基于血液剪切损伤机理的高速螺旋血泵仿真分析

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剪切流动下内皮细胞变形的模拟

剪切流动下内皮细胞变形的模拟刘肖珩;Pierre Waché;Xiong Wang;陈槐卿【期刊名称】《生物医学工程学杂志》【年(卷),期】2002(19)4【摘要】血液流动和内皮的耦合是重要的生物医学问题 ,引起了学者们的广泛的兴趣。

目前已知内皮细胞能感知流场的剪切应力而改变其形态和功能。

由于剪切应力被认为是引起内皮细胞重建的始发信号 ,所以了解内皮细胞与流动应力之间的相互作用机制是十分重要的。

我们建立了一个理论模型来模拟内皮细胞与流场应力之间的相互作用。

根据二维计算流体动力学方法研究了内皮细胞应力、压力的分布以及内皮细胞在剪切应力作用下的变形情况。

结果表明 :( 1)内皮细胞的变形随α(对应于流体作用于细胞表面的切应力 )的变化而变化。

当α>0 .0 2 1时 ,细胞的变形随α的增大而显著增大 ;( 2 )流动引起了细胞表面应力和压力分布的不均匀 ,从而导致了细胞的变形。

但内皮细胞的最大应力总是位于细胞的顶点。

同时 ,我们用流室系统提供剪切流动 ,测量了不同剪切应力作用下培养的人主动脉内皮细胞的变形。

所得到的实验结果与上述数值模拟结果是吻合的。

本文结果提示 ,由于剪切流动引起细胞表面应力和压力分布的不均一 ,可能在细胞激活和细胞功能的调节 (如细胞骨架的调节 ,粘附分子的表达与分布等 )机制上具有特殊的作用。

【总页数】6页(P541-546)【关键词】内皮细胞;变形;剪切流动;耦合;黏附;生物医学;内皮细胞重建;剪切应力【作者】刘肖珩;Pierre Waché;Xiong Wang;陈槐卿【作者单位】四川大学,华西医学中心,生物医学工程研究室,成都,610041;LEMTA-UMR-CNRS 7563, Vandoeuvre, France【正文语种】中文【中图分类】R318【相关文献】1.循环剪切作用下砂土变形特性的颗粒流模拟试验 [J], 沈映;胡敏云;刘延志2.用复合液滴模型研究稳定剪切流动下黏附于血管表面白细胞的变形 [J], 刘肖珩;Xiong Wang;尹红梅3.体外流动剪切力作用下的白细胞-内皮细胞动态粘附 [J], 凌旭;叶剑锋;郑筱祥4.剪切流作用下三维液滴变形的相场法数值模拟 [J], 杨钧翔;温茂茜5.剪切流动条件下液滴变形和断裂的数值模拟 [J], 林长志;郭烈锦因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

