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基于深度学习的准各向同性缎纹C/SiC拉伸-剪切损伤演化机理

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复合材料学报 2024年

作者：陈鹏王龙张大旭杜永龙郭纬愉陈超北京强度环境研究所可靠性与环境工程技术重点实验室上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院

利用4D X射线CT原位拉伸试验和深度学习技术，表征拉伸作用下准各向同性铺层缎纹C/SiC的损伤失效过程，揭示(0°/90°)铺层拉伸和(±45°)铺层剪切耦合作用的材料损伤演化机理。基于深度学习图像分割方法对载荷作用下基体裂纹、分层等... 详细信息

利用4D X射线CT原位拉伸试验和深度学习技术，表征拉伸作用下准各向同性铺层缎纹C/SiC的损伤失效过程，揭示(0°/90°)铺层拉伸和(±45°)铺层剪切耦合作用的材料损伤演化机理。基于深度学习图像分割方法对载荷作用下基体裂纹、分层等损伤进行智能识别，提取损伤特征开展定量分析，结合断口形貌探究损伤与失效机理。研究发现：基体裂纹中±45°斜裂纹占主要部分，演化过程为初期裂纹不断扩展；横向裂纹虽然少于斜裂纹，但其长度和裂纹张开位移发展快；基体裂纹沿层间界面偏转诱发分层。(0°/90°)缎纹铺层组织点区90°纤维束出现横向开裂，浮长区伴随纤维束弯曲；组织点区0°纤维束发生断裂，浮长区伴随纤维束纵向劈裂。(±45°)缎纹铺层发生-45°(或+45°)纤维束斜向劈裂和相对错动，同层+45°(或-45°)纤维束则发生纤维束断裂，伴随纤维桥连弯曲。

关键词：陶瓷基复合材料纺织损伤断裂无损检测原位试验

基于X射线CT原位试验的平纹SiC_(f)/SiC压缩损伤演化机理

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上海交通大学学报 2024年第2期58卷 232-241页

作者：程相伟张大旭杜永龙郭洪宝洪智亮上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院上海200240 中国航发商用航空发动机有限责任公司上海201180

为揭示陶瓷基复合材料的损伤演化及失效机理,开展了平纹SiC_(f)/SiC复合材料X射线CT原位压缩试验,得到了材料加载过程中和破坏后的CT原位图像数据;采用数字体积相关(DVC)技术获得了材料的位移场和应变场,利用图像处理软件建立复合材料... 详细信息

为揭示陶瓷基复合材料的损伤演化及失效机理,开展了平纹SiC_(f)/SiC复合材料X射线CT原位压缩试验,得到了材料加载过程中和破坏后的CT原位图像数据;采用数字体积相关(DVC)技术获得了材料的位移场和应变场,利用图像处理软件建立复合材料内部三维可视化模型,借助深度学习算法获得纤维束劈裂等损伤的空间分布,进行了压缩损伤演化定性分析以及定量分析.结果表明:在单向压缩过程中,材料在厚度方向出现较大鼓出变形,在宽度方向则发生较小的收缩;厚度方向鼓出变形是引起材料压缩损伤的主要原因.载荷较大时出现表层基体脱落、纤维束劈裂、分层等损伤;纤维束压缩弯折导致材料压缩失效,断口处出现明显V形剪切带.平纹SiC_(f)/SiC的压缩损伤演化分析表明,DVC技术和基于深度学习的图像分割方法可以有效地揭示陶瓷基复合材料压缩损伤演化机理.

关键词：陶瓷基复合材料碳化硅深度学习图像分割数字体积相关技术

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基于脱细胞方法制备3D植物肝组织工程支架及表征

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中国组织工程研究 2024年第29期28卷 4645-4651页

作者：胡婧婧何松霖张大旭赵烁史潇楠李伟龙叶淑君王静怡郭全义阎丽解放军总医院第二医学中心老年医学科北京市100853 解放军总医院第一医学中心骨科研究所骨科再生医学北京市重点实验室全军骨科战创伤重点实验室北京市100853

背景:组织工程为肝衰竭这一临床困境带来了新的希望,通过简单的制备方法制备植物脱细胞纤维支架对肝脏组织工程具有重要意义。目的:采用新鲜苹果切片和十二烷基硫酸钠溶液制备苹果组织脱细胞支架材料,并评估其生物相容性。方法:将新鲜... 详细信息

