人工关节置换手术作为治疗晚期关节疾病的一种安全有效的手段,目前已在全世界范围内大量推行

,但由于术后天然润滑系统的破坏(软骨和滑膜的缺失),假体表面直接对磨,容易出现磨损,产生的磨屑进入人体后,会引发骨溶解,造成人工关节的无菌性松动

,对患者造成二次伤痛。因此,开发出合理的人工关节润滑体系,是减少关节置换手术后的无菌性松动提高人工关节使用寿命的关键。

改善人工关节表面润滑的传统途径便是注射骨关节仿生滑液。最常用的仿生滑液为透明质酸(HA)。李久青等研究发现了透明质酸在人工关节软骨材料配副上具有很好的润滑效果

,Mendes等

研制出了可注射的包含透明质酸的粒状水凝胶,但长时间处于摩擦挤压状态会导致透明质酸分子断裂

,而进入体液中的透明质酸分子易被人体吸收,无法持续改善润滑,所以需要一种新型的润滑液供给和保存方式。

2.开采方式科学化。采用国内外先进的安全高效适宜的采矿技术和方法，开展“机械化换人，自动化减人”科技化采矿行动，重点是以机械化生产替换人工作业，以自动化控制减少人为操作，大力提高矿山企业科学化采矿水平，提升安全生产科技保障能力。

水凝胶是一种具有高弹性、润湿性、环境响应性的多孔结构材料,被广泛应用于医用载药方面

,有望作为人工关节润滑液的载体。李月等

将BSA/CS润滑剂包埋于PCEC水凝胶中,通过分子扩散效应来缓释关节润滑介质。水凝胶可以修复关节软骨

,其内部的三维网格空间利于软骨细胞附着生长

。通过改变成分和结构,水凝胶也可具有关节软骨类似的润滑效果

。水凝胶可以模拟关节囊结构包裹住人工关节,如图1所示,在人工关节活动的同时,通过压挤作用实现滑液的贮存和释放,有效避免了润滑液与体液的直接接触,增加润滑液的作用时效。水凝胶的结构由聚合物网络和流体双相组成,一般需要使用双相耦合模型来解释其力学行为。近几年来,多孔弹性双相理论一直用于表征软骨的力学行为

。在双相模型中,材料由多孔固体介质和流体组成。但假设固相为线弹性,忽略了聚合物网络的特性黏度

,使得该模型无法预测水凝胶的蠕变行为。Kaufmanet等

使用了五参数Maxwell-Weichert黏弹性模型来仿真水凝胶材料上的球形压痕,与试验取得类似的结果;Olberding等

使用自行开发的有限元程序建立了水凝胶的多孔黏弹性模型,但多孔黏弹性理论没有解释水凝胶的介质释放行为。徐曌等

使用了有限元模拟了水凝胶的溶胀变形,得到了和试验相吻合的结果。本文使用耦合扩散和大变形理论模型

结合有限元建模模拟水凝胶蠕变行为,并通过无侧限压缩蠕变缓释试验验证水凝胶蠕变与介质缓释的关系。使用有限元逆向法,将原有三维模型简化为二维模型并使用粒子群优化方法在有限参数空间内寻找最优解,确定材料参数。由该方法识别的水凝胶材料参数进行仿真的蠕变曲线与试验蠕变曲线进行对比,具有较好的一致性。

1 无侧限压缩蠕变缓释试验

1.1 试验

1.1.1 样品制备

1.1.2 压缩蠕变缓释试验流程

琼脂糖(agarose,分子式,C

H

O

),凝胶化温度37 ℃,合肥博美生物科技公司生产;透明质酸(hyaluronic acid,分子式,C

H

N

O

)罗恩试剂。在80 ℃水浴加热条件下将琼脂糖溶于去离子水,磁力搅拌20 min制成质量分数为2%的水溶液;降温至55 ℃加入质量分数为0.75%的透明质酸粉末,磁力搅拌30 min,对溶液进行抽真空处理后得到琼脂糖透明质酸混合溶液。该溶液在37 ℃以下凝结脱模形成试验样本(20 mm×20 mm×20 mm)。