两级轴流血泵结构设计与性能仿真的开题报告

两级轴流血泵结构设计与性能仿真的开题报告
1.选题背景和意义：
随着科学技术的不断进步，心脏和血管疾病等疾病已经成为世界范围内的一个重要的健康问题。

为了有效地治疗这类疾病，需要采取适当的手段来帮助患者。

其中之一就是采用机械辅助循环系统。

机械辅助循环系统是一种将药物辅助治疗与机器辅助治疗相结合的手段。

机械辅助循环系统可以以替代心脏或心肌助力器的形式来保持身体的氧气供应。

针对这类系统，液压技术和空气动力技术已经成为关键技术。

目前，血泵的设计和研究已经成为了机械辅助循环系统研究的核心之一。

在这方面，轴流血泵成为了一种非常有前途的血泵类型。

轴流血泵具有结构简单、转速高、产生的气体少、能够产生高水平的血流等优点。

在适当的设计和优化下，轴流血泵的性能将会更好。

2.研究内容和方法：
本文将研究两级轴流血泵的结构设计和性能仿真。

该血泵将采用轴对称结构。

在设计过程中，需要考虑不同的参数，包括叶片数、叶片倾角和外部轮廓等。

在设计完成之后，将采用计算流体力学（CFD）来模拟血泵的性能。

通过计算流体力学的仿真，可以预测血泵的性能和流量特性。

3.预期结果和意义：
预计通过本研究，可以设计出性能更好的两级轴流血泵。

该血泵将具有更高的效率和更好的流量特性。

通过血泵的设计和仿真，可以为机械辅助循环系统的研究提供一种新的技术手段。

这项研究将为机械辅助循环系统的实现和发展提供更好的技术支持。

生物医学工程中心血液流动力学仿真研究

生物医学工程中心血液流动力学仿真研究近年来，生物医学工程领域中的血液流动力学仿真研究已经取得了显著的进展。

利用计算仿真的方法，科研人员可以深入研究血液在人体内的流动特性，探索疾病的发生机制，并为治疗方案的优化提供指导。

本文将介绍生物医学工程中心血液流动力学仿真研究的相关内容。

血液流动力学仿真研究是通过建立生物流体动力学模型，对血液的流动状态进行模拟和分析的科学研究领域。

模型的建立需要考虑多种因素，如血液的黏性、流速、压力梯度、管道的形状、管壁的材质等。

通过改变不同因素的数值，可以模拟不同病理条件下的血流情况，进而预测病变的发生、发展以及针对性的治疗措施。

生物医学工程中心的研究团队将血液流动力学仿真应用于多个领域，包括心脑血管疾病、肿瘤血管学、器官移植、生物材料等。

其中最具影响力的研究之一是心脑血管疾病领域的仿真研究。

通过建立心血管系统的模型，可以对动脉硬化、动脉瘤、心脏瓣膜疾病等疾病进行仿真分析，为临床医生提供判断和治疗的依据。

研究人员还可以通过模拟手术操作，评估不同手术方案的可行性和效果。

除了心脑血管疾病，生物医学工程中心血液流动力学仿真研究还在肿瘤血管学领域有着广泛的应用。

现如今，抗血管生成药物已成为癌症治疗的重要手段之一。

研究人员通过建立肿瘤血管的仿真模型，可以评估不同药物对肿瘤血管的作用效果，指导临床医生制定个体化的治疗方案。

此外，仿真模型还可以模拟药物在肿瘤组织内的输送情况，评估治疗方案对肿瘤灶的覆盖程度，为临床提供更准确的治疗指导。

器官移植也是生物医学工程中心血液流动力学仿真研究的重要领域之一。

器官损伤和功能障碍是许多疾病的主要原因，而器官移植是目前唯一的治疗手段之一。

通过建立器官的仿真模型，可以模拟移植手术中器官与血液的相互作用，评估移植后器官的功能恢复情况，优化手术方案，提高移植成功率。

另外，在生物医学工程中的材料研究中，血液流动力学仿真也扮演着重要的角色。

生物材料的选择和设计对于器械和植入物的耐久性和安全性有着直接的影响。

高剪切稳态载荷条件下人体血液润滑模型与仿真

（ｏｌｅｏｃａｉｌＥｅｔｃｌｎｉｅｒｇＣｎｒｌｏｔｎｖｒｔ，ｈｎｓａＨｎｎ４０８，ｈｎ）Ｃｌｇｆｈｎｃ＆ｌｃａＥｇｎｅｎ，ｅｔｕｈＵｉｓｙＣａｇｈｕａ１０３ＣｉｅＭｅａｉｒｉａＳｅｉａ
载能力越大，但小间隙不利于血液分子的充分流动，高速将明显增加摩擦功耗。外场驱动血泵转子轴承配合间隙应选为
０．００２ｍｍ。
关键词：血液；血液润滑；滑动摩擦润滑中图分类号：Ｔ１７２文献 Байду номын сангаас 识码：Ａ文章编号：０５０５（０６Ｈ１．２４— １０２０）８— ７３０２～
血液作为一种具有生命特性的多相悬浮液体，其组分主要为红细胞、白细胞、血小板和血浆等，其中血浆占总成分的５％左右，血浆的主要成分为水和０蛋白质等物质。血液的这种组分特征，决定了血液作为机械润滑剂时具有一定的特殊性。在生物医学领域
ｔｅｌａａａｉｆｂｏｄｌｂｃｎｓｆｍ，ｒｃｉｎａｄｔｅｐｗｅｓｅｕｔｄｆｏｆｃｉｎｗｒａｃｌｔｄＴｅｒｌｔｎｈｐｈｏｄｃｐｃｔｏｌｏｕｒａｔｌｆｔｎｈｏｒｌｓｒｓｌｒｍｒｔｅｅｃｌｕａｅ．ｈｅａｉｓｉｙｉｉｉｏｏｅｉｏｏ
ＲｅｅｒｈｏｈｂｉａｔＭｏｅｆＨｕｍａｏｄｕｄｅｓａｃｎｔｅＬｕｒｃｎｄｌｏｎＢｌｏｎｒ
ＳｅｄａｎｇｈａｔｔａｙＬｏｄａｄＨｉｈＳｅｒＲａｅ

