行测试验证。结果拉伸性能的试验中,纵向试样大于横向试样的强度,横向有压痕试样的强度最低;撕裂性能的试验中,横向试样大于纵向试样的强度,纵向有压痕试样的强度最低。结论考察滑托盘材料的力学性能时,只需要分别考察横向有压痕试样的拉伸强度和纵向有压痕试样的撕裂强度,即可快速得到滑托盘材料的最低强度,进而计算得到滑托盘的承载能力。     

三维编织复合材料的力学性能研究现状

对近年来关于三维编织复合材料力学性能的研究方法和内容进行了综述.归纳出三类主要研究方法:实验研究、细观结构力学模型研究、数值仿真研究.实验研究集中于测试各种编织参数和载荷对其力学性能指标的影响.细观结构力学模型研究主要是通过三维编织体的拓扑结构建立力学分析模型,主要是"米"字枝状模型、纤维倾斜模型和3细胞模型.数值仿真研究是基于材料的线弹性力学,利用有限元分析法对其力学性能进行数值仿真.本工作对当前研究的关键问题进行了分析,就今后的研究工作发表了一些看法.     

KH-570接枝改性碳纤维/乙烯-醋酸乙烯共聚物复合泡沫材料的制备及表征

采用浓H₂SO₄/浓HNO₃混合酸对碳纤维(CF)进行表面氧化处理得到氧化碳纤维(OCF),再利用γ-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷(KH-570)与OCF进一步反应得到KH-570接枝改性碳纤维(KCF),随后将其应用于乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)复合泡沫材料中。利用FTIR、XPS、Raman、FESEM和电子万能试验机等考察了碳纤维的表面改性效果以及碳纤维/EVA复合材料的结构与性能。结果表明:氧化和接枝反应均可以增加碳纤维表面的活性官能团含量和粗糙度,从而改善碳纤维与EVA基体之间的相容性,使碳纤维/EVA复合泡沫材料的物理性能得到改善。相同条件下,KH-570接枝改性碳纤维/EVA复合泡沫材料的物理性能更优异。      

Crack modeling in FE analysis of circular tubular joints

By mapping circles in two-dimensional planes to three-dimensional intersection curves between tubular members, a complicated three-dimensional mesh generating procedure for tubular joints is changed to a procedure similar to a two-dimensional case. More detailed modeling of welds and cracks can be included to analyze the fracture behavior of cracked tubular joints. Different types of crack tip models are discussed and a four-tip crack model is introduced to model crack propagation. These crack models can be applied to both through-thickness cracks and surface cracks. A procedure for transforming crack elements around a plane curve into crack elements for a doubly curved semi-elliptical surface crack around an intersection is also introduced. High-quality meshes can be obtained.     

Mechanisms of self-organization for the collagen fibril lattice in the human cornea

The transparency of the human cornea depends on the regular lattice arrangement of the collagen fibrils and on the maintenance of an optimal hydration—the achievement of both depends on the presence of stromal proteoglycans (PGs) and their linear sidechains of negatively charged glycosaminoglycans (GAGs). Although the GAGs produce osmotic pressure by the Donnan effect, the means by which they exert positional control of the lattice is less clear. In this study, a theoretical model based on equilibrium thermodynamics is used to describe restoring force mechanisms that may control and maintain the fibril lattice and underlie corneal transparency. Electrostatic-based restoring forces that result from local charge density changes induced by fibril motion, and entropic elastic restoring forces that arise from duplexed GAG structures that bridge neighbouring fibrils, are described. The model allows for the possibility that fibrils have a GAG-dense coating that adds an additional fibril force mechanism preventing fibril aggregation. Swelling pressure predictions are used to validate the model with results showing excellent agreement with experimental data over a range of hydration from 30 to 200% of normal. The model suggests that the electrostatic restoring force is dominant, with the entropic forces from GAG duplexes being an order or more smaller. The effect of a random GAG organization, as observed in recent imaging, is considered in a dynamic model of the lattice that incorporates randomness in both the spatial distribution of GAG charge and the topology of the GAG duplexes. A striking result is that the electrostatic restoring forces alone are able to reproduce the image-based lattice distribution function for the human cornea, and thus dynamically maintain the short-range order of the lattice.