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材料三维微结构表征及其晶体塑性有限元模拟 被引量:5
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作者 辛存 赵聃 +1 位作者 闫晓鹏 王志华 《计算力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第2期233-239,共7页
材料的力学性能,尤其是在有限变形下所呈现的宏观各向异性,是材料结构设计和服役寿命考虑的关键因素。由于宏观模型不能较好地反映材料微观结构(晶粒的形貌和取向等)对宏观塑性各向异性的影响,因此,本文建立了能实际反映晶粒形貌的三维V... 材料的力学性能,尤其是在有限变形下所呈现的宏观各向异性,是材料结构设计和服役寿命考虑的关键因素。由于宏观模型不能较好地反映材料微观结构(晶粒的形貌和取向等)对宏观塑性各向异性的影响,因此,本文建立了能实际反映晶粒形貌的三维Voronoi模型,并基于晶体塑性理论对铝合金在有限变形下的响应进行计算。首先,建立反映材料微结构的代表性体积单元RVE模型进行计算,并与实验结果进行对比验证。然后,以单向拉伸为例,分析了有限变形过程中试件的晶粒形貌和取向分布等微观因素对宏观各向异性演化的影响,并从材料和结构两个层面讨论了微观结构对宏观力学性能的影响。结果表明,本文模型能够反映微观结构对宏观力学性能的影响,为实际生产制造领域构件的力学性能提供可靠的预测。 展开更多
关键词 VORONOI 多晶集合体 晶体塑性有限元 晶体取向 各向异性
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SiCp/AZ91D复合材料压缩力学性能及其本构描述
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作者 王在 邓坤坤 王根伟 《科学技术与工程》 北大核心 2018年第12期168-173,共6页
在AZ91D中加入体积分数10%的5μm SiCp颗粒作为增强剂,通过万能材料试验机及分离式霍普金森压杆(SHPB)测试了其在静动态加载条件下的力学性能。实验结果表明经过二次热变形处理的AZ91D镁基合金复合材料在所研究的应变率范围内均表现出... 在AZ91D中加入体积分数10%的5μm SiCp颗粒作为增强剂,通过万能材料试验机及分离式霍普金森压杆(SHPB)测试了其在静动态加载条件下的力学性能。实验结果表明经过二次热变形处理的AZ91D镁基合金复合材料在所研究的应变率范围内均表现出应变硬化行为,且其硬化行为具有明显的率相关性,采用幂指数函数能较好地描述加载速率对屈服应力的影响,通过分析AZ91D镁基合金的硬化参数的率相关性构建出能有效预测其力学行为的一维本构方程。 展开更多
关键词 镁基复合材料 压缩力学性能 失效行为 本构关系
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颗粒增强镁基复合材料热残余应力的有限元分析 被引量:2
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作者 魏俊磊 王根伟 +1 位作者 邓坤坤 沙风焕 《热加工工艺》 北大核心 2019年第18期72-75,80,共5页
由于基体与增强相之间热膨胀系数的差异,颗粒增强镁基复合材料在制备和热处理过程中,在颗粒和基体的界面处会产生热残余应力。通过建立了随机颗粒模型,利用有限元模拟分析了复合材料降温过程中颗粒形状、颗粒尺寸和颗粒质量分数对基体... 由于基体与增强相之间热膨胀系数的差异,颗粒增强镁基复合材料在制备和热处理过程中,在颗粒和基体的界面处会产生热残余应力。通过建立了随机颗粒模型,利用有限元模拟分析了复合材料降温过程中颗粒形状、颗粒尺寸和颗粒质量分数对基体热残余应力的影响。结果表明:颗粒形状对基体热残余应力影响较大。颗粒形状越接近球形,基体上等效应力越小;单胞、多胞模型基体上热残余应力随颗粒尺寸的增大而增大,相同尺寸下随颗粒质量分数的增大而增大;对于多胞模型基体,颗粒与基体应力的交错会使热残余应力有所降低。 展开更多
关键词 颗粒增强镁基复合材料 热残余应力 有限元分析
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与疾病相关的力学生物学研究——贺冯元桢先生百岁诞辰
