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2025

6-17

從仿生設(shè)計(jì)到多場(chǎng)耦合：多功能關(guān)節(jié)摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)的技術(shù)突破與應(yīng)用拓展

一、仿生設(shè)計(jì)：從人體關(guān)節(jié)到試驗(yàn)機(jī)的技術(shù)遷移人體關(guān)節(jié)生物力學(xué)特性運(yùn)動(dòng)模式：髖關(guān)節(jié)的屈伸/旋轉(zhuǎn)、膝關(guān)節(jié)的滾動(dòng)-滑動(dòng)復(fù)合運(yùn)動(dòng)，以及關(guān)節(jié)軟骨的彈性變形與潤滑機(jī)制。潤滑機(jī)制：邊界潤滑(蛋白吸附層)、混合潤滑(流體動(dòng)壓與邊界潤滑共存)、彈流潤滑(高接觸壓力下的流體膜形成)。試驗(yàn)機(jī)仿生設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)副模擬：采用球-盤、球-凹面或定制化關(guān)節(jié)頭-窩結(jié)構(gòu)，復(fù)現(xiàn)人體關(guān)節(jié)的接觸幾何與運(yùn)動(dòng)軌跡。載荷與位移控制：通過伺服電機(jī)與力傳感器，實(shí)現(xiàn)步態(tài)周期內(nèi)的動(dòng)態(tài)載荷(如髖關(guān)節(jié)峰值載荷達(dá)2.5倍體重)與位移同步控...

2025

6-12

高瞬變熱循環(huán)載荷下帶孔薄壁結(jié)構(gòu)的疲勞斷裂行為研究

高瞬變熱循環(huán)載荷下帶孔薄壁結(jié)構(gòu)的疲勞斷裂行為研究杜宸宇*，崔海濤*，張宏建**(南京航空航天大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院，江蘇210016)1.研究背景隨著現(xiàn)代航空技術(shù)的飛速發(fā)展，航空發(fā)動(dòng)機(jī)的耐久性與可靠性指標(biāo)正面臨的嚴(yán)苛要求。作為發(fā)動(dòng)機(jī)熱端核心部件，熱端靜子部件在服役過程中承受著復(fù)雜的熱循環(huán)載荷：在機(jī)動(dòng)飛行時(shí)，部件表面承受劇烈的溫度波動(dòng)；而在巡航階段，則持續(xù)暴露在高溫環(huán)境中。這種復(fù)雜的工況導(dǎo)致熱端靜子部件主要產(chǎn)生兩種疲勞行為：基于循環(huán)熱應(yīng)力的熱疲勞（ThermalFatigue,TF...

2025

6-11

什么是氫脆？

氫脆（HydrogenEmbrittlement）是一種材料失效現(xiàn)象，指的是金屬材料（尤其是高強(qiáng)度鋼、鈦合金等）在應(yīng)力和氫的共同作用下，其塑性和韌性顯著下降，從而導(dǎo)致脆性斷裂的現(xiàn)象。簡單來說，就是金屬“吸”了氫之后，變得又“脆”又“弱”，在遠(yuǎn)低于正常斷裂強(qiáng)度的應(yīng)力下就可能突然發(fā)生斷裂，而且常常沒有明顯的塑性變形先兆，危險(xiǎn)性很高。以下是氫脆的關(guān)鍵點(diǎn)：核心機(jī)制：氫原子非常小，能夠滲透進(jìn)入金屬的晶格內(nèi)部。在應(yīng)力（外加應(yīng)力或殘余應(yīng)力）的作用下，氫原子會(huì)遷移并聚集在金屬內(nèi)部的微觀缺陷處...

