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背景:双能X射线骨密度测量仪测量的骨密度是诊断骨质疏松的金标准,髋部是骨质疏松及骨折重要部位,骨密度仅能反映骨强度的70％,髋部几何力学参数也对髋部骨折有重要影响. 目的:通过成都地区女性大样本数据,探讨女性受试者髋部骨密度和几何结构参数的变化及用于骨折风险预测的价值,为骨质疏松及髋部骨折防治提供参考依据. 方法:采用美国GE LUNAR公司Prodigy advance双能X射线骨密度测量仪测定20岁以上女性37 682例,年龄20-104.3岁,测量部位包括左股骨颈、大转子、Wards区、股骨干及全髋骨密度;并采用双能X射线骨密度测量仪的髋部结构分析软件测量股骨近端几何结构参数,包括髋轴长度、横断面转动惯量、髋部强度指数、颈干角、横截面面积等,探讨年龄、体质量指数与股骨近端骨密度及几何结构之间的关系. 结果与结论:①女性受试者股骨颈、大转子、全髋骨密度在30-39岁达到峰值,后随增龄逐渐降低;髋部髋轴长度、横断面转动惯量、横截面面积、髋强度指数在30-39岁达到峰值,随增龄逐渐降低;②随体质量指数增加,女性受试者髋部各部位骨密度均逐渐增加,骨质疏松检出率逐渐下降;③随体质量指数增加,髋部髋轴长度、股骨颈横断面转动惯量、股骨颈横截面积逐渐升高(P＜0.001),髋部强度指数逐渐降低(P＜0.001);④髋部骨密度与身高、体质量、体质量指数呈正相关(r=0.095-0.425),与年龄呈负相关(r=-0.445至-0.623);髋轴长度、横断面转动惯量、横截面面积与身高、体质量、体质量指数、髋部骨密度呈正相关(r=0.059-0.444),与年龄呈负相关(r=-0.055至-0.555);⑤此次研究数据为成都地区髋部骨密度和几何结构参数提供了参考数据,女性随增龄伴髋部骨密度丢失和几何结构参数变化,50岁以后更为明显;女性低体质量指数人群更应注意骨质疏松及骨折风险防治.

背景:针对感染性骨缺损,传统抗生素局部给药存在耐药菌株选择性增殖、药物突释效应及缺乏骨诱导活性等局限,单纯骨修复材料难以有效控制感染进程,因此,开发具有多重生物功能的智能型递药系统已成为该领域的研究热点. 目的:构建聚乙烯亚胺/氧化葡聚糖动态交联水凝胶负载槲皮素的复合体系,实现抗菌与成骨功能的时序协同作用,探究该复合体系治疗感染性骨缺损的效果. 方法:①采用高碘酸钠氧化法制备氧化葡聚糖,反溶剂沉淀法制备槲皮素纳米晶体;将槲皮素纳米晶体加入聚乙烯亚胺溶液中,通过席夫碱反应制备载槲皮素聚乙烯亚胺/氧化葡聚糖水凝胶,表征该水凝胶的体外药物释放情况.②体外实验:将兔骨髓间充质干细胞分别接种于聚乙烯亚胺/氧化葡聚糖水凝胶、载槲皮素聚乙烯亚胺/氧化葡聚糖水凝胶表面,以单独培养的细胞为对照,通过CCK-8实验与活死细胞染色评估材料的细胞相容性;成骨诱导后,通过碱性磷酸酶染色、茜素红染色与成骨基因检测评估材料的促成骨能力.将金黄色葡萄球菌(或大肠杆菌、耐甲氧西林金黄色葡萄球菌)分别与聚乙烯亚胺/氧化葡聚糖水凝胶、载槲皮素聚乙烯亚胺/氧化葡聚糖水凝胶共培养,以单独培养的细菌为对照,通过检测细菌悬液吸光度值与细菌悬液培养皿涂布实验评估材料的抗菌性能.③动物实验:在SD大鼠左侧股骨大转子下方钻孔后抽出骨髓,向骨髓腔内注射5％鱼肝油酸钠+金黄色葡萄球菌悬液建立感染性股骨缺损模型,造模4周后随机分3组干预:对照组(n=9)只进行彻底清创,水凝胶组(n=9)、载槲皮素水凝胶组(n=9)彻底清创后分别注射聚乙烯亚胺/氧化葡聚糖水凝胶、载槲皮素聚乙烯亚胺/氧化葡聚糖水凝胶.术后8周取材,分别进行Micro-CT扫描与组织形态学观察 结果与结论:①聚乙烯亚胺/氧化葡聚糖水凝胶在初期(3d内)快速释放药物,此后缓慢释放药物达42 d.②CCK-8实验与活死细胞染色显示,相较于聚乙烯亚胺/氧化葡聚糖水凝胶,载槲皮素聚乙烯亚胺/氧化葡聚糖水凝胶可促进细胞增殖,具有良好的细胞相容性.细菌悬液吸光度值检测与细菌悬液培养皿涂布实验显示,聚乙烯亚胺/氧化葡聚糖水凝胶无抗菌性能,载槲皮素聚乙烯亚胺/氧化葡聚糖水凝胶可显著抑制金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、耐甲氧西林金黄色葡萄球菌的生长繁殖.碱性磷酸酶染色、茜素红染色与成骨基因检测显示,聚乙烯亚胺/氧化葡聚糖水凝胶无促成骨能力,载槲皮素聚乙烯亚胺/氧化葡聚糖水凝胶具有良好的促成骨能力.③Micro-CT扫描结果显示载槲皮素水凝胶组新生骨组织明显多于对照组、水凝胶组;苏木精-伊红与Masson染色显示载槲皮素水凝胶组骨缺损修复质量优于对照组、水凝胶组;Giemsa染色显示对照组和水凝胶组可见大量细菌,载槲皮素水凝胶组几乎没有细菌.④结果表明,载槲皮素聚乙烯亚胺/氧化葡聚糖水凝胶具有良好的抗菌性能与促成骨能力,可促进感染性骨缺损的修复.