基于血液供给条件和力学环境的骨折愈合仿真

第44卷第2期自动化学报Vol.44,No.2 2018年2月ACTA AUTOMATICA SINICA February,2018基于血液供给条件和力学环境的骨折愈合仿真王沫楠1摘要为了模拟和预测肌体组织复杂的再生修复过程,提出基于力学环境和血液供给条件建立骨折愈合仿真模型.针对骨折固定的力学条件和生物学因素,用一种时间动态模型模拟二期骨折愈合阶段的机械稳定性、血管再生和组织分化之间复杂的作用关系.与以往模型不同,本研究建立骨折的三维几何模型,通过有限元法计算骨痂局部力刺激,并与模糊逻辑相结合,将血液浓度作为时–空状态变量引入到模型中,描述骨痂力学及组织分化过程.通过前进欧拉法进行组织浓度等时间步长的迭代更新,在Visual Studio2012环境下实现愈合进程模拟.最后,利用仿真模型预测稳定与不稳定环境下骨间动度随骨折愈合时间的变化情况,并将仿真结果数据与实验数据进行对比,结果表明,仿真结果与实验数据在趋势和数值上都有较好的吻合,仿真结果数据全部分布在实验数据平均偏差范围内.该结果验证了骨折愈合模型的精确性以及在模拟骨折愈合过程方面的优势.关键词骨折愈合,三维模型,模糊规则,组织分化,有限元引用格式王沫楠.基于血液供给条件和力学环境的骨折愈合仿真.自动化学报,2018,44(2):240−250DOI10.16383/j.aas.2018.c160673Fracture Healing Simulation Considering Blood Supply and Mechanics ConditionsWANG Mo-Nan1Abstract A fracture healing model considering mechanical environment and blood supply conditions is proposed to simulate and predict the complex regenerative repair process for tissue.For mechanics condition of fractureﬁxation and biological factors,a dynamic spatio-temporal model is developed to simulate the complex interactions of mechanical sta-bility,revascularization and tissue diﬀerentiation in secondary fracture healing.Unlike previous study,a three-dimensional ﬁnite element model is established.The blood perfusion regarded as a spatio-temporal state variable is included into the model to simulate the revascularization process.Withﬁnite element method and fuzzy logic,the dynamic model can describe the callus mechanics and biological processes of tissue diﬀerentiation.The callus healing process is simulated in Visual Studio2012by forward Euler integration method over equidistant time steps iterative loop.Finally,the model predicates the course of interfragmentary movement of two groups with a diﬀerent axial stability.Through the comparison with the experiment data,it turned out that the simulation result distributed within the scope of the average deviation of the experimental data,which corresponds well to the experiment curve trend and value.The agreement of simulation results with experiment results veriﬁes the accuracy of the fracture healing model and the advantage of the simulating healing process.Key words Fracture healing,three-dimensional model,fuzzy rules,tissue diﬀerentiation,ﬁnite elementCitation Wang Mo-Nan.Fracture healing simulation considering blood supply and mechanics conditions.Acta Auto-matica Sinica,2018,44(2):240−250骨折是一种常见的创伤,骨折的高发性使得对骨折机理及促进愈合的研究尤为迫切.与其他组织损伤修复不同的是,骨折不是靠纤维结缔组织连接,收稿日期2016-09-26录用日期2017-03-30Manuscript received September26,2016;accepted March30, 2017国家自然科学基金(61572159),黑龙江省留学回国人员科技项目择优资助重点项目(2013-201401),哈尔滨理工大学青年拔尖人才项目(201 601)资助Supported by National Natural Science Foundation of China (61572159),Scientiﬁc Research Foundation for the Returned Overseas Scholars of Heilongjiang Province(2013-201401),and Science Funds for the Young Innovative Talents of Harbin Uni-versity of Science and Technology(201601)本文责任编委田捷Recommended by Associate Editor TIAN Jie1.哈尔滨理工大学机械动力工程学院哈尔滨1500801.Mechanical and Power Engineering College,Harbin Univer-sity of Science and Technology,Harbin150080而是骨组织的完全再生[1].骨组织再生是一个极其复杂的生物学修复过程,受到多种因素的影响,这些影响因素大致可分为生物学因素和生物力学因素.事实上,不是所有的骨折都可以被修复,有时会有不修复或拖延修复,由此引发患肢疼痛和功能障碍.关于骨折愈合过程及影响骨折愈合速度和质量的研究已经取得了一些进展,但是受到研究手段和骨折愈合过程复杂又不能直接观察的限制,仍有约5%∼10%的骨折因各种原因发生延迟愈合或不愈合.如何利用有效方法搭建一个平台,使其能够预测骨折愈合这个复杂的过程、可以探寻骨折愈合的机理、可以无限次地通过试验去找到提高手术成功率、降低不愈合风险、提高愈合质量的影响因素和有效办法.建立骨愈合过程的数字化仿真系统,为以上问题2期王沫楠:基于血液供给条件和力学环境的骨折愈合仿真241的解决提供了最佳途径.Claes和Heigele[2]分别建立了骨折后1周、4周和8周三个愈合阶段的二维轴对称绵羊截骨有限元模型.该模型依靠单元特性的改变来模拟组织分化和骨痂硬化的过程,建立了局部力刺激与新组织形成的连接关系,提出了定量的组织分化理论.但是,该模型只能描述三个特定时期的骨折愈合过程. Ament和Hofer[3]于2000年提出了一种骨折愈合过程中组织分化的模型,该模型基于一系列从实验中推导出的模糊逻辑规则,以应变能密度作为控制组织分化的力学刺激,给出了膜内骨化、软骨骨化和萎缩的组织转化过程.然而,该模型没有考虑血液因素对愈合的影响,在愈合过程的模糊规则描述方面不够全面.爱尔兰学者Lacroix和Prendergast[4]基于量化组织分化理论建立了两相介质有限元模型在骨折愈合中组织分化的时间进程.将应变和流速作为组织分化的两个力学调控因素,成功预测了不同骨折间隙下从炎症后的肉芽组织到骨塑型阶段的愈合过程[5].Bail´o n-Plaza和Meulen[6]利用有限差分方法研究了生长因子作用下的骨折愈合进程,模拟了连续的组织分化和骨痂中不同细胞演变的过程,但没有考虑力学因素对愈合的影响.2008年,Geris 等[7]提出了一种基于Bail´o n-Plaza模型的生物进程调节模型,该模型在考虑力学因素的同时,将血液浓度等生物学变量引入模型中,模拟骨折愈合生物进程.Garc´ıa等[8]基于Prendergast理论用数学模型阐明了力学环境和组织形成的复杂关系,预测了愈合初期骨痂生长的几何形态,虽然该模型考虑了细胞转化、迁移、增殖以及细胞间质的连续的变化过程,描述了组织形成和力学环境的复杂关系,但是在愈合初期忽略了断端周围未分化的骨痂组织. Kuiper和Doblar´e等[9−12]在2000∼2008年相继提出用热弹性模量分析来改变有限元网格几何图形,从而实现预测骨组织生长的动态愈合过程.以上研究都没有考虑动态血管重建在愈合中的作用.直到2010年,德国乌尔姆大学Simon等[13]提出了一种模拟二期骨折愈合过程中的机械稳定性、血管重建和组织分化的动态模型,模型将血供情况和局部力刺激作为变量,通过模糊规则模拟组织分化的动态过程,预测了骨折断端不同的力学条件下的组织分化和血管再生.2014年,Steiner等[14−15]成功预测了多种形式的作用力对骨折愈合进程的影响,但是该研究仅对二维轴对称形式的骨折模型进行了仿真.本文以三维理想横向骨折几何模型为基础,用一种动态迭代模型来仿真二次骨折愈合中随时间变化的血管再生和组织分化过程.主要以骨重建理论和模糊理论为基础,基于影响骨折愈合的力学环境和组织分化血液供给条件,进行骨折愈合的力学调控模型以及包括21条模糊规则的组织分化的模糊模型的建立,在Visual Studio2012环境下实现组织成分更新过程.通过构建骨折愈合仿真模型,能够针对不同的患者,进行个体化骨折愈合过程的仿真与预测.通过复杂骨折愈合过程的预测,对医生制订正确的手术方案提供指导,进而提高手术成功率,提高骨折愈合质量,可以有效减少骨折不愈合和延迟愈合的情况,帮助骨折患者通过有效的治疗手段恢复健康生活,减轻由此带来的社会经济负担.1方法1.1骨折三维几何模型将二维断层DICOM图像导入到MIMICS软件10.01中,经过图像分割和三维重建等图像处理过程,建立真实的长骨断骨三维几何模型,并生成STL文件.由于在MIMICS软件中生成的三维几何模型是壳体,不是实体模型,因此,需要将MIMICS 生成的STL文件导入GEOMAGIC进行实体化,并进行模型的平滑处理与优化,输出IGES文件.将生成的IGES文件导入PROE软件中,去除多余的部分,建立预定义骨痂区域的骨折愈合几何模型,该模型就是有限元网格划分的输入模型.1.2骨折力学模型及有限元计算长骨骨折后,骨痂的力学模型被看成是各种纯组织混合的各向同性的弹性体,而皮质骨本身应该是非均匀各向异性的.然而在骨折愈合早期,由于力是传递给骨痂的,因此皮质骨力学性能的相关性低于肉芽组织,故假设皮质骨的属性为各向同性.基于弹性力学的基本方程建立骨折愈合单元的应力应变关系:σ=Dεε,其中D为弹性矩阵.弹性矩阵的参数由两个力学参数弹性模量E和泊松比ν确定.Carter和Hayes[16]通过大量实验建立了弹性模量与表观密度的关系式E=3790ρ3.Shefel-bine[17]等针对骨痂组织分化基本成分和含量进行研究,得出骨痂单元的弹性模量和各组织的弹性模量以及各组织浓度三次方有关,单元泊松比与各组织浓度和各组织泊松比有关.E=τ∈TEτc3τ(1)ν=τ∈Tcτντ(2)其中,T是骨、软骨和软组织集合,cτ是集合中局部各组织浓度,Eτ是混合物对应的弹性模量,ντ是混合物对应的泊松比.混合物各组织成分的力学特性242自动化学报44卷见表1.表1组织成分的力学特性Table 1Materialpropertiesof tissue types组织成分弹性模量(MPa)泊松比皮质骨100000.36编织骨40000.36纤维软骨2000.45结缔组织30.30根据虚功原理,得δdd e T F e =δd d e TVeB T σdV =δdd e T V eB T DBdd e dV (3)其中,F e 是作用在单元上的等效节点力.由于等式两边的虚位移δdd e 是任意的,因此得到平衡方程F e =K e d e(4)其中,K e 称为单元刚度矩阵.在线性四面体有限元方法求解中,求解平衡方程的技术问题常常最终归结为线性代数方程组的求解问题.对于n 阶线性方程组Axx =b 的数值解法分为直接法和迭代法.在骨痂愈合模型中,有限元方程的解算在经过共轭梯度法和LU 分解法等多种方法的尝试后,确定采用LU 分解法进行求解.