量比的应用精品(七篇)
时间：2023-05-23 16:22:25
序论：写作是一种深度的自我表达。它要求我们深入探索自己的思想和情感，挖掘那些隐藏在内心深处的真相，好投稿为您带来了七篇量比的应用范文，愿它们成为您写作过程中的灵感催化剂，助力您的创作。
篇(1)
关键词：悬挂建筑，振动分析，参数优化
1. 前言
调频质量阻尼 (Tuned Mass Damper，TMD) 系统已在结构振动控制方面得到广泛应用。在高层建筑结构中，根据TMD的原理，将部分楼层悬挂于主结构上，形成悬挂建筑结构[1]。这种利用一部分结构悬挂，达到振动控制目的的结构体系，可以称为悬挂建筑减振体系[2-5]，其主要特点是把整个建筑结构设计成一个大型的减振器，如图1，悬挂楼层被设计为一个整体，简化为集中质量m2，而支撑悬挂楼层的主结构以及悬挂转换层结构可以简化为集中质量m1，图2中k1及c1表示主结构的刚度及阻尼系数，k2及c2表示悬挂楼层的总抗侧刚度及阻尼系数。
2. 上部结构振动分析与讨论
在沿海或者风区，悬挂建筑结构将会受到频繁的作用于地面以上结构（简称上部结构）的动力作用。可以假定该动力作用为谐振力，且悬挂建筑主结构与悬挂楼层直接承受的谐载幅值与其各自的质量成正比，因此，可以写作
，（1）
其中，质量矩阵、阻尼矩阵及刚度矩阵分别为
；；
；
令，，，，质量比，结构调谐比，激励频率比；且令，则，
，其中，是相对加速度频率响应函数向量，代入式（1）可以得到
() （2）式（2）也可以写作 ，其中，
，
。
然后，采用Den Hartog方法对进行参数优化，可以得到最优化的结构调谐比和悬挂楼层阻尼比，如下
（3）（4）
为了考察次结构的动力优化效果，将上面得到的条件下的优化参数式（3）、（4）代入，取模后即得到优化频率响应，仅与和有关。取为0.15、0.50、1.0、2.0等四种情况，悬挂楼层的加速度优化频率响应如图2所示。其中，=0.15时的峰值相当于其它情况下的3倍以上，说明小悬挂质量比的悬挂楼层结构动力响应比大悬挂质量比的要大得多。
图2 =0时悬挂楼层加速度优化频率响应
将主结构无阻尼条件下（ξ1=0）得到的最优参数作为可行解应用于实际主结构有阻尼的悬挂结构，假设ξ1=0.05，同样，取μ为0.15、0.50、1.0、2.0等四种情况。与地震动作用下的响应类似，主结构阻尼增大时，加速度响应峰值减小，μ =0.15时的峰值相当于其它情况下的大约2倍以上，优化效果有一定地削弱，如图3所示。但是，在一般的悬挂建筑结构中，采用无阻尼的优化参数近似分析有阻尼的情况是可以满足工程要求的。
图3 = 0.05时悬挂楼层加速度优化频率响应
根据图3，可以发现，经过优化设计后的悬挂楼层结构（悬挂质量比通常大于1.0）的加速度动力响应比较均匀，没有随着激振频率比的变化而大起大落，特别是在悬挂建筑上部结构受到谐载激励的优化分析中，悬挂楼层结构的动力响比较小，仅在0.5
3. 结论
本文介绍了悬挂建筑减振体系及其基本组成，采用二自由度运动方程，对单段悬挂建筑上部结构在谐振动激励下的悬挂楼层的动力性能进行了较为详细的分析。其中，考察了在悬挂主结构无阻尼（=0）和有阻尼（=0.05）条件下，随着悬挂质量比和激励频率比的变化，悬挂楼层结构的动力响应。计算表明，在主结构无阻尼，且大的
根据图3，可以发现，经过优化设计后的悬挂楼层结构（悬挂质量比通常大于1.0）的加速度动力响应比较均匀，没有随着激振频率比的变化而大起大落，特别是在悬挂建筑上部结构受到谐载激励的优化分析中，悬挂楼层结构的动力响比较小，仅在0.5
3. 结论
本文介绍了悬挂建筑减振体系及其基本组成，采用二自由度运动方程，对单段悬挂建筑上部结构在谐振动激励下的悬挂楼层的动力性能进行了较为详细的分析。其中，考察了在悬挂主结构无阻尼（=0）和有阻尼（=0.05）条件下，随着悬挂质量比和激励频率比的变化，悬挂楼层结构的动力响应。计算表明，在主结构无阻尼，且大的悬挂质量比的情况下，悬挂楼层结构的加速度响应为小的悬挂质量比的三分之一以下；若是主结构有阻尼，则大的悬挂质量比情况下的悬挂楼层结构的加速度响应为小的悬挂质量比的大约一半以下。结果表明，经过优化设计的悬挂建筑，其悬挂楼层结构在作用于其上部结构的动荷载激励下，具有较好的减振性能，可以作为沿海或者强风区的推荐建筑结构形式。
参考文献：
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[4]涂永明，吕志涛，张继文，陈杰，钱洋.核筒悬挂建筑减振体系主结构的抗侧性能[J]. 工业建筑，2008，38(12)：49-53.
