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含孔洞Cu_(64)Zr_(36)及Cu/Cu_(64)Zr_(36)复合材料拉伸变形的分子动力学研究

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材料导报 2024年第15期38卷 235-240页

作者：李泽政申宏飞吴文平武汉大学土木建筑工程学院工程力学系武汉430072

本工作采用分子动力学模拟研究了含孔洞Cu_(64)Zr_(36)金属玻璃和Cu/Cu_(64)Zr_(36)晶体/非晶复合材料的拉伸变形行为。结果表明:Cu_(64)Zr_(36)金属玻璃在加载过程中由孔洞引起的应变集中导致剪切转变区(STZ)被激活并诱发剪切带的形成,... 详细信息

本工作采用分子动力学模拟研究了含孔洞Cu_(64)Zr_(36)金属玻璃和Cu/Cu_(64)Zr_(36)晶体/非晶复合材料的拉伸变形行为。结果表明:Cu_(64)Zr_(36)金属玻璃在加载过程中由孔洞引起的应变集中导致剪切转变区(STZ)被激活并诱发剪切带的形成,而Cu/Cu_(64)Zr_(36)复合材料通过晶体相中的位错滑移有效避免了灾难性剪切局部化,阻碍了剪切带的扩展。应变局部化程度出现台阶式的跳跃主要由位错的成核和发射引起,而应变局部化程度的缓慢增加与STZ的激活有关,一旦剪切带形成会导致应变局部化程度的快速增加。孔洞的存在改变了剪切应变和非仿射平方位移的分布,原子剪切应变和非仿射平方位移最小值D_(min)^(2)的最大值总是分布在孔洞周围,使其成为最有可能位错成核、STZ激活并诱发剪切带形成的位点。大量的位错运动和均匀的STZ激活是提高复合材料整体塑性的主要原因,晶体相中位错密度的变化与非晶相中的剪切带活动密切相关。当剪切带扩展受阻,只出现均匀的STZ激活,位错密度基本保持不变,应力累积。一旦STZ局部化,重新诱发剪切带的扩展,位错密度增加和应力释放,这也是Cu/Cu_(64)Zr_(36)复合材料应力波动的主要原因。

关键词： Cu/Cu_(64)Zr_(36)复合材料剪切带剪切转变区位错分子动力学模拟

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狭窄通道红细胞跨膜传质特性数值分析

力学学报 2024年第5期56卷 1297-1306页

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上海200240

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,采用浸入式边界法研究... 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,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,细胞头部和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.文章的研究进一步表明,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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湿热老化后CFRP力学性能的细观表征方法

机械工程学报 2024年

作者：张家豪韩啸张宇翔马建立吴承伟郭杏林大连理工大学工程力学系

碳纤维增强复合材料(Carbon fibre reinforced polymer, CFRP)因其高比强度、高比模量、低热膨胀系数以及较好的结构稳定性，被广泛应用在航空航天、海洋工程、汽车工业等相关领域。但在CFRP结构的长期服役过程中，湿热环境会造成CFRP... 详细信息

碳纤维增强复合材料(Carbon fibre reinforced polymer, CFRP)因其高比强度、高比模量、低热膨胀系数以及较好的结构稳定性，被广泛应用在航空航天、海洋工程、汽车工业等相关领域。但在CFRP结构的长期服役过程中，湿热环境会造成CFRP材料的老化，对结构耐久性和可靠性产生显著影响。提出一种基于纳米压痕试验的CFRP力学性能表征方法。通过对湿热老化后的CFRP试件截面开展纳米压痕测试，获得了细观尺度下CFRP基体在不同吸湿状态下的力学性能分布规律。发现局部吸湿浓度越高，模量和硬度越低。进一步，将代表性体积单胞(Representative volume element, RVE)模型仿真与纳米压痕试验获得的弹性模量进行对比，验证了该试验方法的有效性，为CFRP多尺度模型材料参数提供了细观尺度的有效表征方法。该方法还适用于其他类型复合材料的细观尺度表征。

关键词：复合材料湿热老化纳米压痕约化模量多尺度建模

低碳钢中高密度超细纳米第二相粒子的快速获取

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工程科学学报 2024年第11期46卷 2010-2016页

作者：王肖肖黄青松四川大学化学工程学院成都610065

一般熔炼过程中,非金属化合物以夹杂物的形式存在,对钢的力学性能和寿命都会有损害.当夹杂物尺寸小到纳米量级,从而在钢中形成高密度分布的纳米第二相颗粒却能够有效同时提升钢的强度和韧性.本文通过在熔炼过程中施加动态磁场,制备了Fe... 详细信息