在有限元求解程序中,创建两个子函数进行有限元方程的求解,在void Deal::GetShift(·)中进行调用获取位移,两个子函数分别为:1)bool CMathEasyFun::lu(double *a ,int *pivot ,int n )//LU 分解.2)bool CMathEasyFun::guass(double const *lu ,int const *p ,double *b ,int n )//由LU 分解计算线性方程的解.1.3调控组织分化的力学激励S :=ε0γ0(5)其中,ε0:=13(ε1+ε2+ε3)(6)γ0:=1√2(ε1−ε2)2+(ε1−ε3)2+(ε2−ε3)2(7)式(6)用应变第一不变量表示膨胀应变,又称为静力学应变,代表体积的改变.ε1,ε2,ε3是主应变.式(7)是应变偏张量表示的畸变应变,代表形状的改变.1.4外固定器力学模型骨折愈合模拟仿真中采用的外部固定器是1997年Claes 等进行的骨折间隙和骨端稳定性对骨折愈合影响实验中设计的,如图1所示.图1外固定器结构及力学行为Fig.1Structure of external ﬁxator andmechanical behavior1.5骨间动度的计算外固定下的骨折愈合系统在外力的作用下,骨折断端会产生微小移动即骨间动度.骨折断端的微动不断刺激着骨折的愈合,同时,骨痂组织不断分化,骨痂的硬度随之增大,会使骨间动度变小.当骨痂逐渐分化成骨时,骨间动度减小为零,骨折达到愈合状态.因此,骨间动度既是判断骨折是否愈合的指标,也是影响骨折愈合进程的必要力学因素.假设绵羊在正常行走过程中,承受的最大轴向作用力为500N,即F =500N,在皮质骨末端2mm 处施加轴向固定约束,将力全部作用于骨折愈合系统中,则整体作用力可分为两部分:固定力和愈合力[18].F (µ)=F ﬁx (µ)+F cal (µ)=F ﬁx (µ)+k cal µ(8)其中,F ﬁx (µ)是固定力,F cal (µ)是愈合力,k cal 是骨痂刚度.为了更好地确定位移与固定力和愈合力的关系,将骨痂与固定架弹簧系统分离开,在每次时间步长迭代都以骨痂的线性部分计算为程序的初始阶段,2期王沫楠:基于血液供给条件和力学环境的骨折愈合仿真243在顶部节点处设定1mm的单位位移µunit,那么,可以知道轴向反作用力FN,根据胡克定律,在迭代步i时,骨痂的硬度k cal可表示为k cal=F Nµunit(9)如图2所示,整个愈合系统的非线性力-位移曲线可以看成是骨痂的线性曲线与固定架弹簧系统的非线性曲线的叠加所得的非线性分段函数.通过反函数即可求得全部外力作用下实际骨间动度µ,实现骨痂组织材料的迭代更新.每一次的组织分化的材料属性的更新都会伴随着一次骨间动度的计算.图2愈合系统非线性力–位移曲线Fig.2Force-displacement curve of the fracturehealing system1.6生物组织浓度的状态变量在整个骨折模拟仿真中,愈合区域被离散成有限的组织单元.每个单元都是由不同的组织形式混合而成,具有各自的生物组织特性.本研究假设各时段的骨痂是由骨组织、软骨组织和纤维结缔组织以一定的含量比混合而成.用空间位置和时间确定了描述生物组织浓度状态的数字模型.C(x,t):=C perf(x,t)C bone(x,t)C cart(x,t)(10)其中,x∈Ω⊂R3代表恒定的预定义愈合范围.t∈[0,+∞).C perf(x,t)是血流浓度,是仿真血管再生和组织分化之间复杂相互作用过程的状态变量.C bone(x,t)是编织骨的浓度,C cart(x,t)是纤维软骨的浓度.1.7模糊控制组织分化模型用充血(血供)、软骨密度和骨密度三个组织浓度变量,相邻单元的充血和骨密度两个相邻组织状态变量,膨胀应变和畸变应变两个力学刺激作为模糊输入,经过21条模糊规则描述组织分化过程.充血、骨密度和软骨密度的改变量作为输出.首先建立7个输入3个输出语言变量的语言值,然后以所计算的应变的组织学结果及细胞培养实验[19−20]为基础建立如图3所示的隶属度函数.1.8组织分化模糊规则模糊规则主要描述愈合进程中组织转变过程,规则的推导源于大量的医学知识,这些规则是模糊模型的基础,本研究采用“if A and B then C”的语句描述,其主要形式如表2所示.规则1∼4描述了血管生成,血肿的刺激使得骨折处的毛细血管再生,血管的再生是从已存在的血管中产生新血管的过程,并在力学的调控下产生生物学效应而诱导血管重建.以血管的力学生物学为基础,研究者开展了应力诱导血管重建的差异蛋白质组学的研究,得出低应力可能通过抑制蛋白的表达,从而诱导血管重建[21]的结论.因此,血管生成与相邻单元的血液浓度及局部力刺激大小有关.故在适当的应变条件下,至少一个单元有相同或更高充血量,血液浓度才会上升,血管生成.过高的膨胀应变则会阻碍血管再生.规则5和规则6描述了膜内骨化.膜内骨化是一种骨生长的成骨方式,尤其是在成骨过程中没有软骨生成时,膜内骨化是结缔组织转变成骨组织的直接转化形式.初期,骨髓间充质干细胞开始增殖聚集,血管生成活性增加,毛细血管开始增长,骨髓间充质干细胞进而发展成为成骨细胞,开始产生类骨质.与此同时,类骨质开始以相同的速率矿化.在骨表面,由成骨细胞促使生成新的类骨质,而成骨细胞逐渐变成骨细胞[22−23].这种成骨方式仅仅在稳定的力学环境和充足的血液供应条件下,并且相邻单元具有较高骨密度时才会发生.规则7∼9描述了软骨的形成.在固定不良,骨折断端活动较大,同时伴随血液供给不足的情况下,断端周围组织内的间充质细胞才会分化成软骨细胞,继而产生软骨[24].规则10∼13描述了软骨钙化过程,软骨骨痂形成后,成骨细胞在高应力刺激下合成并分泌出溶胶原、蛋白多糖和糖蛋白,构成骨的有机质.溶胶原逐渐聚合成胶原纤维,并和成骨细胞一起被基质包围,逐渐发生钙化.这个过程的发生与血液供给无关.实验证明,在骨折端持续的压缩即低力刺激下可抑制软骨内钙化,而在间歇性高力刺激下会促进软骨钙化244自动化学报44卷图3隶属度函数Fig.3Membership function的发生[25].因此,软骨钙化而引起的硬度的增加可以看成是在较高的力刺激下骨密度的增加和软骨密度的减少.规则14和规则15描述软骨骨化过程,在软骨钙化区内,营养物质逐渐弥散发生障碍,软骨细胞逐渐凋亡,钙化基质逐渐降解,释放血管生长因子,此时,大量的毛细血管和成骨细胞侵入,矿化的软骨基质逐渐产生类骨质,发生骨化现象[26].因此,在血液供给良好的条件下,完全钙化的软骨才能发生骨化.在本模型中,完全钙化的软骨是以高的骨密度和低的软骨密度表达的.规则不仅预测了骨密度的增加而且也预测了相同数量软骨密度的减少.除了正常状态下的骨痂分化过程,规则16∼21描述在过度力加载条件下引起的组织萎缩或者没产生诱发组织分化条件时保持的原有参数不变.模糊规则主要描述的组织转变过程如图4所示.在模糊输入输出隶属度函数和模糊规则确立以后,建立FIS文件.为了减少计算时间,方便编程,本文将模糊控制运算所表达的输入输出对应关系建立成模糊查询表的形式,用Matlab下的系统测试工具,收集构造查询表所需的数据资料.查询表与模糊逻辑推理系统的效果几乎一样,它们都是输入变量空2期王沫楠:基于血液供给条件和力学环境的骨折愈合仿真245表2二期骨折愈合的模糊规则Table2Thefuzzy rulesofthe fracture healing分化过程血供相邻血供骨密度邻骨密度软骨密度膨胀应变畸变应变∆血供∆骨密度∆软骨密度1低中或高−−−非负中非中增高−−2中高−−−非负中非中增高−−3高−−−−非负中非中增高−−4−−−−−负中−降低−−5高−−中或高低负低低−增高−6高−−中或高低正低低−增高−7−−低或中−低负中非过载−−增高8−−−−中或高负中非过载−−增高9−−−−高负低非过载−−增高10不低−−中或高中或高正低零−增高降低11不低−−中或高中或高负中零−增高降低12不低−−中或高中或高负中低−增高降低13不低−−中或高中或高负低低−增高降低14不低高高−低负低低−增高降低15不低高高−低负低零−增高降低16高−−−−零零−降低−17−−−−−负过载−降低降低降低18−−−−−正过载−降低降低降低19−−−−−−过载降低降低降低20−−−−−非负过载−不变不变不变21−−−−−非正过载−不变不变不变图4组织转变过程Fig.4Tissue transformation processes间到输出变量空间的一种映射,查询表法节省了大量重复计算的时间.基于建立的FIS数据结构,通过系统测试生成mat文件.用C++编程语言对此生成的数据进行匹配查询.将应变和各组织浓度匹配最符合的输出值提取出来,即为模糊逻辑计算值.2结果和讨论建立一个如图5(a)所示的横向截骨三维骨折愈合模型.中间部分为预定义的骨痂范围,尺寸的设定与对比试验的尺寸一致.上下两端为截取的原始骨,内外直径分别为12mm和16mm,且横截面积246自动化学报44卷为28πmm2.图5三维几何模型及网格划分模型Fig.5Three-dimensional geometry model andgrid model将建立的三维几何模型导入到网格划分软件中(自主研发)进行体网格的划分,网格数为14448,如图5(b)所示.由于网格划分软件会生成许多数据,而本研究只需要节点坐标和单元编号,将文本文件导入到Matlab中进行预处理,只提取出目标数据,生成后续有限元计算所需要的单元编号和节点坐标两个txt文本格式的文件.节点坐标文件中三列数据分别代表每个节点的空间坐标值.而单元编号文件中的四列分别为每个单元的四个节点的节点序号.随着模型的复杂程度的增高和网格单元个数的增加,计算也会相应复杂.特别是对模型的整体刚度矩阵等大型稀疏矩阵以及各单元组织浓度的迭代更新的计算和存储,不仅要对其算法进行优化,而且需要有较高配置的计算机硬件的支持.本研究采用的运行系统类型为64位的Windows7操作系统,处理器参数为:Inter(R)Xeon(R)**********GHz四核,安装内存为8GB RAM,显卡1GB.在VisualStudio2012环境下首先进行模块和类成员及成员函数的基本设定[27−29].Deal类中主要实现文件的信息加载、数据的预处理、有限元的解算、模糊运算查询以及数据的更新和输出.信息加载及模型的预处理部分通过Deal类中成员函数Start(·)和Init(·)进行初始化,读取网格划分后的单元编号和节点坐标,扫描所有单元,获取单元的数目.然后通过成员函数PreCompute(·)进行预计算,并基于有限元理论运用GetB(double*fB,int iElementIn-dex);GetD(·);GetAll K(·)等功能函数获取几何矩阵、弹性矩阵、单元刚度矩阵,进行总体刚度矩阵的封装,继而解算力学有限元模型得到调控组织分化的力学刺激.然后通过功能函数Search(·)进行模糊运算的查询匹配,获得组织浓度的改变量,进行材料属性的更新计算,同时更新数据类.将计算出的各组织单元的材料属性赋予有限单元中.当迭代达到平衡且收敛时,输出平均骨密度、血液浓度等结果.图6为三维外固定横向截骨模型的外加载荷和固定约束的示意图.在模型顶端施加载荷大小为F=500N,假设这是在绵羊正常行走中足够满足跖骨可能承受的最大的力.底部为固定约束部分,其自由度均为0,包括三个方向的位移和三个方向的旋转.外部固定架的安放使得模型只能发生轴向位移,其他方向自由度均为0.为了验证仿真模型的精确性,方便仿真结果与实验结果进行对比,初始条件和边界条件都是根据Claes的实验条件来设定,如表3所示.表3初始条件和边界条件(%)Table3Initial condition and boundary condition(%)血液浓度骨密度软骨密度结缔组织骨皮质10010000断端间骨痂000100骨痂外边缘30001002.1骨折愈合仿真结果的精确性验证应用骨折愈合模拟程序,本研究在2mm和3mm两种不同骨折间隙环境下,针对骨间轴向稳定性对骨折愈合的影响进行分析.两种环境下外部固定器在相同力加载条件下允许的最大折断间位移,2期王沫楠:基于血液供给条件和力学环境的骨折愈合仿真247即骨间动度,分别为0.25mm 和1.25mm,即2mm 为相对稳定情况,3mm 为不稳定情况.根据固定弹簧系统的非线性曲线形式,确定两种不同间隙条件下外部固定器的力学非线性行为如图7所示.将模拟程序计算所得的骨间动度、血液浓度以及弹性模量等变量在等时间步长的迭代更新数据以.txt 文档的形式输出.程序运行结束后,共约150次迭代步.图6外加载荷和边界条件Fig.6Applied load and boundary condition图7外部固定器的非线性力–位移方程Fig.7Nonlinear force-displacement function ofexternal ﬁxator本研究预测了稳定与不稳定两种环境下骨间动度µ随骨折愈合时间的变化.将该结果与Claes 等于1997年做的经典绵羊跖骨横向截骨骨折愈合过程中各组羊的骨间动度随时间变化的实验数据进行对比分析,如图8所示.图8(a)和图8(b)分别为2mm 间隙稳定情况和3mm 间隙不稳定情况的模拟结果.从图8可以看出,随着愈合时间(横坐标)的不断增多,仿真曲线和实验曲线的骨间动度(纵坐标)都呈现逐渐减小的趋势,这符合骨折愈合的特征.由于力刺激和血液供应的共同作用,骨痂开始组织分化,骨折愈合初始时刻骨痂几乎都被看成由结缔组织组成的,刚度较小,骨间动度相对较大,随着分化的组织转变,开始出现软骨和骨,骨痂的刚度逐渐提高,承受外力的量级也逐渐增大,骨间动度随之变小直至为零.图8骨间动度仿真与实验数据的对比Fig.8Comparison between interfragmentary movementover time and test results德国乌尔姆大学的Simon 等于2010年建立的骨折愈合仿真模型是基于二维骨折模型设计的,依据实验数据建立了8条模糊规则.本研究建立的仿真模型是基于三维骨折模型设计的,建立7个输入3个输出语言变量的语言值,然后以所计算的应变的组织学结果及细胞培养实验建立隶属度函数,依据生物学和医学基础理论建立所有模糊规则共21条.将本研究的愈合模拟数据与Simon 等2010年的模拟结果以及各组绵羊骨折愈合实验数据平均值进行对比,如图9所示.其中图9(a)和图9(b)分别为2mm 间隙稳定组和3mm 间隙不稳定组的对比数据.如图9所示,本研究建立的骨折愈合模型的仿。