篇(2)
关键词：岩土工程；饱和黏弹性土；耦合振动；Novak平面应变模型；参数研究
中图分类号：TU435文献标识码： A 文章编号：
Longitudinal Vibrations of a Single Pile in Saturated Viscoelastic Soil
Tao JialiLai Jiaqi
（Department of Civil Engineering, Shanghai University, Shanghai200072）
Abstract: Based on Biot’s theory, the longitudinal vibrations of a single pile in saturated viscoelastic soil are investigated in the frequency domain subject to the harmonic load. By the Novak plane strain model, the control equations for the saturated viscoelastic soil are derived. Regarding the pile as the one-dimensional rod model, the vibration equation of the pile is established. Based on the continuity conditions of the pile and soil, the dynamic stiffness and dynamic damping of the pile top are obtained. It is compared with the solution for Novak, and the influences of different physical parameters of the pile and soil on the longitudinal vibrations of the soil and pile system are examined. It is shown that the dynamic characteristics of the pile in the dry soil and in the saturated soil have some different; the resonance effect of dynamic stiffness factor and equivalent damping is obvious weakening with ratio of the length to radius of the pile increasing. The resonance effect and natural frequency are increasing when the modulus ratio of the pile to soil increases; the interaction coefficient of the flow-solid and the damping ratio of soil skeleton have few influences on the responses.
Key words: Geotechnical Engineering; saturated viscoelastic soil; coupled vibration; Novak plane strain model; parameters study
0 引 言
基桩的竖向振动理论在高层建筑物、动力基础、海岸结构等工程领域得到广泛运用。它在结构的抗震设计以及桩基动力检测等工作中具有十分现实的意义[1]。目前，关于单相理想土体中桩的振动特性研究已较为成熟。但这些研究与实际工程相差甚远，自然界中广泛分布的软黏土，以饱和土模型来研究更为合理。