在重力、装配误差等因素的影响下,支承转子的弹性支承会发生变形,使挤压油膜阻尼器内外环处于非同心,产生偏心率.为了评估静偏心挤压油膜阻尼器的性能变化,以及静偏心对转子系统的动力学特性的影响,推导了静偏心挤压油膜阻尼器油膜力的计算公式,构建了考虑静偏心阻尼器-转子系统数值模型,分析了静偏心对转子振动响应的影响,探究了转子在亚临界、过临界、超临界转速下油膜的压力分布变化,总结了静偏心对挤压油膜阻尼器性能的影响规律.结果表明:油膜的非线性刚度导致转子临界转速随静偏心率的增大而升高,且升高速率越来越快;随着静偏心率的增大,转子振动频谱图会出现0频和2倍频;高静偏心率挤压油膜阻尼器的抗不平衡量能力降低,当偏心率为0.7时,振动总位移增高0.21 mm,油膜内外环易发生碰摩导致失效.

为分析预旋喷嘴预旋角对涡轮预旋系统性能的影响,以涡轮预旋系统为研究对象,设计了9°、11°、13°、15°、17°5个预旋角的预旋喷嘴,建立了包括预旋喷嘴、预旋腔、接受孔、旋转盘腔、转子叶片供气孔的涡轮预旋系统模型,采用数值方法计算分析了不同预旋喷嘴预旋角下预旋系统中各元件的流动特性、熵增特性及温降特性.结果表明:针对当前预旋系统构型,当预旋角从9°增大至17°时,预旋喷嘴流量系数减小了2%,流量减小了1.8%.预旋喷嘴出口周向分速度随预旋角增大而减小,导致预旋喷嘴出口旋转比降低,预旋喷嘴的预旋效率降低;不同预旋角对应的预旋腔熵增变化最明显,也是影响系统熵增的主要参数;当预旋角从9°增大至17°时,预旋系统熵增增大了4.5%,系统温降减小了9.1 K.

为分析航空发动机的安装节、承力机匣支板等结构在周向的非均匀分布对转子动力学特性的影响规律,以双盘-转子支承系统为例,采用数值方法分析了支承刚度非对称性对转子临界转速、模态振型的影响.重点研究了在支承刚度非对称条件下,转子跨临界转速时的不平衡响应、轴心轨迹等振动特征的演变规律.结果表明:支承刚度非对称性主要影响以支点位移为主的振动模态,并使正进动和反进动对应的临界转速发生偏移;非对称支承转子跨过临界转速时需经多个振动响应峰值,使转子不稳定区域扩大;当非对称性足够大时,转子在跨临界转速运行时,其进动方向会发生正、反进动交替出现的现象,轴心轨迹呈现正圆、椭圆甚至直线的过渡特征.