高速螺旋流场中人体血液流动性能及红细胞力学行为分析

对其受力情况进行分析。［１３－１４］
２．１离心力
设红细胞离轴心径向距离为ｒ，则其切向速度
为：
ｖｔ＝ωｒ＝２６π０ｎｒ
（７）
式中，ｎ为螺旋流场转速。
按所设计植入式螺旋轴ｉｎ，血泵内腔半径为１０ｍｍ，则可算出
２高速螺旋流场中红细胞力学性能分析
高速螺旋流场中的分散相受力情况十分复杂。在高速螺旋血泵中，红细胞将受到离心力、径向压力场产生的径向力、斯托克斯阻力、剪切应力及马格纳
斯力等。为便于分析，将红细胞形状简化为球形，并
血泵的溶血程度主要决定于血液的运动流场1但国内外对于血泵内流场的研究多局限于传统流体方程采用cfd技术进行仿真分析一1引缺乏对于人体血液这种特殊生物流体的系统分析因此将血液流变理论和传统的力学分析方法相结合研究人体血液在环形血泵内腔的螺旋流动特性对于螺旋叶片血泵的设计和研究工作具有十分重大的意义
第２９卷第６期２０１０年１２月
由图２可以得出以下结论。（１）血液的轴向流动呈泊肃叶流动状态：在与管壁接触处速度为零，环形空间中间处速度最大。（２）血液开始流动时，由于切变应力需大于管壁处的摩擦阻力才能产生相对流动，故在靠近管壁处存在一定的滞留区；随着剪变率增大，滞留区逐渐减小，所以血液表现为牛顿流体时ｕ１两端滞留区趋近于零。（３）由于血泵中血液旋转线速度和流体质点离中心轴线的距离成正比，所以合速度呈逐渐上升趋势。（４）人体血液在两种流态下速度曲线相似，但由于在低剪变率条件下黏度增大，使得血液轴向流速明显下降。

基于动网格的永磁悬浮章动血泵流场数值模拟及溶血预测

基于动网格的永磁悬浮章动血泵流场数值模拟及溶血预测陈刚;姚立纲
【期刊名称】《机械设计与制造》
【年(卷),期】2022()3
【摘要】血泵转子高速旋转会造成血细胞出现不同程度的机械损伤,严重时可能危及患者生命,研究血泵流场特性是设计人工心脏泵的关键。