为此，李强等[2]借助Laplace变换技术和位移势函数等数学手段得到了饱和土中端承桩顶的复刚度，并讨论了饱和土和桩参数对动态刚度和等效阻尼的影响。在此基础上，又建立了非完全黏结条件下饱和土中桩的竖向振动模型，并推导了相关频域和时域解析解[3]。Wang Jianhua等[4]借助Hankel变换对半空间饱和土中各种类型群桩的动力响应进行了研究，并考察了长径比等参数对群桩的轴向力和孔压的影响。Zhou Xianglian等[5]研究了半空间饱和土中桩的瞬态响应，利用Fourier变换技术得到了相关时域解。Cai Yuanqiang等[6]采用Fourier-Bessel方法研究了弹性波对饱和土中弹性排桩的散射问题，讨论了桩的刚度和土体渗透性系数的影响。刘林超和杨骁[7,8]采用多孔介质理论在三维坐标下研究了饱和黏弹性土中一维弹性桩的纵向振动特性。Yang Xiao和Pan Yuan[9]将桩等效为三维均匀弹性介质，研究了竖向简谐荷载作用下饱和黏弹性土层中端承桩的纵向振动特性，分析了桩土参数对动刚度和等效阻尼的影响。杨冬英等[10]研究了三维非均质土中变截面黏弹性桩的纵向耦合振动。然而，上述都采用三维模型来研究饱和土中桩的振动特性。由于三维模型的偏微分方程较为复杂，必须借助各种数学手段对此进行求解，从而导致该模型难以为工程设计人员所接受。因此，Novak等[11-13]建立的平面应变模型及其演化形式得到了广泛应用。尚守平等[14-15]将Novak薄层法应用于饱和土中桩的水平振动研究中，并讨论了渗透系数、桩土模量比等对单桩水平、摇摆及水平-摇摆耦合振动阻抗的影响。
鉴于现状，本文将土体和桩分别视为液固两相耦合介质和一维弹性杆件模型，采用Novak平面应变模型，并根据桩土连续性条件，求解得到了饱和黏弹性土中桩顶的复刚度。在此基础上，与Novak解进行了对比，同时讨论了桩土各参数对桩顶动态刚度和等效阻尼的影响。
1 数学模型
1.1 三维数学模型
如图1所示，厚度为的饱和黏弹性土中有一半径为的端承桩。其上部作用一圆频率为的简谐激振力。桩周土对桩身单位侧摩擦阻力为。土体的总密度和剪切模量分别为和。将桩周土视为饱和液固两相耦合介质且考虑土骨架的黏性。桩土系统稳态振动为小变形，且完全紧密接触，无相对滑移，即桩土界面处满足位移和应力连续。桩底部为刚性地基；桩等效为一维圆形弹性杆件模型。
图1 三维端承桩计算模型
Fig1. Three-dimensional calculation model for the end bearing pile
对于三维轴对称问题，根据Biot理论，土体在动力荷载作用下的运动方程为[16]
(1)
(2)
(3)
(4)
式中，，，；和分别表示土骨架位移和流体相对于固相的位移；，为孔隙率，为土骨架与孔隙流体的相互作用系数，为流体黏滞系数，为渗透系数；分别为流体和土颗粒的材料密度，；，和为土骨架的拉梅常数。为表征土颗粒及流体压缩性的系数。
1.2 平面应变模型
图2 平面应变计算模型
Fig2. The computational model for plane strain
采用Novak平面应变模型来解决饱和黏弹性土体的纵向振动问题时，建立如图2计算模型。假设桩周土不产生径向和切向位移，且纵向振动位移与坐标Z无关，即满足如下关系：
(5)
2 饱和黏弹性土层纵向振动
利用平面应变假设条件式(5)，式(1)—(4)可简化为
(6)
(7)
对于稳态振动，设，并引入如下无量纲量和常数：
(8)
其中，为剪切波速。
利用式(10)，式(6)、(7)可化为：
(9)
(10)
将式(10)代入式(9)，可得
(11)
其中，，。
式(15)可易解得：
(12)
其中，为待定系数；为第一类和第二类零阶虚宗量贝塞尔函数。
根据贝塞尔函数的性质，当很大时，有
(13)
(14)
于是，式(12)中，，即
(15)
利用式(15)，土体的无量纲剪应力为
(16)
因此，在处的剪应力为
(17)
3 端承桩纵向振动
将桩等效为一维弹性Eluer杆件处理；在动力荷载下桩竖向振动的运动方程为
(18)
其中，
对于稳态振动，记桩的竖向位移为，则式(18)可化为
