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狭窄通道红细胞跨膜传质特性数值分析1)

力学学报 2024年

作者：傅尧王骁龙龚晓波上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院工程力学系

随着对血液微流动过程的不断探索，红细胞在微通道中的运动微观特性备受关注，利用流体力学特性的低损伤手段调控细胞体积并完成跨膜传药也逐渐成为研究热点。为了分析红细胞在微通道中的传质和力学特性及其影响因素，本文采用浸入式边... 详细信息

随着对血液微流动过程的不断探索，红细胞在微通道中的运动微观特性备受关注，利用流体力学特性的低损伤手段调控细胞体积并完成跨膜传药也逐渐成为研究热点。为了分析红细胞在微通道中的传质和力学特性及其影响因素，本文采用浸入式边界法研究细胞穿越狭窄通道的整个运动过程，并考虑细胞膜表面透水传质效应，完成细胞跨膜传质过程的数值建模，实现对狭窄通道中红细胞跨膜传质过程微观的传质特性数值分析。研究表明，细胞在挤入、排出狭缝的运动过程中，体积先损失、后恢复，在这个过程中，细胞头部尾部以向外的渗透流出为主，中间部位则以向内的渗透流入为主。我们的研究进一步表明，狭缝挤压过程中的体积净变化是由向内和向外渗透速度的大小差异引起的，而与向内和向外渗透的膜面积差异并无明显关系。对体积变化的影响因素探究后发现，更狭窄的通道和更大的入口出口角均会引起细胞发生更多的体积损失和体积恢复，且出口角的变化会引起细胞体积恢复后所达到的体积稳定值：在固定入口角时，狭缝出口角越大，细胞离开狭缝后的稳定体积越小；细胞的硬度越大、细胞膜通透性(渗透系数)越大，细胞在狭缝中运动过程中的体积损失和体积恢复程度越高。

关键词：红细胞数值模拟跨膜传质浸入式边界法流固相互作用

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柔性液态金属剪切力传感器

力学季刊 2024年第2期 411-418页

作者：刘英君张晟泓吴洁龚晓波上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院

使用柔性微管液态金属传感器作为应力测量元件，设计制作了一种剪切力传感器．剪切力传感器由弹性聚二甲基硅氧烷(Polydimethylsiloxane, PDMS)杆件、支撑垫片和柔性微管传感器组成．探讨了剪切力传感器的工作原理以及测量元件的传感机... 详细信息

使用柔性微管液态金属传感器作为应力测量元件，设计制作了一种剪切力传感器．剪切力传感器由弹性聚二甲基硅氧烷(Polydimethylsiloxane, PDMS)杆件、支撑垫片和柔性微管传感器组成．探讨了剪切力传感器的工作原理以及测量元件的传感机制．弹性PDMS杆件受到剪切力作用后变形，使用剪切力传感器对杆件的剪切角进行测量，并将测量结果与灰度重心法测得的参考值进行对比，系统分析了装配间隙δ、微管布置距离L对测量精度的影响．结果表明：当以弹性PDMS杆件为变形体时，剪切力传感器可在0.004 7～0.038 rad的转角范围内进行有效测量；测量误差随着装配间隙δ的增大而增大，随着微管布置距离L增大而减小．所设计剪切力传感器具有灵敏度高、抗干扰能力强等优点，为剪切力的测量提供了一种新的工具．

关键词：液态金属柔性传感器剪切力

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既有铁路货车服役性能研究

铁道机车车辆 2024年第3期44卷 146-153页

作者：苗晓雨王新锐杨亚军龚晓波徐宁中国铁道科学研究院集团有限公司机车车辆研究所北京100081 中车齐齐哈尔车辆有限公司大连研发中心辽宁大连116045 中车青岛四方车辆研究所有限公司山东青岛266031 北京交通大学北京100044

对于既有铁路货车服役性能的研究,需更侧重于研究产品的性能,保障货车运行安全,尤其是针对服役中后期,甚至报废前接近或超过设计寿命时期的车辆,在确定其运行性能的基础上,更要关注车辆的承载能力、结构可靠性、疲劳特性及其功能性。基... 详细信息

对于既有铁路货车服役性能的研究,需更侧重于研究产品的性能,保障货车运行安全,尤其是针对服役中后期,甚至报废前接近或超过设计寿命时期的车辆,在确定其运行性能的基础上,更要关注车辆的承载能力、结构可靠性、疲劳特性及其功能性。基于对国内外铁路货车的运用状态、检修制度、检修模式等情况分析,对铁路货车报废条件、寿命管理相关要求及规定分析研究认为,对车辆进行动力学仿真与线路试验,车体静强度及刚度、冲击、剩余疲劳寿命等进行仿真分析与台架试验是综合判断车辆服役性能的必要手段。了解与掌握货车服役性能及其发展趋势,为降低车辆故障率、保证车辆长寿命可靠性运行,更贴合实际需求为货车安全运用、科学检修、优化设计的后续研究提供技术参考和数据支持。