以自主研发的章动磁悬浮血泵为例,基于计算流体动力学非定常三维N-S方程,采用标准κ-ε模型、用户自定义函数和动网格技术,模拟分析血泵内部流场情况,探究三维流场内速度、压力以及剪切应力大小及分布规律。

建立磁悬浮章动血泵的溶血模型,采用粒子追踪法获取红细胞在血泵内所受剪切应力和暴露时间,预测血泵的溶血特性。

研究结果表明血泵内部流动均匀,没有明显的回流和滞流现象,具有良好的血液相容性。

研究为磁悬浮章动血泵的进一步优化设计和性能评价提供重要依据。

【总页数】6页(P209-213)
【作者】陈刚;姚立纲
【作者单位】三明学院机电工程学院;福州大学机械工程及自动化学院
【正文语种】中文
【中图分类】TH16;TH312
【相关文献】
1.基于动网格的离心泵内部流场数值模拟
2.轴流式磁悬浮血泵流场数值模拟及溶血预测
3.基于动网格的高压煤浆输送泵内部流场数值模拟优化研究
4.基于动网格的炮口制退器两相流场数值模拟
5.基于动网格的调节阀空化流场数值模拟研究
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离心血泵内部流场数字模拟及溶血分析

离心血泵内部流场数字模拟及溶血分析张伟国;程云章;胡平【期刊名称】《中国医学物理学杂志》【年(卷),期】2014(031)002【摘要】血泵是心脏辅助循环装置的核心部件之一,其运行过程中所产生的血栓和溶血超出安全范围将会引发多种并发症,严重者甚至危及病人生命,因此血栓和溶血问题是衡量血泵性能的重要指标也是血泵的重要研究课题.研究表明,溶血主要是由血泵内叶轮的机械运动及血液的复杂流动的高剪切力引起,因此溶血多出现在血液与固壁接触面上及复杂流动的流体间.本次研究的目的是要探索用数值模拟的方法分析离心血泵内部的流场及溶血情况,在研究中通过与上海某医院合作实验采集一种叶片式离心血泵运行过程中的实验数据,再对该叶片式离心血泵内部流场进行数值模拟,通过对比血泵实际运行情况与数值计算结果对其内部血栓和溶血问题进行系统的分析研究,最终数值模拟分析的情况与该血泵在实际运行中的血栓和溶血情况基本相符.通过本次研究探索用数值模拟的方法对血泵的血栓和溶血现象进行分析,特别是对溶血现象进行一定程度的定量分析,此分析结果及分析方法可为血泵优化及临床应用做方法指导之用.【总页数】6页(P4814-4819)【作者】张伟国;程云章;胡平【作者单位】上海医疗器械高等专科学校,上海200093;上海医疗器械高等专科学校,上海200093;上海理工大学,上海200093;上海医疗器械高等专科学校,上海200093;上海理工大学,上海200093【正文语种】中文【中图分类】R318.01【相关文献】1.离心式磁悬浮血泵溶血性能分析 [J], 王义文;张帆;方媛;董百川;周亮2.基于CFD螺旋离心式血泵与离心式血泵内部流场的数值分析 [J], 韩伟;韩冰雪;王汉义;朱登魁;高瑞;范云照3.离心式磁悬浮血泵内部流场数值仿真 [J], 吴华春;王志强;龚高;周欣;4.离心式磁悬浮血泵内部流场数值仿真 [J], 吴华春;王志强;龚高;周欣5.流线型轴流血泵内部流场与溶血分析 [J], 朱来来;张锡文因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

离心式磁悬浮血泵内部流场数值仿真

离心式磁悬浮血泵内部流场数值仿真吴华春;王志强;龚高;周欣【摘要】目的探讨离心式磁悬浮血泵内部流场和血液流动性能,为离心式磁悬浮血泵的结构设计提供重要依据.方法利用计算流体动力学分析软件,采用K-ε模型、动网格技术和用户自定义函数(user defined function,UDF)技术,开展离心式磁悬浮血泵内部流场的三维数值模拟,分析离心式磁悬浮血泵流道的压力、流速分布,探索血液流量、血液压力与叶轮转速的关系.结果该血泵叶轮转速在1800～2000r/min时,进出口压差为110～120 mmHg,出口流量在4.69~5.28 L/min范围内变化,可以满足人体血液循环需求.结论离心式磁悬浮血泵叶轮参数对其流场特性具有较大影响,可通过对叶轮结构的优化改善血泵的血流特性,进而节约成本,缩短研发周期.【期刊名称】《解放军医药杂志》【年(卷),期】2013(025)008【总页数】4页(P51-54)【关键词】磁悬浮血泵;离心式;流场;数值模拟【作者】吴华春;王志强;龚高;周欣【作者单位】430070,武汉,武汉理工大学机电工程学院;430070,武汉,武汉理工大学机电工程学院;430070,武汉,武汉理工大学机电工程学院;430022,武汉,武汉亚洲心脏病医院心外科【正文语种】中文【中图分类】TH312随着人口老龄化和人们生活水平的不断提高，由各种心血管疾病所导致的心力衰竭(简称心衰)已成为人群最主要的死亡原因之一。

国际上治疗心衰主要采用心脏移植、心室辅助装置或人工心脏泵替代，但心脏移植受到供体匮乏的限制［1］，因此，应用人工心脏泵(以下简称血泵)已成为挽救心衰患者的必要手段，同时对于降低病死率、提高心脏手术后的生存率、改善患者心功能和生活质量具有重要意义。

目前临床采用的血泵，其机械轴承的摩擦、磨损和密封导致发热大、工作寿命短，而且血液损伤程度严重，易引起血栓和溶血。

磁悬浮血泵以其无机械接触的特点带来转子无摩擦、无润滑、长寿命等优点，消除了机械磨损和摩擦，可降低血液损伤程度，是目前国际上人工心脏泵研究领域的一大热点。

高速切削过程的仿真和剪切角规律的研究的开题报告

高速切削过程的仿真和剪切角规律的研究的开题报告一、选题背景近年来，随着制造业的快速发展，高速切削技术成为了车削、铣削等加工领域中的一种重要方法。

其具有高效、精度高、表面质量好的特点，已经逐渐成为了现代制造业中必不可少的核心技术之一。

然而，高速切削过程中会产生极高的温度、应力和变形等问题，这些问题对加工过程的稳定性、加工质量以及刀具寿命等产生了很大的影响。

因此，对高速切削过程进行仿真研究，可以有效地提高加工质量、提高生产效率和降低成本。

二、研究内容与意义本研究拟从高速切削过程的仿真以及剪切角规律两个方向进行探究。

1. 对高速切削过程进行仿真通过建立高速切削加工的数学模型和计算模拟方法，对加工过程中产生的热、应力、变形和切削力等参数进行模拟和预测。

可以探究刀具的进给速度、切削深度、切削速度等参数对加工质量的影响，为实际加工提供指导。

2. 研究高速切削过程中的剪切角规律通过分析高速切削过程中的剪切角规律，可以深入了解切削力的产生机理，进而更好地控制加工过程中的刀具磨损、切削破碎等问题，提高刀具寿命和加工效率。