(19)
其中，
根据桩土界面处连续性条件，可知：
(20)
利用式(20)，式(19)可化为
(21)
式(21)解得:
(22)
其中，为待定系数。
假定初始时刻桩土系统静止，且满足无量纲后的边界条件：
(23)
式中，
结合边界条件式(23)，求得待定系数的具体表达式后，可得：
(24)
因此，无量纲动力复刚度为：
(25)
4 与已有解析解对比分析
Novak[10]研究了单相黏弹性土中端承桩的纵向振动特性。将本文计算结果中令流体密度，此时，即可退化为Novak的结果。为了验证本文结果的正确性，本文与Novak解进行了对比。据文献[2,11]，参数取值：，，，，桩顶复刚度的实部代表桩的动刚度，虚部为动阻尼，采用动刚度因子(为静刚度)代替桩的动刚度，等效黏土阻尼代替动阻尼。图3给出了在的频率范围内文献[11]、本文及饱和弹性土中桩顶的复刚度随频率的变化曲线。可见，在稳态振动时，饱和弹性土中桩顶动态刚度和等效阻尼的振荡幅度最大，随着阻尼比的增加，而略有减小；Novak得到的单相黏弹性介质中桩的复刚度较小。这是因为孔隙中存在流体，流体和土骨架相互作用所导致的，但文献[2]得到的饱和土中桩的振动特性与单相中桩的振动特性差异较大，这是由于本文采用的Novak薄层法忽略了孔隙水压力的影响。文献[14]忽略水的惯性效应，研究了饱和土中桩的水平振动特性。图4比较了有无惯性效应时饱和黏弹性中桩顶复刚度的差异。可见，在低频条件下两种情况时桩顶复刚度几乎一致，但随着频率的增加，考虑水惯性效应的饱和黏弹性土中桩顶复刚度明显要大。
(a) 动态刚度随频率的变化曲线(b) 等效阻尼随频率的变化曲线
图3 本文解、Novak解桩顶复刚度的对比分析
Fig3. Comparison of pile complex stiffness between solutions for this paper and Novak
(a) 动态刚度随频率的变化曲线(b) 等效阻尼随频率的变化曲线
图4 有无水惯性效应时桩顶复刚度的对比分析
Fig4. Comparison of pile complex stiffness with or without inertial effect
5 数值结果分析
考察了长径比、桩土模量比、流固相互作用系数、材料密度比、阻尼比对饱和黏弹性土中桩顶复刚度的影响。图5表示桩的长径比变化对桩顶复刚度的影响曲线。其余参数仍按上述取值，可见，随着长径比的增加，动态刚度和等效阻尼的振幅和波长都明显减小，且对于大直径端承桩而言，动刚度因子和等效阻尼在基频处明显存在共振现象。随着频率的增加，动态刚度因子的振动幅度逐渐增大，而等效阻尼的振幅不变。
(a) 动态刚度随频率的变化曲线(b) 等效阻尼随频率的变化曲线
图5 长径比对桩顶复刚度的影响
Fig5. Influence of length-diameter ratio on pile complex stiffness
图6 模量比对桩顶复刚度的影响
Fig6. Influence of modulus ratio on pile complex stiffness
图6反映了桩顶动态刚度因子与等效阻尼在三种不同模量比的条件下的影响曲线。其余参数按上述取值，随着模量比的增加，动态刚度因子和等效阻尼的振荡幅度和波长都有所增大，而当模量比时对动态刚度影响较小。这里表明：桩周土越软，振幅和基频也相应增大。
图7表示改变液固相互作用系数对桩顶动刚度因子和等效阻尼的影响，按上述参数取值。可见，随着的增加，动刚度因子和动阻尼的振幅都有所减小。这是因为增大时，土体的渗透性降低所导致的。当为无穷大时，饱和黏弹性土体处于封闭状态，而引起土体的阻抗减小。
图8反映桩材料密度和土体总密度的比值对动刚度因子和等效阻尼的影响。其余参数按上述取值。可见，材料密度比对动刚度和动阻尼有很大影响。随着材料密度比的增大，桩顶复刚度的振幅逐渐增大，共振效应明显增强。
图7 流固相互作用系数对桩顶复刚度的影响
Fig7. Influence of interaction coefficient of fluid-solid on pile complex stiffness