一般熔炼过程中,非金属化合物以夹杂物的形式存在,对钢的力学性能和寿命都会有损害.当夹杂物尺寸小到纳米量级,从而在钢中形成高密度分布的纳米第二相颗粒却能够有效同时提升钢的强度和韧性.本文通过在熔炼过程中施加动态磁场,制备了Fe–0.04C–1.5Mn–0.5Ti–0.5Al_(2)O_(3)(Fe–TAMO)钢,然后通过轧制和退火处理实现对Fe–TAMO钢的晶粒尺寸优化和等轴化.透射电镜观察发现铸态组织中弥散分布着纳米第二相粒子,密度为3.3×10^(15)m^(-2),颗粒的平均直径为2.75±0.803 nm.通过EDS能谱分析,第二相颗粒为Ti–Al–Mn氧化物.利用万能试验机分别测试了铸态、轧制态以及退火态Fe–TAMO钢的压缩力学性能,铸态Fe–TAMO钢的晶粒尺寸为143μm,抗压屈服强度为150 MPa,约为铸态纯铁素体钢的2倍.经过轧制和退火处理,Fe–TAMO钢的晶粒尺寸减小为64μm,抗压屈服强度为334 MPa.该方法极大简化了工艺流程,实现了在短时间(约3 min)内将超细的纳米第二相粒子均匀分散在钢基体中,密集分布的第二相纳米颗粒有效提高了钢的强度,并且通过后续热处理能进一步提升钢的力学性能,为大批量生产高性能钢提供了一个新思路.

关键词：感应熔炼动态磁场铁素体钢第二相纳米颗粒力学性能

梯度双材料负泊松比蜂窝夹芯板局部冲击失效研究

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复合材料学报 2024年

作者：肖俊华万武举郭之熙梁希燕山大学工程力学系燕山大学河北省重型装备与大型结构力学可靠性重点实验室河海大学工程力学系

夹芯板结构具有轻质、高抗弯刚度和良好的抗冲击等特性，将负泊松比材料作为夹芯板芯层，可以设计出具有优良动力学特征的防护结构。本文基于提出的双材料曲边内凹负泊松比胞元，通过改变胞元内纵横向材料，构建了正梯度、负梯度、对称... 详细信息

夹芯板结构具有轻质、高抗弯刚度和良好的抗冲击等特性，将负泊松比材料作为夹芯板芯层，可以设计出具有优良动力学特征的防护结构。本文基于提出的双材料曲边内凹负泊松比胞元，通过改变胞元内纵横向材料，构建了正梯度、负梯度、对称正梯度及对称负梯度四种排列的负泊松比多胞蜂窝夹芯板。实验与仿真结果比较说明了本文数值方法的可行性。数值研究了不同排列方式时蜂窝夹芯板在受局部冲击作用下的失效力学性能，考察了冲头冲击速度和芯层梯度排列模式对夹芯板破坏模式、冲头接触力与能量吸收效果的影响。研究表明：芯层排列模式显著影响夹芯板的冲击破坏模式和冲击动力学性能；梯度双材料设计可以显著增强夹芯板的吸能效果。

关键词：负泊松比双材料胞元梯度材料结构冲击失效模式能量吸收

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锆中层错金字塔与点缺陷的相互作用研究

固体力学学报 2024年第3期45卷 289-301页

作者：谢荣轩刘燕许传龙田晓宝蒋文涛王清远范海冬四川大学力学系成都610065

锆及其合金具有优异的力学性能和耐腐蚀性能、极小的热中子吸收截面,被用作核燃料包壳材料.在辐照环境中,锆合金内部产生大量的辐照缺陷,严重降低其力学性能和服役寿命.本文运用分子动力学方法研究了锆中层错金字塔与点缺陷(间隙原子、... 详细信息

锆及其合金具有优异的力学性能和耐腐蚀性能、极小的热中子吸收截面,被用作核燃料包壳材料.在辐照环境中,锆合金内部产生大量的辐照缺陷,严重降低其力学性能和服役寿命.本文运用分子动力学方法研究了锆中层错金字塔与点缺陷(间隙原子、空位)的相互作用,发现当温度为0K和300K时层错金字塔只能吸收间隙原子;当温度为600 K时层错金字塔可以同时吸收间隙原子和空位.为了解释此现象,本文计算了间隙原子/空位与层错金字塔的结合能,结果表明结合能与点缺陷的类型/位置有关:间隙原子的结合能远大于空位结合能,故间隙原子更易于被吸收;同时距离层错金字塔越近,结合能越大,两种点缺陷也更易于被吸收.本文的模拟成果有助于学界认识锆中辐照缺陷的长大机制,为锆合金的抗辐照设计提供理论指导.

关键词：锆分子动力学辐照点缺陷层错金字塔

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复合酶@ZIF-8的制备及其黑米花青素提取性能

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化工进展 2024年第3期43卷 1403-1411页

作者：王璧琮潘大伟谢锐巨晓洁刘壮汪伟褚良银四川大学化学工程学院四川成都610065 四川大学高分子材料工程国家重点实验室四川成都610065

利用体相原位生长法制备了具有优良催化活性和稳定性的α-淀粉酶&纤维素酶@ZIF-8(A&C@ZIF-8)纳米颗粒,结合溶剂萃取过程,可实现黑米中花青素的有效提取。该纳米颗粒中的α-淀粉酶和纤维素酶能分别通过水解多糖链上的α-1,4糖苷键和β-1,... 详细信息