为了控制盘片分离式叶轮不平衡量,保障其稳定可靠运行,开展盘片分离式叶轮的叶片排序平衡方法研究.在立式动平衡机上对试验叶片的质量矩进行了测量,建立了叶片排序问题的模型.针对实际平衡过程中各种误差导致排序后残余不平衡量超量的问题,提出了在应用模拟退火算法的第1次排序后,增加遍历可行解的第2次排序方法.选取3种轮盘初始不平衡量185.6、496.0、603.5 g∙mm,在36片叶片的叶轮上进行了叶片排序试验.结果表明:在3种轮盘初始不平衡量下,第1次排序后的实际残余不平衡量分别为166.5、171.7、162.3 g∙mm,超出了允许值50 g∙mm,而第2次排序后实际残余不平衡量分别为38.9、46.5、12.0 g∙mm,均降至允许值以内.第1次排序可以利用叶片质量矩差异,一定程度上抵消轮盘初始不平衡量,使残余不平衡量接近允许值.而依靠第2次排序则能将残余不平衡量降低至允许值以内.证明了研究方法有效,可为实际叶轮平衡过程提供参考.

转子叶片非同步振动问题的主要解决措施之一是尽可能缩小叶尖间隙,但过小的叶尖间隙在整机过渡态工况下又会引起转静子径向碰摩等可靠性问题.为了解决该矛盾,提出一种融合非同步振动影响的叶尖间隙正向设计方法,系统梳理了叶尖间隙理论与工程影响因素及其对非同步振动的抑制规律.改进传统设计流程,构建了包含转静子变形、轴承游隙、加工跳动量等多因子的冷态叶尖间隙降维设计公式.搭建气热固双向耦合仿真平台,采用时域谐波分析法开展非同步振动响应计算,并结合整机试车的叶尖间隙电容式传感器实测数据完成方法验证.结果表明:转子坐标系内叶尖区域非定常流动脉动压力降低约44.4%,气动阻尼也得到改善,有效削弱了非同步振动的激励能量;降维公式计算结果与整机试车实测值的变化趋势高度吻合,双向耦合仿真可准确预测叶尖间隙在降转过程中的突变时刻与规律.该方法实现了兼顾非同步振动抑制与整机可靠性的叶尖间隙正向设计,减少了后续使用过程中叶尖间隙的调整和迭代频次,验证了降维设计方法的可行性与工程实用性,可为航空发动机叶尖间隙的精细化设计提供技术支撑.

航空电推进系统是低空飞行器eVTOL的核心动力系统,其中推进电机的可靠性对适航安全性具有重要影响,而电机短路是制约电机可靠性的关键因素.为满足航空推进电机高可靠性的适航需求,对航空电推进电机短路特性进行研究.基于Ansys Maxwell建立了Halbach阵列拓扑结构外转子永磁同步电机模型,并与常规构型电机运行特性进行了对比;利用Maxwell与Simplorer耦合,构建了Halbach阵列外转子永磁同步电机动态短路模型,结合eVTOL 飞行器典型的飞行工况的功率需求,研究了Halbach阵列外转子永磁同步电机在不同短路程度下的性能特性.结果表明:基于Halbach阵列拓扑结构电机在额定工况下的效率和功率密度比常规拓扑结构电机的分别提高了1.5%、2 kW/kg;在巡航和悬停工况下,Halbach阵列电机的短路扭矩波动比常规电机的分别小4%和5.5%.

目前汽车开关磁阻电机(SRM)传统控制存在准确率偏低的问题,为此结合实际开关磁阻电机(SRM)工况开发了一种具备容错结构的分块控制.在分析 SRM结构基础上,优化调整四相容错分块控制参数.仿真分析四相容错分块控制,构建了测试样机开展控制效果验证.研究结果表明:在转子位置未发生改变的前提下,电机输出扭矩与外加电流呈明显线性递增的关系.当系统出现缺相故障时,采用四相容错分块控制能够维持约 80%的正常转矩输出,明显高于传统控制.该研究有助于提高汽车传动系统运行稳定性,为后续的工艺优化奠定基础.

为提高主轴电机输出性能的稳定性,提出一种基于 ANSYS 的永磁同步电机转子结构多参数优化设计方法.根据主轴电机的设计要求,采用 ANSYS 电磁仿真模块 Maxwell 建立参数化模型,以极弧系数、磁极厚度、磁钢偏心距及气隙作为设计变量,以齿槽转矩最小、负载转矩脉动最小、永磁体面积最小作为优化目标,通过优化算法与自适应多目标优化策略,在设计空间内进行帕累托最优解搜索,实现多项性能指标的综合平衡与整体优化.优化结果表明:相较于初始方案,齿槽转矩降低 73%,负载转矩脉动降低 12%,磁钢面积减少 2.8%,可为电机性能跃升提供参考.