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作者 陈维毅 《医用生物力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第S1期33-37,共5页
自生物力学的开创者、奠基人冯元桢先生1983年以血管残余应力的研究为起点~[1],提出了关于器官、组织的'应力-生长关系理论'以来,应力-生长关系已被广泛证实~[2],并在骨的损伤修复、口腔矫形、心血管等众多医疗领域以及组织工... 自生物力学的开创者、奠基人冯元桢先生1983年以血管残余应力的研究为起点~[1],提出了关于器官、组织的'应力-生长关系理论'以来,应力-生长关系已被广泛证实~[2],并在骨的损伤修复、口腔矫形、心血管等众多医疗领域以及组织工程、航空航天工程、人机工程等多个工程领域得到应用; 展开更多
关键词 巩膜成纤维细胞 力学刺激 细胞力学 后巩膜加固术 近视眼 力学生物学 生物力学研究
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一种骨小管中液体流动产生的流量及切应力模型 被引量:4
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作者 武晓刚 于纬伦 +4 位作者 王兆伟 王宁宁 岑海鹏 王艳芹 陈维毅 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2016年第5期1208-1216,共9页
骨组织受力变形后其内部液体就会流动,同时在其微观结构——骨单元壁中扩散,并进一步产生一系列与骨液流动相关的物理效应,如流体剪切应力、流动电位等,这些物理效应被细胞感知并做出破骨或成骨等反应,来使骨适应外部载荷环境.鉴于骨组... 骨组织受力变形后其内部液体就会流动,同时在其微观结构——骨单元壁中扩散,并进一步产生一系列与骨液流动相关的物理效应,如流体剪切应力、流动电位等,这些物理效应被细胞感知并做出破骨或成骨等反应,来使骨适应外部载荷环境.鉴于骨组织产生的内部液体流动很难实验测定,理论模拟是目前的主要研究手段.基于骨单元的多孔弹性性质建立了骨小管内部液体的流动模型,该模型将骨单元所受的外部载荷与骨小管内部液体的压力、流速、流量和切应力联系起来,并进一步可以研究其力传导与力电传导机制.骨小管模型的建立分别基于中空和考虑哈弗液体的骨单元模型,并考虑了骨单元外壁的弹性约束和刚性位移约束两种边界条件.最终得到骨单元在外部轴向载荷作用下,骨小管内部液体的流量及流体切应力的解析解.结果表明:骨小管中的液体流量与流体切应力都正比于应变载荷幅值和频率,并由载荷的应变率决定.因此应变率可以作为控制流量和流体切应力的一种生理载荷因素.流量随着骨小管半径的增大而非线性增大,而流体切应力则随着骨小管半径的增大而线性增大.此外,在相同的载荷下,含哈弗液体的骨单元的模型中,骨小管中液体的流量和切应力均大于中空骨单元模型. 展开更多
关键词 骨小管 流量 流体切应力 多孔弹性 骨单元
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纳米羟基磷灰石/壳聚糖复合微球的原位仿生制备及表征 被引量:9
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作者 李健 韩志军 +4 位作者 魏延 牛璐璐 刘宇 路国运 黄棣 《无机材料学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2014年第12期1327-1332,共6页
为解决纳米羟基磷灰石/壳聚糖(nHA/CS)复合微球中nHA团聚及分散不均的问题,本研究在油包水的乳液体系中,原位仿生制备了nHA/CS复合微球,并与共混法制备的nHA/CS复合微球进行了对比研究。利用扫描电镜(SEM)、X射线能谱(EDS)、X射线衍射(X... 为解决纳米羟基磷灰石/壳聚糖(nHA/CS)复合微球中nHA团聚及分散不均的问题,本研究在油包水的乳液体系中,原位仿生制备了nHA/CS复合微球,并与共混法制备的nHA/CS复合微球进行了对比研究。利用扫描电镜(SEM)、X射线能谱(EDS)、X射线衍射(XRD)、红外(FTIR)和激光粒度仪等手段对不同微球的理化性能进行表征。结果表明:相比共混法,原位仿生制备的nHA/CS复合微球形态圆整均匀,分散性好,粒径分布较窄,平均粒径为8.62μm,nHA晶体均匀分布在微球内部及表面,并与CS基质以化学键结合。该复合微球有望用于骨组织工程及药物控制释放。 展开更多