工作室的成立是来自专业的发展情况和教师的专业方向，再来学生可以自己选择工作室，所以各种实践项目紧贴着行业和专业的发展方向，教师在项目中不断引进新的项目，使得教学内容的更新速度得到提高。此时，项目成为一种检验教学成果的利器，有效地扩大了项目化教学的范围。

在室温条件下,将载有透明质酸的琼脂糖水凝胶样品放入生理盐水浸润环境中(模拟关节囊内浸润环境),对样品进行无侧限压缩蠕变缓释试验,如图2所示。施压元件加载速度为2 mm/min,位移传感器采样频率为30 Hz,压缩过程中因为隔离工件的下降会产生浮力变化,可通过右侧的浮力平衡装置,利用虹吸原理排出生理盐水,使液面高度随蠕变距离而下降,以此达到来抵消试验过程中浮力的影响。试验结束后,将样品表面水分擦干后进行称重记录,与试验前样品进行对照计算质量差,视为样品在压缩蠕变过程中释放的介质质量。蠕变数据由位移传感器记录,其蠕变应变计算应为初始厚度的百分比。

前文已述及，数字城市基础地理信息系统数据库是海量数据的集成体。因此，在建设数据库过程中需要一套行之有效的管理系统以便于提高用户查询数据信息的速率和提高数据库平台的数据信息共享度。此外，数据的分幅分层管理是实现数据标准化和规范化的前提。使用者在查询过程中借助地名、道路名称等基础性的信息进行相关数据的提取，以最短的时间获得相关的矢量数据；使用者也可以根据元数据获取相关的影像与矢量数据。总的来说，数据的管理是该数据库建设的关键环节所在，面对海量数据，若没有便捷的、有效的管理系统，则会导致用户查询数据时出现查询结果遗漏、错误等问题。

1.2 蠕变行为分析

对试验样品进行恒力压缩和卸压试验,图3曲线显示了试验样品在载荷稳定后仍然发生蠕变现象,且卸压后发生了类蠕变的形状恢复;在3 N恒压作用下30 min内产生了5%的形变,表现出类高分子材料的黏弹特性,但该蠕变行为与普通的高分子材料不同,内部液相分子的长距离迁移才是该蠕变行为的主要原因。

模型中假设了无摩擦接触的条件,位移边界条件设置为

琼脂糖水凝胶在压力作用下会释放出其中包含的液相介质,而介质的流失会导致水凝胶发生类蠕变的力学行为。改变载荷条件进行多次试验,并通过记录试验前后样件质量差,来探究压力对蠕变和缓释的影响,试验结果如图6所示。当外部载荷增大时,蠕变应变和缓释介质质量均有不同幅度的上升。由图6可知,蠕变应变和载荷并非呈简单的正比关系,这也是无法用线弹性理论解释水凝胶蠕变行为的原因。随着载荷增加,蠕变应变和缓释质量均呈现非线性增长趋势。

随着加载时间增大,网格内液相分子的减少导致水凝胶体积变化,网格本体变形产生的弹性力逐渐增大,在外部恒压前提下,液相分子受到的驱动力则逐渐减弱,液相分子的迁移速度逐渐放缓,这也是蠕变曲线趋向平缓的原因;当载荷卸去时,网络结构先进行一段弹性恢复,外部的溶液分子在网格形变带来的内外压差作用下重新进入网格内部,使水凝胶发生类蠕变的恢复,在一定时间后复原。

1.3 缓释行为分析

水凝胶蠕变缓释机制如图5所示。水凝胶内部由三维弹性网络结构和液相分子组成,当其受到压力载荷时,网格本体首先发生弹性变形,产生弹性作用力,其余载荷则由内部液相分子承担,当液相分子受压时,分子在驱动力下进行网格间的长距离迁移,宏观表现即为内部介质的释放。

通过统计多次试验中蠕变应变缓释介质质量两者在二维图中的落点分布,如图7所示,可知缓释介质质量与蠕变应变成线性关系。通过预测蠕变变形体积来预测琼脂糖水凝胶在不同载荷下的介质随时间释放的规律,表现出的统计学规律为

=

(1)

式中:

为缓释质量;

为误差系数;

为蠕变距离;

为样品截面积;