2025

6-11

水凝膠特性及應(yīng)用

水凝膠是一類具有交聯(lián)親水網(wǎng)絡(luò)和高含水量的仿生、仿生和生物功能材料。水凝膠的化學(xué)、結(jié)構(gòu)和功能可以被操縱以用于潛在的應(yīng)用，例如藥物輸送、形狀變形、形狀記憶、軟執(zhí)行器、傳感器、人造肌肉、軟機(jī)器人和組織工程（僅舉幾例）。這些令人著迷的材料越來越引起了許多研究人員的興趣，導(dǎo)致有關(guān)水凝膠的論文數(shù)量激增。大多數(shù)傳統(tǒng)水凝膠由于網(wǎng)絡(luò)和交聯(lián)分布不均勻而較弱。由于缺乏能量耗散機(jī)制，它們?cè)跈C(jī)械負(fù)載下變得脆弱易碎。長期以來，人們需要設(shè)計(jì)增韌和能量耗散機(jī)制來提高水凝膠的強(qiáng)度、韌性和抗疲勞性。例如，通過摻...

2025

6-11

水凝膠，最新Nature Chemistry！

異質(zhì)水凝膠可控液-液相分離及其隨后的定向相變特性對(duì)于細(xì)胞外基質(zhì)(ECM)的凝聚介導(dǎo)組裝至關(guān)重要。這種時(shí)空可控的ECM組裝可用于開發(fā)基于凝聚層的聚合物組裝策略，以生成能夠模擬ECM復(fù)雜結(jié)構(gòu)和生物物理特征的仿生材料。受原彈性蛋白結(jié)構(gòu)的啟發(fā)，華南理工大學(xué)邊黎明教授、趙鵬超教授以及香港中文大學(xué)王一教授開發(fā)了一個(gè)由交替排列的疏水基團(tuán)和共價(jià)交聯(lián)結(jié)構(gòu)域組成的設(shè)計(jì)極簡模型。通過提高疏水基團(tuán)的價(jià)態(tài)并增強(qiáng)其相互作用強(qiáng)度，他們可以控制組裝程度以增強(qiáng)相分離特性，從而模擬原彈性蛋白的細(xì)胞外凝聚過程，包...

2025

6-11

多功能關(guān)節(jié)摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)：模擬復(fù)雜運(yùn)動(dòng)環(huán)境下的關(guān)節(jié)磨損行為

在人工關(guān)節(jié)置換和生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域，準(zhǔn)確評(píng)估關(guān)節(jié)假體的磨損性能是保障植入物長期可靠性的關(guān)鍵。多功能關(guān)節(jié)摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)作為一種測(cè)試設(shè)備，能夠高度仿真人體關(guān)節(jié)在日常活動(dòng)中的復(fù)雜運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和力學(xué)環(huán)境，為關(guān)節(jié)假體的研發(fā)、優(yōu)化和性能評(píng)估提供科學(xué)依據(jù)。人體關(guān)節(jié)在日常活動(dòng)中承受著多種形式的運(yùn)動(dòng)，包括屈伸、旋轉(zhuǎn)、滾動(dòng)和滑動(dòng)等，同時(shí)伴隨著復(fù)雜的力學(xué)載荷變化。多功能關(guān)節(jié)摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)的特殊之處在于其能夠精確模擬這些復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)模式。通過運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，它可以精確控制關(guān)節(jié)假體的運(yùn)動(dòng)軌跡、速度、角度和加速度...

2025

6-9

水凝膠機(jī)械性能測(cè)試：壓縮、拉伸、斷裂、剝離！

生物醫(yī)用水凝膠作為現(xiàn)代生物醫(yī)用材料的重要類別之一，其在使用前必然要經(jīng)過嚴(yán)格的性能評(píng)估檢測(cè)。通常，水凝膠的性能檢驗(yàn)內(nèi)容一般包含物理特性、化學(xué)特性、生物特性等。其中，作為材料的基本性質(zhì)之一，力學(xué)性能是水凝膠作為材料使用的一項(xiàng)重要指標(biāo)。本期，EFL將帶大家了解水凝膠力學(xué)性能相關(guān)測(cè)試方法（拉伸、壓縮等）的簡要原理及用途，讓非相關(guān)專業(yè)研究人員能更好地理解和應(yīng)用這些測(cè)試方法。01壓縮測(cè)試用于確定材料在施加斷裂載荷下的性能，通過使用壓盤或通用測(cè)試機(jī)上的專用工裝對(duì)試樣（一般為長方體或圓柱幾何...