利用体相原位生长法制备了具有优良催化活性和稳定性的α-淀粉酶&纤维素酶@ZIF-8(A&C@ZIF-8)纳米颗粒,结合溶剂萃取过程,可实现黑米中花青素的有效提取。该纳米颗粒中的α-淀粉酶和纤维素酶能分别通过水解多糖链上的α-1,4糖苷键和β-1,4糖苷键来解离植物细胞壁。同时,由于ZIF-8框架良好的空间限域保护作用,这两种酶展现出良好的高温环境耐受性和有机溶剂耐受性。该纳米颗粒的平均粒径为405nm,呈现多角球形颗粒状,其对两种酶的总负载量为18%(质量分数)。A&C@ZIF-8纳米颗粒中的酶可耐受72℃的高温环境,此时α-淀粉酶和纤维素酶的活性分别比其游离酶高出33.2%和247.3%。此外,当利用A&C@ZIF-8纳米颗粒结合溶剂萃取过程进行花青素协同提取时,其每100g提取量达到了200.39mg/g,比仅利用溶剂萃取时的提取效果提升了26.3%。该工作为创新设计和构建用于植物细胞中活性物质提取的固定化酶复合功能材料提供了新策略。

关键词：酶固定化金属有机框架花青素生物催化

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光热响应型控释微球的可控制备及其性能

化工进展 2024年第3期43卷 1474-1483页

作者：杨嘉琪巨晓洁谢锐汪伟刘壮潘大伟褚良银四川大学化学工程学院四川成都610065 四川大学高分子材料工程国家重点实验室四川成都610065

单一的光热治疗(PTT)效果有限,往往不能彻底治愈肿瘤。随着材料科学与生物医学的融合,多功能药物载体材料得到了很好的开发利用,有助于将PTT与其他治疗方法联合使用,为协同增强抗肿瘤疗效提供了有效的策略。本研究以载有吲哚菁绿(ICG)... 详细信息

单一的光热治疗(PTT)效果有限,往往不能彻底治愈肿瘤。随着材料科学与生物医学的融合,多功能药物载体材料得到了很好的开发利用,有助于将PTT与其他治疗方法联合使用,为协同增强抗肿瘤疗效提供了有效的策略。本研究以载有吲哚菁绿(ICG)的聚乳酸-羟基乙酸共聚物(PLGA)纳米粒子为光热剂,以聚乙烯醇(PVA)/海藻酸钠(SA)为载体基材,采用微流控技术可控制备了一种新型光热响应型控释微球(PLGAICG@PVA/SA)。系统研究了微球的形貌尺寸可控性、光热转化性能、机械性能和生物相容性,并以盐酸阿霉素(DOX)为模型药物,探讨了该微球载体对DOX的负载能力和光热响应性控释能力。结果表明,所制备的PLGAICG@PVA/SA微球具有良好的单分散性,表现出优异的光热转换效应,0.5W/cm^(2)近红外光照射15min的温度增量为18.5℃且稳定性良好;微球亦具有良好的可压缩性和弹性性能,其杨氏模量为317.0kPa。在模拟生理环境中,微球中DOX药物的释放行为符合一级释放动力学模型并具有明显的光热刺激响应性。该微球材料在药物控释及肿瘤的光热/化疗联合治疗等领域具有广泛的应用前景。

关键词：微流体学光热治疗复合微球吲哚菁绿纳米粒子药物释放弹性

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大学生内八足底压力规律及其危害分析

医用生物力学 2024年第1期39卷 139-144,171页

作者：倪兆婷白逃萍蒋文涛李潇四川大学生物力学工程四川省重点实验室成都610065

目的以中国大学生为目标群体,检测不同足态人群足底压力分布,分析内八人群足底压力分布特点,为其矫形康复提供参考。方法选取具有典型内八、正常、外八足态各10名受试者参与足底压力检测实验。使用Zebris足底压力分布测量平板,检测受... 详细信息

目的以中国大学生为目标群体,检测不同足态人群足底压力分布,分析内八人群足底压力分布特点,为其矫形康复提供参考。方法选取具有典型内八、正常、外八足态各10名受试者参与足底压力检测实验。使用Zebris足底压力分布测量平板,检测受试者在自然站立和1个步态周期内的最大力、压力和接触时间。采集步态参数包括步长、步宽、步速、步向角、步态中心线、力变化曲线,并进行危害分析。结果自然站立状态下,内八、外八组压力中心摇摆区域面积分别为(939.0±252.4)、(1 120.2±101.6) mm~2,均远大于正常组[(240.7±130.6) mm~2],内八步态削弱了人体的维稳能力。三类步态人群的动、静态足底压力也呈现出不同的分布特征。静态站立时,内、外八足态人群压力中心向后足转移,后足承受约70%足底压力,高于正常组;动态行走时,内八组三足区压强峰值的绝对值高于其他组。结论内八人群静态维稳能力差,三足区足底压力分布、足底分区压强相较正常步态均存在一定程度差异,导致内、外八人群在等强度运动状态下稳定性更差,肌肉易疲劳,甚至面临踝关节、膝关节损伤。

关键词：内八外八步向角足底压力

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