为挤出介质密度。

2 理论模型

水凝胶是一种由固相和液相组成的弹性多孔材料,在外力作用下(化学和物理)液相分子的长距离迁移会导致水凝胶整体的变形。Flory

理论模型提出了可以将水凝胶耦合系统总自由能分解为聚合物网络弹性变形自由能和聚合物网络与溶液相互作用时混合自由能及其他自由能的线性叠加,即

=

+

+∑

(2)

式中:

为总自由能;

为网络弹性自由能;

为混合自由能;

为其他自由能的线性叠加。

在不考虑溶液与网络的耦合作用的情况下,高分子网络的变形类似于高分子橡胶材料的变形,故可以将超弹性体理论应用于琼脂糖水凝胶材料。橡胶超弹性体自由能具有多种形式,常用于水凝胶的是Flory

提出的Neo-Hooke超弹性模型的变形形式,即

(3)

式中:

为高分子网络链段的摩尔数;

为阿伏伽德罗常数;

为绝对温度;

为材料的变形梯度。

水凝胶的体积变化是由于凝胶对液相的吸收或释放造成的。聚合物网络与液相之间的相互作用对系统的自由能的影响可以通过混合自由能的形式体现。Huggins

针对液相小分子与高分子网络混合产生的自由能进行了推导,给出混合自由能的一般表达式

总之，石化企业既要在宏观上重视税收筹划的作用，又要从小处着眼，从各企业自身做起，在知法、懂法基础上，通过税收筹划来合理节税、避税，积累企业财富，来实现“发展企业、贡献国家、回报股东、服务社会、造福员工”的企业宗旨。

(4)

式中:

为初始状态下的液相分子浓度;

为液相分子体积;

为液相与高分子网络混合参数。

塑料件内部设置加强筋及未设置加强对翘曲变形的影响：塑料件内部不设置加强筋，塑料件沿着大平面4个角翘起(见图5(a))。设置加强筋塑料件与未设置加强筋塑料件翘曲变形趋势一致(见图5(b))，但翘曲变形量更大(见图6)。说明加强筋的存在明显加剧了塑料件的翘曲变形。

水凝胶的格外自由能

是针对智能水凝胶,如光敏、磁敏等刺激响应型水凝胶考虑的,本文不予考虑。基于该自由能模型假设水凝胶在变形过程中仅黏性耗散和外力做功可推导出水凝胶的控制方程弱形式

,具体形式为

(5)

式中:

为无量纲弹性模量;

为预溶胀拉伸比;

为右柯西格林张量第一主不变量;

为以预溶胀状态为起始状态的材料的变形梯度;

为

的逆张量;

为化学势(差分法);

为离散时间节点;

为体力;

为面力。

这里采用有限元逆向法识别本构模型参数,通过三维参数空间(

,

,

)中最优参数寻找

。目标函数是仿真结果的蠕变曲线和试验蠕变曲线之间的平方误差最小,即

3 算例与试验验证

3.1 有限元程序

运用FEnics提供的快速求解偏微分方程的方法,通过变时间节点的多次迭代,可以得到有限元仿真动画和蠕变曲线,模型设置为试验样品的八分之一模型。FEnics有限元程序流程如图8所示,结果可通过VTK文件在Paraview中完成可视化处理,

方向位移云图如图9所示。

3.2 参数识别

式中:

S

为仿真应变;

E

为试验应变。

=0;

=

(

)

(6)

连续压缩卸压试验应变曲线如图4所示,在连续10次10 min恒压10 min卸压恢复试验中,样品的弹性和抗蠕变能力均有所下降,第10次恒压作用下总的形变量

为10.5%,对比第1次恒压作用下的形变

,增长了31%,这说明样品在试验过程中发生内部溶剂的交换,导致样品内部包埋的透明质酸浓度下降,浓度的下降使水凝胶内部介质黏度下降,更容易受压挤出。在压力没有达到破坏水凝胶网络结构的前提下,这种压缩释放、卸压恢复的行为可以多次循环,这是水凝胶应用于人工关节润滑液的存储和定量释放的试验基础。

1-

=

2-

=0;

3-

=

(

)

(7)

通过该控制方程可以求解水凝胶材料在压力下的形变。由于在实际过程中无量纲弹性模量、预溶胀拉伸比和化学势的测量方法较为困难,本文通过有限元逆向法的方法获取这些参数。

(8)