图8 材料密度比对桩顶复刚度的影响
Fig8. Influence of material density ratio on pile complex stiffness
图9 阻尼比对桩顶复刚度的影响
Fig9. Influence of damping ratio on pile complex stiffness
图9反映土骨架的阻尼比对桩顶动态刚度因子与等效阻尼的影响。仍按上述参数取值，可见，随着阻尼比的增大，动刚度和动阻尼略有减小，但阻尼比对桩顶复刚度影响较弱。
6 结论
本文在频率域内研究了周期荷载作用下饱和黏弹性土中端承桩纵向耦合振动特性。得到了如下结论：
随着长径比的增加，饱和黏弹性土中桩顶复刚度的振幅和波长都明显减小，且对于大直径端承桩而言，动刚度因子和等效阻尼在基频处明显存在共振现象。
随着桩土模量比的增加，动刚度因子和等效阻尼的振荡幅度和波长都有所增大，而当模量比增大到一定程度时对动态刚度影响较小。
随着液固相互作用系数的增加，土体的渗透性降低，动刚度因子和动阻尼的振幅都略有减小。
随着桩土材料密度比的增加，桩顶复刚度的振幅逐渐增大，共振效应明显增强。
参考文献
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篇(3)
关键词 高技术纤维材料；纳米纤维；航天航空
中图分类号V25 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2013）98-0190-02
复合材料在飞机的应用范围和水平已经成为对评价飞机先进性的重要指标。与产业用材或其他民用材料相比，对航空用复合材料的要求更加苛刻，主要表现有以下几点：1）在要求最轻质量的前提下要保证其具备高模量、高强度；2）能够稳定使用于各种苛刻的环境条件下，比如耐热性、耐水性、耐溶剂性等；3）能够在苛刻的成型条件要求下进行复合加工；4）品种繁多，但同一品种产量少，成本高。不管是哪一种高技术纤维，都属于技术密集且投资巨大的原料产品，虽然无法和一般纺织用纤维的销售量相比，但是在航空业中却起着其他材料不可代替的作用。
1 使用纳米纤维过滤介质的航天器再循环水处理系统
作为地球上最宝贵的资源之一，水在航天器上显得尤为珍贵，据测算飞行器运行于低地球轨道水的成本大约为2.19万美元/L。在上述前提下，应运而生了Disruptor纳米纤维过滤介质的净化技术，其可以把航天员的汗液和尿液经过经过成为饮用水，以供给航天员在飞行过程中的用水。
Disruptor的过滤介质采用了纳米纤维，其构成主要是在金属网或细旦玻璃纤维网上下位附着氧化铝纳米，Disruptor拥有非常良好的过滤性能，如果采用单层结构进行水过滤功能，可去除99.99%的直径0.025μm的粒子；如果采用三层结构进行水过滤功能，对相同直径粒子，其去除率甚至可高达99.9999%。采用了纳米纤维的过滤介质不仅可以去除存在于水中的病毒，还可以对DNA（脱氧核糖核酸）和RNA（核糖核酸）进行稳定吸收。
2 使用碳纳米纤维符合材料的锂离子电池电极
锂电池电极经过NASA航天电池研究团队多年研究后制造得出，所采用的就是硅晶须与CNF的复合材料。其中CNF是采用单丝直径在100到200nm之间，纤维长度在30到100μm之间。其所选用的是Pyrograf型碳纳米纤维。硅晶须使用VLS方法包覆在CNF上。VLS要经过一定的处理过程，在500摄氏度、30Torr的压力环境下，将四氢化硅混合气体的流速严格控制为每分钟80mL，反应时间大约可设定为十分钟。锂离子电池的最高容量可达到1000mAh/g。除此之外，美国斯坦福大学历经了多年研究开发出了中空CNF符合材料的锂离子电池阴极材料，即在中空的CNF内壁灌封硫化物，让电池能够尽可能多地搜集多硫化物。这种电池的容量经实验显示会更加高，可达1673mAh/g，其电化学循环特性也是比较良好的。
3 高强力/重量比纤维材料在航天领域的应用