背景:组织工程为肝衰竭这一临床困境带来了新的希望,通过简单的制备方法制备植物脱细胞纤维支架对肝脏组织工程具有重要意义。目的:采用新鲜苹果切片和十二烷基硫酸钠溶液制备苹果组织脱细胞支架材料,并评估其生物相容性。方法:将新鲜苹果分别采用磷酸盐缓冲液和十二烷基硫酸钠溶液进行脱细胞处理,然后用磷酸盐缓冲液进行脱毒获得处理后的苹果组织和苹果脱细胞支架材料,然后在扫描电镜下观察苹果材料的脱细胞效果。实验从BALB/C小鼠腹股沟脂肪中提取脂肪干细胞,并且通过流式细胞术鉴定其干细胞相关标记物(CD45,CD34,CD73,CD90,CD105)的表达。然后分为无支架对照组和有支架组,在两组中接种等量脂肪干细胞,通过CCK-8、苏木精-伊红染色、鬼笔环肽骨架染色评价该脱细胞支架与脂肪干细胞的生物相容性,在光学显微镜、扫描电镜下观察细胞在支架上的黏附及生长情况。然后将支架分为非诱导组和成肝诱导组,将脂肪干细胞种植在脱细胞苹果支架上,分别在普通培养基和成肝诱导培养基中培养14 d后进行对比,通过肝细胞标记物(白蛋白、细胞角蛋白18、细胞色素P450家族1亚家族1)进行免疫荧光染色,通过酶联免疫吸附实验来检测白蛋白、甲胎蛋白的分泌情况,并通过扫描电镜观察支架上诱导培养的细胞形态,验证该脱细胞支架材料上肝细胞相关蛋白的表达。最后,实验通过将钴60照射消毒后的苹果脱细胞支架移植于小鼠肝脏表面,28 d后通过大体观及苏木精-伊红染色观察该支架的降解情况。结果与结论:①扫描电镜结果显示,脱细胞后的苹果支架材料具有约100μm大小的孔隙结构,不存在残余细胞。②通过流式细胞学鉴定,提取培养的细胞为脂肪间充质干细胞。③CCK-8结果表明,所制备的苹果组织脱细胞支架材料无细胞毒性;苏木精-伊红染色和鬼笔环肽骨架染色观察到脂肪间充质干细胞能够在苹果组织脱细胞支架上黏附和聚集生长。④免疫荧光染色、酶联免疫吸附实验结果显示,培养在苹果组织脱细胞支架上的脂肪间充质干细胞高表达白蛋白、甲胎蛋白、细胞角蛋白18及细胞色素P450家族1亚家族1肝脏相关蛋白,说明被诱导分化为了具有肝细胞功能的肝细胞样细胞。⑤干预7 d时植入的苹果脱细胞支架与肝脏融合,部分支架已经降解,干预28 d时苹果脱细胞支架已完全降解,被新生组织替代。⑥结果表明,来源于苹果组织制备的脱细胞支架材料具有良好的生物相容性,可促进脂肪间充质干细胞的增殖、黏附及成肝细胞分化。

关键词：植物组织支架脱细胞肝衰竭脂肪间充质干细胞组织工程肝细胞样细胞

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钴锡基纳米复合材料的制备及其电化学性能研究

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钴锡基纳米复合材料的制备及其电化学性能研究

作者：张大旭中南大学

学位级别：硕士

锡(Sn)具有较高的理论容量(993 m Ah g),是下一代高能量密度锂离子电池候选负极材料之一。然而在合金化反应过程中超过259%的体积膨胀导致电极粉化,阻碍了其大规模发展和应用。本论文利用钙钛矿结构Co Sn(OH)作为前驱体制备钴锡合金纳... 详细信息

锡(Sn)具有较高的理论容量(993 m Ah g),是下一代高能量密度锂离子电池候选负极材料之一。然而在合金化反应过程中超过259%的体积膨胀导致电极粉化,阻碍了其大规模发展和应用。本论文利用钙钛矿结构Co Sn(OH)作为前驱体制备钴锡合金纳米颗粒,构筑立方体核壳结构,提高了锂离子电池的循环稳定性。同时以Co Sn(OH)立方块为基础,通过杂原子掺杂和缺陷制造的方式加速了析氧反应(OER)电催化反应发生。主要研究内容如下:(1)通过共沉淀法合成了Co Sn(OH)纳米立方块,以Si O为牺牲模板,在高浓度碱性条件下刻蚀形成中空纳米立方盒,并使用葡萄糖为碳源,将单分散的Co和Sn纳米合金颗粒完全封装在多孔碳壳中。纳米盒为充放电过程中Sn的体积膨胀提供了缓冲空间,在100 m A g的电流密度下100次循环后比容量可达788.2 m Ah g,具有优异的电化学稳定性。(2)将CoSn(OH)在空气中烧结氧化形成CoO/Sn O,纳米颗粒的微观尺寸未发生改变。使用葡萄糖作碳源,通过水热合成法与CoO发生反应,经过热还原可以得到微量Co掺杂的Co Sn/Sn@C纳米立方块。恒电流滴定法(GITT)表明复合材料具有更快的反应动力学。合理的结构设计、成分调控使材料具有更为优异的可逆容量与倍率性能,在1 A g的电流密度下500次循环后其容量为672.2m Ah g。(3)CoSn(OH)在300℃时完全转变为非晶相,其表面氧空位的形成催化了OER反应动力学过程的发生;通过Fe原子掺杂制备了FeCoSn O纳米立方块,Fe原子掺杂促使Co表面电子迁移,显著提高了OER催化活性。FeCoSn O在10 m A cm的电流密度下表现出242 m V的最低过电势,Tafel斜率为35 m V dec,表明该材料具有高的电催化活性和更快的电荷传输过程。图33幅,表5个,参考文献113篇