大部分水凝胶材料参数测量方法复杂且难以保证精度,考虑到优化算法的高计算量,使用三维模型优化材料参数会遇到时间久、鲁棒性差等计算问题。琼脂糖水凝胶为各向同性材料,在

方向任意截面各节点位移情况相同,所以选取模型

方向任意截面进行计算

,简化模型如图10所示,其中1、2界面为对称面。模型尺寸为10 mm×10 mm,该模型由三角形单元组成和4个边界组成,其中化学边界条件如下

采用粒子群优化算法(PSO)优化循环有限元程序,通过Python实现,多次迭代后参数变化趋于稳定,参数识别示意图如图11所示。

随着社会的发展和时代的进步，我国的水泥企业正逐渐与国际接轨，大量外资产品和服务的不断涌入，给我国水泥企业带来了前所未有的巨大挑战。我国的水泥企业面临着很多问题，例如如何改善水泥质量，怎样从根本上提升整体服务质量、改变传统的经营理念等。要想解决好这些问题，就必须实施企业资源规划(Enterprise Resource Planning，ERP)。将ERP与工程项目管理相互结合、整合利用，可以使企业运行集成化、管理持续化，实现对有限资源的合理利用和开发。

3.3 验证试验

通过改变载荷,进行了3组验证试验,将试验结果与采用循环优化后的材料参数得到的仿真结果进行对比,如图12所示。由图12可知,仿真得到的前100 s应变小于试验结果,但后期100～500 s的仿真结果与试验吻合较好,最终蠕变应变结果和试验结果比较接近。结合蠕变试验表现出的统计学规律,可以预测琼脂糖水凝胶在不同恒定载荷下的介质释放规律。

4 结 论

(1)含透明质酸琼脂糖水凝胶在恒定压力作用下,会持续释放内部所包含的透明质酸溶液,在压力卸去之后则会产生类蠕变的恢复;在压力没有达到破坏琼脂糖水凝胶网络结构的前提下,这种压缩释放,卸压恢复的行为可以多次循环。

使用胺碘酮（生产厂家：法国Sanofi-Aventis France；国药准字：H20120496）进行静脉注射，首次注射剂量为150 mg，注射方法为10 min内静脉推注完成。在注射过程中，对患者的临床症状进行观察，若患者出现窦性心律，则应停止注射，改为口服药物进行治疗。若患者在注射后无明显效果，在时长约15 min的观察之后，追加注射150 mg，同时还需确保24 h内的总剂量为600～900 mg[2]。

(2)琼脂糖水凝胶在压力作用下内部介质释放速率随压力载荷非线性增大;在压挤过程中释放的内部介质体积与蠕变应变呈线性关系。

总而言之，我国国库集中支付制度推广了十几年，这项制度对高校财务管理造成了较大影响，有利于高校财务管理体系的构建。从当前情况来看，很多高校在财务管理系统方面仍不够完善，在未来的发展中，高校领导要转变观念，充分认识到国库集中支付制度的优点、注重高校内部预算管理的科学化、优化财务管理组织机构、建立完善的财务信息管理系统、拓宽办学资金来源，以高校国库集中支付给财务管理制度带来的变化为出发点，强化自身财务管理体系的构建，实现高校的正常运行和教育目的。

利用不同气候因子与科尔沁沙地植物物种丰富度进行一元回归分析，结果显示(图3)，科尔沁沙地物种丰富度格局与能量因子中的年均温度(MAT)、潜在蒸散量(PET)、最热月均温(MTCM)、最冷月均温(MTCM)呈极显著负相关(P < 0.001)，与水分亏缺(WD)、湿润指数(MI)呈极显著正相关(P < 0.001)。

(3)水凝胶耦合扩散和大变形理论能较好地模拟琼脂糖水凝胶在恒定压力下的蠕变缓释行为,可有效预测水凝胶的蠕变量,并通过经验公式得出水凝胶内部介质缓释质量。该理论可作为琼脂糖水凝胶有限元结构仿真的基础,对未来水凝胶作为关节囊实现人工关节定量润滑具有理论指导意义。

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