三、研究方法1. 高速切削过程的仿真首先，需要搜集相关论文和资料，了解目前高速切削仿真的研究现状和成果。

然后，根据实际加工的要求建立数学模型。

对模型进行离散和求解，并将结果进行对比分析，验证仿真的有效性。

2. 剪切角规律的研究通过实验测试，测量出不同切削参数下的剪切角，根据测试结果绘制出剪切角随着切削参数的变化的变化趋势。

然后，针对实验结果进行分析和总结，研究剪切角变化的规律，并探究剪切角与切削力之间的关系。

四、预期结果通过仿真的研究，可以得到高速切削过程中各项参数的变化趋势，能够为实际加工提供优化加工方案。

同时，通过剪切角规律的研究，可以深入了解高速切削过程中切削力的产生机理，提高加工效率和刀具寿命。

五、结论与展望本研究通过高速切削仿真和剪切角规律研究，对切削过程中的加工质量、刀具寿命等问题进行了深入探究。

基于CFD技术的Sarns离心式血泵流动特性分析北京生物医学工程

基于CFD技术的Sarns离心式血泵流动特性分析北京生物医学工程程云章;朱莉花;张伟国【摘要】目的应用专业计算流体动力学(computational fluid dynamics,CFD)分析软件FLUENT,对一种具有长短叶片的Sarns离心式血泵的内部流场进行三维数值模拟.方法利用Solidworks软件对Sarns型血泵进行三维建模,然后对所建模型网格处理,通过选取标准κ-ε湍流模型和SIMPLE算法,具体分析了内部流动状态、压力分布、壁面剪切力等流场特性.结果结果表明,该离心泵内部流场分布较不匀,叶片及血泵出口处有回流和旋涡现象,剪切力大小基本处于致红细胞破碎的临界状态之下,高转速下剪切力最大,主要分布在叶轮区域,但暴露时间极短,基本满足血液生理要求.结论该研究为Sarns血泵的进一步优化提供了理论基础.%Objective To simulate the three-dimensional internal flow field of a Sarns blood centrifugal pump with long and short blades by using computational fluid dynamics (CFD) software FLUENT. Methods We used the software Solidworks to build a three-dimensional model and selected the standard κ-ε turbulence model and the SIMPLE algorithm to analyze the flow characteristics of the internal flow status, pressure distribution and wall shear force. Results The analysis result demonstrated that there were several deficiencies in this pump, such as uneven velocity distribution, partial backflow and whirlpool between the blades and near the outlet of the pump. The shear stress distribution was under the critical state of breaking red blood cells and the maximum value of shear stress appeared in the impeller area under high-rotational speed. As the exposure time wasshort, the shear stress distribution could basically meet the physiological requirements of blood. Conclusions This research offered a theoretic basis for the further optimization of Sarns blood pump.【期刊名称】《北京生物医学工程》【年(卷),期】2012(031)002【总页数】6页(P111-116)【关键词】血泵;血栓;溶血;剪切力;计算流体动力学【作者】程云章;朱莉花;张伟国【作者单位】上海理工大学医疗器械与食品学院,上海,200093;上海医疗器械高等专科学校,上海,200093;上海理工大学医疗器械与食品学院,上海,200093;上海理工大学医疗器械与食品学院,上海,200093【正文语种】中文【中图分类】R318.01据世界卫生组织相关数据显示，当前约30%的人患有血管疾病和心脏病，且这个数字在不断增大，预计到2020年将达到40%左右［1］。

基于溶血性能的离心式旋转血泵设计

基于溶血性能的离心式旋转血泵设计阮晓东;陈松松;钱伟;邹俊;付新【期刊名称】《中国生物医学工程学报》【年(卷),期】2011(030)003【摘要】溶血性能是衡量血泵性能的一个重要指标.基于平均剪切应力模型,通过减少红细胞流经叶轮的时间和降低它在此过程中所受平均剪切应力的方法,对离心血泵进行设计,进而改善溶血性能.采用商用流体仿真软件Fluent,对血泵内的三维不可压湍流流场进行数值模拟,得到红细胞在血泵内的流动迹线和流动参数;应用溶血估算公式,分析不同流量下血泵的溶血性能,计算得到溶血估算值在0.006-0.015之间,有较好的溶血性能,满足血泵对溶血性能的要求.【总页数】5页(P411-415)【作者】阮晓东;陈松松;钱伟;邹俊;付新【作者单位】浙江大学流体传动及控制国家重点实验室,杭州,310027;浙江大学流体传动及控制国家重点实验室,杭州,310027;浙江省人民医院心胸外科,杭州,310000;浙江大学流体传动及控制国家重点实验室,杭州,310027;浙江大学流体传动及控制国家重点实验室,杭州,310027【正文语种】中文【中图分类】R318.01【相关文献】1.应用多相流技术探究离心式血泵的性能 [J], 刘晓军;杨俊培;黄碧娟;刘莉2.离心式磁悬浮血泵溶血性能分析 [J], 王义文;张帆;方媛;董百川;周亮3.基于CFD螺旋离心式血泵与离心式血泵内部流场的数值分析 [J], 韩伟;韩冰雪;王汉义;朱登魁;高瑞;范云照4.血泵叶轮的流线型设计及其对溶血性能的影响 [J], 钱坤喜;封志刚;曾培;茹伟民;袁海宇5.旋转血泵产生低溶血搏动流的方法 [J], 钱坤喜;曾培;茹伟民;袁海宇;封志刚;李岚因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

中山大学学报(自然科学版)2008(第47卷)总目次

中山大学学报（自然科学版）２０（４０８第７卷）总目次
基于支持向量回归的响应面可靠度计算 ………………………………………………………… 刘济科，赵
分布时滞ＫＶ方程的对称及群不变解ｄ
卫４（） — ７１：１４
无穷水平跳扩散正—倒向随机微分方程的解与比较定理 ……………………………………… 尹居良，司徒荣４（）７１：５—８ ……………… ………………………………………… 赵志红，徐远通４（）７１：９—１２
… … … … … … … … … … … … … … … … … … … … …
海
景，温
勇，皮丕辉，邓耀明，程
江，杨卓如４（）６７７１：８— ２
鼎湖山不同演替阶段土壤酸性阳离子淋溶动态研究 …………………… 刘可慧，于方明，彭少麟，李富荣４（）３— ７７１：７７６种化学消毒剂对养殖海水中浮游生物的影响 …………………………… 孙成波，武海波，邓腰带长体茧蜂卵和早期胚胎体外发育的初步研究 ………………… ………………………… 胡水稻 ⅡＢ型拓扑异构酶ＯＳｏ１因的ｃＮｓｐｌ基ＤＡ克隆、表达谱分析及其可变剪接的检测
花岗岩暗色微粒包体中的水及其在包体研究中的意义 …………………… 彭卓伦，陈国能，ｏｎｙｒｅ７（）１ — ２Ｒｄｅａｓ１：１８１Ｇｐ４０来自红树林内生真菌Ｅ３号中的一个新的水杨酸衍生物３李春远，丁唯嘉，陈敏，余志刚，林永成４（）２７１：１１—１２２
华南地区逆温个例的数值模拟研究 …………… 樊