2025

6-5

水凝膠綜述

1.水凝膠的基礎(chǔ)特性與調(diào)控機(jī)制定義與結(jié)構(gòu)：水凝膠是由親水性聚合物通過共價(jià)交聯(lián)形成的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，能夠吸收并保持大量水分（5%-90%）。其核心性能由平衡含水量（EWC）、水狀態(tài)和交聯(lián)密度決定。EWC的計(jì)算公式為：EWC=溶脹凝膠總質(zhì)量/溶脹凝膠中水的質(zhì)量×100%自由水（可凍結(jié)）和結(jié)合水（與聚合物氫鍵結(jié)合）的比例通過差示掃描量熱法（DSC）分析，直接影響材料的滲透性和血栓形成風(fēng)險(xiǎn)。生物相容性機(jī)制：水凝膠的高含水量（40%）使其表面接近生物組織的親水性，減少蛋白質(zhì)吸附和免疫排斥...

2025

6-4

CoCrFeNi高熵合金在準(zhǔn)靜態(tài)單軸拉伸條件下的載荷-位移及真實(shí)應(yīng)力-應(yīng)變特性

研究背景高熵合金性能優(yōu)異，但目前研究多基于單軸應(yīng)力狀態(tài)，無法準(zhǔn)確反映其在復(fù)雜應(yīng)力下的真實(shí)力學(xué)行為。CoCrFeNi高熵合金的雙軸力學(xué)性能研究幾乎是空白。因此，開展其準(zhǔn)靜態(tài)和動(dòng)態(tài)雙軸拉伸試驗(yàn)，對(duì)揭示其復(fù)雜應(yīng)力下的力學(xué)性能具有重要意義。西北工業(yè)大學(xué)團(tuán)隊(duì)發(fā)表文章，研究了高熵合金在動(dòng)態(tài)和比例加載下的雙軸拉伸行為。研究發(fā)現(xiàn)應(yīng)變率和應(yīng)力狀態(tài)對(duì)其力學(xué)性能有顯著影響研究人員準(zhǔn)靜態(tài)單軸試驗(yàn)件設(shè)計(jì)依據(jù)國標(biāo)GB/T228.1-2021《金屬材料拉伸試驗(yàn)第1部分:室溫試驗(yàn)方法》，動(dòng)態(tài)單軸試驗(yàn)件設(shè)計(jì)依...

2025

5-29

清華先進(jìn)材料實(shí)驗(yàn)室攻克鎳基單晶高溫合金蠕變碳化物跨尺度原位解析難題

研究背景鎳基高溫合金在各種環(huán)境下的性能表現(xiàn)與其微觀結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，但傳統(tǒng)表征技術(shù)存在明顯局限。例如，單束掃描電子顯微鏡（SEM）難以兼顧高分辨率與大視場(chǎng)成像，導(dǎo)致無法全面統(tǒng)計(jì)納米級(jí)碳化物的分布特征。多束SEM雖提高了通量，卻無法同時(shí)獲取形貌與成分信息，從而限制了研究者對(duì)碳化物空間分布、界面行為及動(dòng)態(tài)演化規(guī)律的深入理解。此外，傳統(tǒng)方法依賴人工標(biāo)注海量圖像數(shù)據(jù)，效率低下且難以精確量化Re元素對(duì)碳化物粗化的影響。為此，清華大學(xué)先進(jìn)材料實(shí)驗(yàn)室開發(fā)了一種創(chuàng)新的單束高通量SEM技術(shù)，結(jié)合改...

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