关键词 原位仿生 纳米羟基磷灰石 壳聚糖 复合微球
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横向爆炸载荷下薄壁圆管的动态响应 被引量:3
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作者 于博丽 冯根柱 +1 位作者 李世强 刘志芳 《爆炸与冲击》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第10期20-28,共9页
采用实验研究、理论分析和有限元模拟相结合的方法,研究了横向爆炸载荷作用下薄壁圆管的动态响应。利用弹道冲击摆锤系统,对圆管在爆炸载荷下的动力响应进行了实验研究,分析了薄壁圆管的变形模式;基于地基梁模型,建立了横向爆炸载荷作... 采用实验研究、理论分析和有限元模拟相结合的方法,研究了横向爆炸载荷作用下薄壁圆管的动态响应。利用弹道冲击摆锤系统,对圆管在爆炸载荷下的动力响应进行了实验研究,分析了薄壁圆管的变形模式;基于地基梁模型,建立了横向爆炸载荷作用下圆管跨中挠度的理论模型,并进行了无量纲化;通过有限元模拟,分析了圆管的几何参数对其变形模式和跨中挠度的影响,并与理论结果进行了对比。研究结果表明:随着TNT药量增加圆管的变形区域和跨中挠度增大;圆管的长径比、厚度及爆炸载荷参数对圆管的变形模式有较大影响;理论预测、有限元模拟结果与实验结果吻合较好。 展开更多
关键词 圆管 爆炸载荷 模态解 地基梁 有限元
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一种力–电协同驱动的细胞微流控培养腔理论模型 被引量:6
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作者 王兆伟 武晓刚 +6 位作者 陈魁俊 薛雅楠 王宁宁 赵腾 于纬伦 王艳芹 陈维毅 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2018年第1期124-137,共14页
细胞培养液在微流控生物反应器中受到外界物理场(如压力梯度或者电场)作用流动而产生流体剪应力,并进一步刺激种子细胞调控其内部基因的表达,从而促进细胞的分化和生长,这个过程在自然生命组织内的微管中亦是如此.考虑到细胞培养微腔隙... 细胞培养液在微流控生物反应器中受到外界物理场(如压力梯度或者电场)作用流动而产生流体剪应力,并进一步刺激种子细胞调控其内部基因的表达,从而促进细胞的分化和生长,这个过程在自然生命组织内的微管中亦是如此.考虑到细胞培养微腔隙中液体流动行为很难实验量化测定,理论建模分析是目前可行的研究手段.因此建立了矩形截面的细胞微流控培养腔理论模型,将外部的物理驱动场(压力梯度与电场)与培养腔内液体的流速、切应力和流率联系起来,分别得到了压力梯度驱动(pressure gradient driven,PGD)、电场驱动(electric field driven,EFD)及力–电协同驱动(pressure-electricity synergic driven,P-ESD)三种驱动方式下的液体流动理论模型.结果表明该理论模型与现有的实验结果基本一致,即力–电协同作用下的解答为压力梯度驱动和电场驱动结果的叠加.细胞培养腔内的流体流速、剪应力及流率幅值均正比于外部物理场强幅值,但随着压力梯度驱动载荷频率的增大而减小,随着电场驱动频率的变化不明显.在压力梯度驱动作用下,细胞贴壁处的切应力随着腔高的增大而线性增大,流率则随着腔高的增大而非线性增大,而电场驱动下的结果不受腔高的影响.生理范围内的温度场变化对压力和电场驱动的结果影响不大.另外,在引起细胞响应的流体切应力水平,电场驱动能提供较大的切应力幅值而压力梯度驱动则能提供较大的流率幅值.该理论模型的建立为细胞微流控生物反应器实验系统的设计及参数优化提供理论参考,同时也为力–电刺激细胞生长、分化机理的研究的提供基础. 展开更多
关键词 细胞 微流控 压力梯度 电场 流体切应力
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