关键词：服役性能影响因素动力学仿真静强度冲击强度疲劳

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天津地铁不锈钢城轨车辆服役寿命评估研究

铁道车辆 2024年第2期62卷 157-163页

作者：曹忠林袁帅马永超阎锋汤劲松龚晓波天津轨道交通运营集团有限公司天津300382 中车青岛四方车辆研究所有限公司山东青岛266031

随着服役状态下既有城轨车辆维保水平的大幅提升,当车辆到达设计寿命时,决定车辆实际寿命的车体、转向架等关键承载结构未必达到极限寿命,若此时将车辆一律报废,将会造成巨大的资源浪费。为了研究不锈钢城轨车辆的服役寿命,2021年天津... 详细信息

随着服役状态下既有城轨车辆维保水平的大幅提升,当车辆到达设计寿命时,决定车辆实际寿命的车体、转向架等关键承载结构未必达到极限寿命,若此时将车辆一律报废,将会造成巨大的资源浪费。为了研究不锈钢城轨车辆的服役寿命,2021年天津轨道交通运营集团有限公司立项开展了《城轨车辆延检修周期、延服役寿命》研究项目。文章重点介绍了城轨车辆延服役寿命项目的立项背景、研究方法、研究结果、结论和建议,可为后续的研究、应用提供参考依据。

关键词：天津地铁城轨车辆不锈钢服役寿命评估方法

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红细胞在毛细血管中的运动特征分析

医用生物力学 2023年第1期38卷 123-128页

作者：刘德运龚晓波上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院上海200240

目的探究不同力学特性的红细胞在毛细血管中的运动变形,对相关血液流变学参数进行分析。方法红细胞膜为超弹性膜,满足Skalak能量函数。采用浸入边界法将细胞膜与流场耦合,采用二阶精度的有限差分方法求解三维流场。同时,考虑了细胞膜... 详细信息

目的探究不同力学特性的红细胞在毛细血管中的运动变形,对相关血液流变学参数进行分析。方法红细胞膜为超弹性膜,满足Skalak能量函数。采用浸入边界法将细胞膜与流场耦合,采用二阶精度的有限差分方法求解三维流场。同时,考虑了细胞膜内外的生理黏度比λ=5。结果得到在不同硬度下细胞在毛细血管中的稳定变形。随细胞硬度的升高,细胞由轴对称形态转变为非对称屈曲形态。细胞变形随着毛细血管数的降低而减弱,流动阻力增大。结论细胞变硬,细胞出现非对称变形,血液阻力上升。因此,在涉及红细胞硬度变化的疾病中,变硬的红细胞可能导致毛细血管堵塞,造成局部组织缺氧。

关键词：红细胞大变形流固耦合浸入边界法毛细血管非对称变形

衰老过程中间充质干细胞物理异质性变化对分化潜能的影响

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医用生物力学 2022年第3期37卷 575-580页

作者：王耀龚晓波于志锋上海交通大学医学院附属第九人民医院骨科上海市骨科内植物重点实验室上海200011 上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院上海200240

间充质干细胞(mesenchymal stem cells,MSCs)具有成骨分化、成软骨分化、成脂肪分化等多向分化潜能,已被广泛用于基础研究和临床应用。在衰老过程中,MSCs的分化潜能会发生改变,表现为成骨分化潜能下降,而成脂分化潜能增强。衰老过程中,M... 详细信息

间充质干细胞(mesenchymal stem cells,MSCs)具有成骨分化、成软骨分化、成脂肪分化等多向分化潜能,已被广泛用于基础研究和临床应用。在衰老过程中,MSCs的分化潜能会发生改变,表现为成骨分化潜能下降,而成脂分化潜能增强。衰老过程中,MSCs在分化潜能变化的同时伴有细胞物理异质性(细胞尺寸、细胞硬度、核质比等)变化。研究表明,物理异质性变化可能是导致MSCs分化潜能变化的关键因素。因此,研究MSCs衰老过程中的物理异质性变化为预测干细胞命运提供新的研究方向。本文主要综述衰老过程中物理异质性变化对MSCs分化潜能的影响,并对相应机制进行探讨。

关键词：衰老物理异质性间充质干细胞细胞体积细胞硬度核质比

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弹性波传播对列车撞击动力学特性影响研究

中南大学学报:英文版 2023年第8期30卷 2726-2739页

作者：李佳霖龚晓波于尧高广军李健 The State Key Laboratory of Heavy-duty and Express High-power Electric Locomotive Changsha 410075China Key Laboratory of Traffic Safety on Track of Ministry of Education School of Traffic&Transportation EngineeringCentral South UniversityChangsha 410075China National&Local Joint Engineering Research Center of Safety Technology for Rail Vehicle Changsha 410075China CRRC Qingdao Sifang Rolling Stock Research Institute Co. Ltd.Qingdao 266031China

在列车撞击动力学中,简化的刚体模型被广泛应用于研究列车耐撞性,以及进一步优化列车在冲击载荷下的能量分布。然而忽略弹性波传播对列车耐撞性能的影响尚不清楚。为了解决这一问题,本文建立了简化的一维弹性车体模型,并研究了弹性波传... 详细信息