关键词：钴锡基纳米复合材料核壳结构电化学性能

环氧基GFRP筋在海水海砂混凝土孔溶液环境下的损伤演化试验与模型研究

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土木工程学报 2022年第9期55卷 25-41页

作者：赵齐张大旭赵晓林王文华上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院上海200240 上海交通大学海洋工程国家重点实验室上海200240 上海交通大学上海市公共建筑和基础设施数字化运维重点实验室上海200240 香港理工大学中国香港999077

为研究环氧基玻璃纤维增强聚合物(GFRP)筋在海水海砂混凝土(SWSSC)孔溶液环境下的损伤演化机理与性能退化规律,对其进行溶液浸泡加速腐蚀、静力拉伸、扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶红外光谱(FTIR)和能谱仪(EDS)等检测试验,并与相同基体... 详细信息

为研究环氧基玻璃纤维增强聚合物(GFRP)筋在海水海砂混凝土(SWSSC)孔溶液环境下的损伤演化机理与性能退化规律,对其进行溶液浸泡加速腐蚀、静力拉伸、扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶红外光谱(FTIR)和能谱仪(EDS)等检测试验,并与相同基体的碳纤维增强聚合物(CFRP)筋进行对比分析,得到环氧基G/CFRP筋在SWSSC孔溶液中的强度和弹性模量的退化规律,对比G/CFRP筋腐蚀损伤机理,提出基于氢氧根离子蚀刻速率的损伤演化理论公式,并建立相应有限元模型。结果表明:环氧基G/CFRP筋的抗拉强度随浸泡时间和孔溶液温度的增加而降低,当FRP筋的强度保留率高于80%时,其弹性模量的保留率在95%以上;环氧基GFRP筋的腐蚀损伤主要由环氧基体交联结构的水解、界面相的失效以及玻璃纤维蚀刻引起,而环氧基CFRP筋主要发生基体和界面相的破坏,碳纤维不受腐蚀。基于氢氧根蚀刻速率的损伤模型能够较准确地预测FRP筋在SWSSC孔溶液环境下的蚀刻深度和抗拉强度。

关键词： FRP复合材料海水海砂混凝土加速腐蚀损伤机理数值模拟

相对湿度对海水海砂混凝土环境下GFRP筋拉伸性能影响

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上海交通大学学报 2023年第2期57卷 148-160页

作者：王文华赵齐张大旭张沛涪陈鹏上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院海洋工程国家重点实验室、上海市公共建筑和基础设施数字化运维重点实验室上海200240

通过建立相对湿度、混凝土孔隙溶液饱和度以及腐蚀反应速率之间定量分析方法,研究了环境相对湿度对海水海砂混凝土环境下玻璃纤维增强聚合物(GFRP)筋力学性能的影响规律.利用混凝土孔隙尺寸分布函数和孔隙溶液的表面张力公式建立了相对... 详细信息

通过建立相对湿度、混凝土孔隙溶液饱和度以及腐蚀反应速率之间定量分析方法,研究了环境相对湿度对海水海砂混凝土环境下玻璃纤维增强聚合物(GFRP)筋力学性能的影响规律.利用混凝土孔隙尺寸分布函数和孔隙溶液的表面张力公式建立了相对湿度与海水海砂混凝土孔溶液饱和度关系模型;假设孔隙液均匀弥散于混凝土,得到了氢氧根(OH^(-))腐蚀离子浓度;借助蚀刻模型计算OH^(-)作用下GFRP筋的腐蚀速率和强度保留率;利用试验数据验证了分析方法的准确性.根据中国部分沿海城市的气候统计数据,预测了代表性环境温度和水灰比条件下,相对湿度对海水海砂混凝土环境中GFRP筋强度保留率的影响规律,相对湿度的增加促进了GFRP筋的性能退化.结合相关标准规定,得到了海水海砂混凝土环境下GFRP筋的相对湿度与使用年限关系曲线.