螺旋血泵的CFD分析

ａｓｓｅｉｅ．ＣＤｄｅｉｇｒｉｅｙｕｅｒｐｅｉｔｇｐｅｓｒ— ｏｃｒｅ，ｈｄａｌｆｃｅｃｅｎｃａｓｉｔｄｖｃＦｍｏｌｓａｅｗｄｌｓｄｆｒｄｃｉｒｓｕｅｆｗｕｖｓｎｏｎｌｙｒｕｉｅｉｎｉｓａｄｓａｒｃｉｌｌｄｓｒｓｌｖｌｆＬｆｉｔｓｅｅｓｏＶＡＳ．Ｉｈｓｓｕｙ，ｗｅｅａｕｔｄａｍｏｏ－ｒｖｎｎｎｕｓｔｅｌｆｅｔｃｌｒａｓｓｄｖｃｕｅｎｔｉｔｄｖａｅｔｒｄｉｅｏｐｌａｉｅｖｎｒｕａｓｉｔｅｉｅｌｌｔｉ
维普资讯
２卷１期７２００８年２月
中国生物医学工程学报ＣｉｓＪｕａｏｉｅｉｌｒｉｅｎｈｅｅｏｒｌｆＢｏｄａ￣ｎｒｇｎｎｍｃ血和血栓的主要因数。计算流体力学（ｒ）法目前被广泛应用于血泵设计，可以准确有效地反映血泵内部ＣＤ方它流场状态、泵压力流量曲线以及血泵内部流场剪切力分布状态等。本研究采用ＣＤ方法对自制螺旋血泵的泵血Ｆ腔、出人流口进行流场分析，内部流场采用三维彩图显示。结果显示ＣＤ分析结果很好的与体外实验结果吻合。Ｆ血泵血液动力学特性，以及内部血流状态采用ＣＤ方法分析，以有效地分析血泵血液相溶性方面的问题。Ｆ可关键词：计算机流场分析；室辅助装置；血性能；血栓心溶

高速旋转叶片的外物损伤行为研究的开题报告

高速旋转叶片的外物损伤行为研究的开题报告一、研究背景高速旋转叶片广泛应用于飞机、直升机、发电机等领域，但同时也存在着安全隐患。

由于叶片旋转速度快，一旦受到外物的损伤作用，不仅会导致设备损坏，还可能造成人员伤亡。

因此，深入研究高速旋转叶片的外物损伤行为具有重要意义。

二、研究目的本研究旨在通过实验方法，对高速旋转叶片受到外物损伤时的动态响应进行分析和研究，探究外物对叶片损伤的影响规律和破坏机理，为提高叶片的安全性能提供理论依据。

三、研究内容1. 建立高速旋转叶片的数值模型，对叶片的旋转运动进行建模和仿真分析，确定叶片的旋转速度、转动方向和转轴坐标。

2. 设计合适的外物撞击实验方案，包括选定不同质量、不同形状、不同材质的撞击物，制定撞击位置和角度等参数，并进行实验数据的采集和记录。

3. 处理分析实验数据，分析叶片受到外物损伤时的动态响应，研究其变形、损伤情况和破坏机理，并从材料、结构和工艺等多方面探讨叶片的安全性能和改进措施。

4. 基于研究成果，提出优化设计方案，改进叶片的结构、材料和制造工艺，提高叶片的安全可靠性。

四、研究方法本研究采用实验方法和数值模拟相结合的方式进行。

通过数值模型的建立和仿真分析，确定叶片的旋转运动参数和模型几何尺寸，为实验方案的设计提供依据；同时结合实验数据分析，深入分析叶片受到外物损伤时的动态响应和影响规律，探讨改进措施和优化设计方案。

五、研究意义本研究能够深入探究高速旋转叶片受到外物损伤时的动态响应和破坏机理，为提高叶片的安全性能提供理论支持。

同时，研究成果能够应用于叶片材料、结构和制造工艺的改进，提高叶片的可靠性和经济效益，对飞机、直升机、发电机等领域的发展起到重要推动作用。

两级轴流血泵CFD性能仿真

２０１３年７月第４１卷第１３期
机床与液压
ＭＡＣＨＩＮＥＴＯＯＬ＆ＨＹＤＲＡＵＬＩＣＳ
Ｊｕ１．２０１３
Ｖｏ１．４１Ｎｏ．１３
ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１— ３８８１．２０１３．１３．０４３
ｔｗｏ－ｓｔａｇｅａｘｉａｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅ．ＴｈｅｆｒｏｎｔｉｍｐｅＮｅｒｗａｓｄｅｓｉｎｅｇｄｔｏｈｅｌｉｃｏ・ａｘｉｌａｓｔｒｕｃｔｕｒｅｂｙｕｓｉｎｇｏｎｅｄｉｍｅｎｓｉｏｎｌｆｏｗｔｈｅｏｒｙａｎｄｔｈｅｒｅａｒｉｍ—
两级轴流血泵ＣＦＤ性能仿真
李涛，赵慧
（武汉科技大学机械自动化学院，湖北武汉４ பைடு நூலகம் ００８１）
摘要：为了降低血泵转速，提高其溶血性能，将血泵设计为两级轴流式结构，其中前级叶轮采用一元流动理论设计为螺旋轴流结构，后级叶轮采用流线法设计为传统轴流结构。利用计算流体力学（ＣＦＤ）的方法，对血泵的扬程、流量及其内部血液的流场、应力等分布情况进行了仿真分析。结果表明：血泵最大应力主要出现在其人口和出口处，且后级叶轮在前级叶轮的影响下，其入口处的最大应力明显减小。在相同条件下，两级血泵与普通血泵相比，其最大应力可明显降低。关键词：两级轴流血泵；一元流动理论；流线设计法；ＣＦＤ仿真分析

机电工程专业方向介绍

机电工程学院“机械设计制造及其自动化”分专业方向基本情况介绍机械电子系基本情况简介（师资情况、科研情况和学科建设情况等）师资情况机械电子系共有教职工24人，其中：教授9人（博导7人），副教授8人，讲师5人，实验技术人员2人。

可在机械工程学科下的机械电子工程、机械设计及理论、车辆工程三个二级学科培养硕士和博士研究生。

科研情况在国家大洋首席科学家刘少军教授的带领下，开展深海采矿、制造业、冶金、铁路、电力等行业的机械设计与制造、系统状态监测、智能控制、故障诊断、建模仿真等方面的科学研究与工程设计。

近五年内，机械电子工程系承担了国家、省部级科研课题包括：国家863项目，如“300MN模锻水压机状态监测和故障诊断系统研究”、“海底富钴结壳和多金属硫化物集矿技术研究” 、“海洋矿产资源管道输运模拟研究” 和“微型血泵外电磁体驱动装置研发”。

国务院大洋专项：“深海多金属结核开采系统虚拟现实研究”、“钴结壳采集模型机关键技术研究” 、“深海采矿虚拟现实研究平台结构及结核开采模拟研究”。

国防科工委项目：“125MN挤压机电气控制系统改造”。

国家自然科学重大项目课题和面上项目：“深海钴结壳机械齿和水射流联合破碎机理与实验研究”，“基于血液机械损伤多因素耦合机理的高速螺旋血泵结构优化研究”，“钴结壳采集机器人采掘机理及采掘机构优化设计研究”，“深海钴结壳微地形监测技术与最佳采集深度建模研究”，“水泵与储料罐组合的深海采矿矿石输送方法研究”，“深海采矿矿石输送设备关键技术研究”，“有源主动控制动力吸振式升沉补偿系统的设计理论与控制策略研究”，“微型血泵外电磁体驱动装置研发” ，“基于细胞力学的人工器官血液自润滑机理研究”和“基于智能算法的复杂轮廓度误差评定”等。

除了上述国家、省部级科研项目外，还有许多市级和企业横向科研项目，这些科研项目的开展使机械电子工程系的科学研究能力有了长足的发展。

学科建设情况机械电子工程作为湖南省重点学科，教学、科研、人才培养成果丰硕，“十五”期间省重点学科建设验收等级为“优秀”。