在列车撞击动力学中,简化的刚体模型被广泛应用于研究列车耐撞性,以及进一步优化列车在冲击载荷下的能量分布。然而忽略弹性波传播对列车耐撞性能的影响尚不清楚。为了解决这一问题,本文建立了简化的一维弹性车体模型,并研究了弹性波传播对列车能量耗散以及动力学特性的影响。基于经典的弹性波传播理论,提出了一种密度及弹性模量缩比准则,使一维弹性车体的运动特性与其横截面积无关。讨论了弹性波传播速度对不同冲击速度下三节编组列车在冲击工况下的能量吸收、弹性能储存以及车体最终的等效平衡速度的影响。研究发现,当弹性波的传播速度约为3500 m/s时,一维弹性车体与实际列车模型的一致性最好。在初始冲击速度为10、15和20 m/s时,简化的一维弹性模型吸能量与实际列车模型相比误差仅为2.56%、1.84%和1.45%,而简化的刚性模型能量吸收量比实际列车模型高10.7%、12.4%和14.8%,刚性模型显著高估了列车的能量吸收量。我们的研究结果可以促进列车在碰撞条件下的耐撞性设计和优化。

关键词：列车碰撞弹性波传播简化模型能量吸收

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空腔结构对高速磁浮隧道压力波的影响研究

铁道科学与工程学报 2023年第5期20卷 1555-1564页

作者：张洁王雨舸韩帅龚晓波熊小慧高广军中南大学交通运输工程学院轨道交通安全教育部重点实验室湖南长沙410075 中南大学轨道交通安全关键技术国际合作联合实验室湖南长沙410075 轨道交通列车安全保障技术国家地方联合工程研究中心湖南长沙410075 中车青岛四方车辆研究所有限公司山东青岛266031

随着我国更高速铁路交通系统建设的推进,车/隧耦合空气动力效应急剧增强,如何有效缓解车/隧耦合下的压力波幅值成为众多学者研究的难题之一。为缓解隧道压力波,常在隧道口设置缓冲结构,并根据隧道横截面积和列车运行速度确定相关参数。... 详细信息

随着我国更高速铁路交通系统建设的推进,车/隧耦合空气动力效应急剧增强,如何有效缓解车/隧耦合下的压力波幅值成为众多学者研究的难题之一。为缓解隧道压力波,常在隧道口设置缓冲结构,并根据隧道横截面积和列车运行速度确定相关参数。然而,因隧道外部现有地形和空间环境的限制,无法在洞口设计长距离、大范围的缓冲结构或者对现有缓冲结构进行改造扩建。针对此类问题,提出一种具有空腔结构的新型隧道结构。采用三维、非定常、可压缩N-S方程和标准k-ε湍流模型,结合滑移网格技术,研究时速600 km磁浮列车通过横截面积92 m2的单线隧道时的隧道壁面瞬变压力和微气压波,探明隧道内部空腔结构对初始压缩波传播特性的影响规律以及对隧道瞬变压力和微气压波的缓解效果。开展动模型试验、网格精度无关性和算法无关性验证数值计算方法的正确性。研究结果表明:空腔结构使得进入隧道内部的气流流经透孔并在空腔内产生反射,通过耗散压缩波强度来抑制压缩波压力梯度的上升,从而对隧道壁面压力和隧道出口微气压波具有明显的减缓作用。相比于现有隧道,具有空腔结构的新型隧道对隧道入口140 m处的壁面压力幅值减缓作用达13.1%,对隧道出口20 m处的微气压波幅值减缓效果达8.5%。

关键词：隧道空腔结构初始压缩波微气压波数值模拟磁浮列车

老挝北部南莫溪结合带放射虫化石组合及其构造古地理意义

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微体古生物学报 2022年第1期39卷 27-39页

作者：李雁龙王仁宗龚晓波江忠贵四川省地质矿产勘查开发局攀西地质队西昌615000 四川省地质矿产勘查开发局一○六地质队成都610051 成都理工大学地球科学学院成都611130

南莫溪结合带位于老挝北部万象地区,是黎府缝合带的重要组成部分。本文结合区域地质调查开展剖面工作,采集了硅质岩样品进行放射虫化石鉴定,共鉴定出放射虫9属29种,包括中–晚泥盆世放射虫Radiobisphaera rozanovi,Trilonchevetusta和... 详细信息

南莫溪结合带位于老挝北部万象地区,是黎府缝合带的重要组成部分。本文结合区域地质调查开展剖面工作,采集了硅质岩样品进行放射虫化石鉴定,共鉴定出放射虫9属29种,包括中–晚泥盆世放射虫Radiobisphaera rozanovi,Trilonchevetusta和晚泥盆世放射虫Heleniforerobustum,以及晚泥盆世放射虫属种Triloncheminax (Hinde)等。建立了中–晚泥盆世Radiobisphaera rozanovi-Stigmosphaerostylus pusilla组合带、晚泥盆世Trilonche minax延限带和早石炭世Albaillella paradoxa-Archocyrtium riedeli组合带,探讨了南莫溪结合带的构造古地理特征。该成果进一步丰富了老挝北部黎府缝合带的古生物化石组成特征,对研究南莫溪结合带的演化历史具有重要的指示意义。

关键词：放射虫化石组合生物带构造古地理老挝