关键词：复合材料海水海砂混凝土相对湿度性能退化使用年限

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平纹陶瓷基复合材料面内剪切解析模型

中国科技论文 2022年第4期17卷 364-371页

作者：冯宇琦王龙李艳芬张大旭上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院上海200240 北京强度环境研究所可靠性与环境工程技术重点实验室北京100076 北京强度环境研究所北京100076

针对平纹陶瓷基复合材料(ceramic matrix composites,CMCs)非线性面内剪切行为,提出了一种预测其剪切应力-应变响应的解析模型。该模型将材料简化为纤维束与束外等效基体2个部分,假设等效基体剪切强度服从Weibull分布,定义基体剪切裂纹... 详细信息

针对平纹陶瓷基复合材料(ceramic matrix composites,CMCs)非线性面内剪切行为,提出了一种预测其剪切应力-应变响应的解析模型。该模型将材料简化为纤维束与束外等效基体2个部分,假设等效基体剪切强度服从Weibull分布,定义基体剪切裂纹饱和间距与当前间距的比值为损伤率,认为基体剪切模量随着损伤率的增加呈指数衰减。考虑基体开裂与界面脱黏对剪切性能的影响,分析了模型参数对剪切应力-应变曲线的影响规律。通过与平纹C/SiC和SiC/SiC复合材料面剪试验曲线的对比,验证了模型的准确性。该模型可用于CMCs的剪切行为分析与设计。

关键词：复合材料剪切损伤基体开裂 Weibull分布

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柔性飞艇主气囊干湿模态分析与影响因素

上海交通大学学报 2014年第2期48卷 234-238,243页

作者：陈宇峰陈务军何艳丽张大旭上海交通大学空间结构研究中心上海200240

为了掌握柔性飞艇无约束状态下的模态特性,以25m平流层验证飞艇为基本分析对象,对其自振特性进行研究.根据充气膜结构的力学特点,基于柔性飞艇主气囊初始形状,通过充气压力静力非线性分析得到充气平衡形态位形和应力,利用兰索斯法进行... 详细信息

为了掌握柔性飞艇无约束状态下的模态特性,以25m平流层验证飞艇为基本分析对象,对其自振特性进行研究.根据充气膜结构的力学特点,基于柔性飞艇主气囊初始形状,通过充气压力静力非线性分析得到充气平衡形态位形和应力,利用兰索斯法进行模态数值分析.分析表明,影响柔性飞艇模态特性的主要因素为:壳单元与膜单元模型、拼接缝、不均匀质量分布、内外压差、尺寸、飞艇周围空气附加质量,且最后三者为重要影响因素;壳单元和膜单元模型频率相近且振型一致.对柔性平流层飞艇结构设计具有参考价值.

关键词：平流层飞艇主气囊干模态湿模态空气附加质量

17例Vaterian系统腺肌瘤样增生分析研究

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中华肝胆外科杂志 2023年第5期29卷 354-356页

作者：刘唯正李杰陈明易姜佳楠刘洋张大旭吕文平解放军总医院研究生院北京100039 解放军总医院病理科北京100853 解放军总医院肝胆胰外科医学部北京100853

目的分析Vaterian系统(胆总管和Vater壶腹)腺肌瘤样增生(AH)的特征,为该病的诊治提供思路。方法回顾性分析解放军总医院第一医学中心2005年1月至2021年12月经术后病理诊断为Vaterian系统AH 17例患者资料,其中男性12例,女性5例,年龄(58.4... 详细信息

目的分析Vaterian系统(胆总管和Vater壶腹)腺肌瘤样增生(AH)的特征,为该病的诊治提供思路。方法回顾性分析解放军总医院第一医学中心2005年1月至2021年12月经术后病理诊断为Vaterian系统AH 17例患者资料,其中男性12例,女性5例,年龄(58.4±11.3)岁。分析患者临床表现、治疗和术后病理情况等。显微镜下AH周围非癌变区域管壁黏膜上皮异型增生患者纳入AH伴异型增生组(n=8),无异型增生纳入对照组(n=9)。比较两组临床特征。结果主要临床症状为腹痛8例,其次是黄疸7例、发热2例。术前影像学检查显示占位性病变10例,6例未见明显病变亦无结石或胆道损伤狭窄等而存在异常增粗的肝内外胆管。16例行根治性胰十二指肠切除术。1例因胆道结石合并胆道梗阻行肝外胆道切除联合胆肠吻合术。有3例合并恶性肿瘤,其中1例为Vater壶腹AH自身发生癌变,另外2例肿瘤位于AH周围的管壁黏膜上皮,分别为胆管癌、壶腹癌。AH伴异型增生组和对照组AH患者年龄、性别、胆管结石、胆管炎、合并癌变以及肝功能指标等比较,差异均无统计学意义(均P>0.05)。结论Vaterian系统AH临床表现或影像学检查无明显特征,难以与恶性肿瘤鉴别,该类患者建议行手术治疗。

关键词：胆总管胆管肿瘤腺肌瘤样增生 Vater壶腹黏膜上皮异型增生