经测算可知，目前在地球轨道送入一颗卫星大约需要2万美元/磅的成本，在美国航天飞机升空大约需1万美元/磅的成本。在此巨额成本消耗前提下，就需要研究新材料和技术以完成保证航天器性能下功耗成本的降低，近年来高强力/重量比的工程纤维成为高技术纤维开发的热点，这与其可以有效减轻航天器的重量有很大的关系。这些高强力/重量比纤维材料也具备相关的技术特点：1）聚合物材料的玻璃化转变温度为90摄氏度；2）克重≥100g/㎡；3）若纤维材料使用时间超过5年，其保持率>85%；4）就纤维来讲，其强力与重量比≤1000；
目前研究的高强力/重量比的纤维主要设计有液晶纤维、聚对苯撑并双恶唑、超高分子量聚乙烯和芳香族聚酰胺等。其产品可以分为轻质挠性复合材料、中厚型挠性复合材料和重型挠性复合材料三个系列。超高分子量聚乙烯和聚对苯撑柄双恶唑纤维的强力/密度比是相当良好的，就强力/密度比而言，超高分子量聚乙烯为3.4，聚对苯撑并双恶唑为3.8；就模量/密度而言，超高分子量聚乙烯为53.2，聚对苯撑并双恶唑为114.4。虽然其他复合材料的强力/密度比没有前两类高，但是也举杯高性能纤维的基本特征。就重型挠性复合材料来讲，其具有强力高、伸长低、抗撕裂能力良好和高抗破坏性冲击等优良性能，多用于可充气压力构筑物、大型汽艇和挠性压力舱中。
4 碳纤维增强的复合材料材料在航天领域的应用
碳纤维是把有机纤维进行碳化和石墨化处理后而获得的微晶石墨型材料。其中在航空上主要应用到的是由碳纤维与环氧树脂结合形成的复合材料，它具有比重小、强度高、刚性好、密度低、非氧化的条件下能耐超高温以及X射线的透过性很好等优势。在航天器构建的制作中得到广泛的应用，在应用中可以减轻航天器的重量，这样每减轻1公斤，运载火箭就可以减轻500公斤。因此，这种材料的应用大大减轻了航天器的负担。譬如美国航天飞机的3只火箭推进器关键部件以及先进的MX导弹发射管等构件，都是利用碳纤维的复合材料制作的。
5 纺织材料在航空领域的应用
纺织材料在航空领域主要应用于降落伞、以及航天员的个体防护装备等方面。主要的纤维材料有天然的纤维如棉、蚕丝以及麻等；涤纶、芳纶、锦纶和高强度聚乙烯等材料。其中这些材料都具有密度小、抗老化、防辐射、耐高温、拉伸率高、防水、保温等优势，这样的材料用来制作降落伞、航天员个体装备可以帮助航天员有效的适应太空高辐射等环境，同时能够起到很好的保护作用。其中在降落伞、航天员的个体装备主要应用的就是锦纶、芳纶以及高强度的聚乙烯材料。
6 结论
航空航天工业对技术要求非常高，虽然其风险和投入都较高，但是也具备巨大的经济效益，也体现了其重大的军事价值。我国作为航天工业大国，有必要承担起提供高性能纤维及其复合材料的重任。加大对高技术纤维材料的开发与利用，制造出更多品种、性能更好的材料，并广泛的应用于航天、军事领域，并通过突破技术障碍、提高材料的应用性来实行大规模生产与应用，形成材料的市场化。这样不仅能够促进我国航天领域和军事领域的发展，同时能够解决原材料短缺的问题，在一定程度上能够带来很大的经济效益，促进经济的发展。因此，今后要加大对高技术纤维材料的研发并广泛应用于航天等领域，为航天事业做贡献。
参考文献
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篇(4)
一、应充分认识到两种粒子物质的量换算关系的计算价值
大家都知道初中化学计算以质量为中心，高中应构建以物质的量为中心的计算体系。物质的量在高中化学计算中的中心地位体现在哪些方面呢？我认为主要体现在两个方面：首先体现在物质的量处于同一种粒子不同量换算关系网络的中心，这是大家所熟知的；其次体现在物质的量之比是两种粒子各种换算关系的中心。即两种粒子的换算关系无论是同种量之比，如质量之比、气体体积之比（同温同压下）以及溶质与对应离子的物质的量浓度之比（同一溶液中）等，还是不同种量之比，如物质的量与质量之比、质量与气体体积（标准状况）之比，等等，都可以在物质的量之比基础上推算得出。同时，由于物质的量之比在既定两种粒子的各种换算关系中数值最小、计算最便捷，导致物质的量之比成为换算关系运用的主流形式。高中化学计算究其本质主要是两种不同粒子之间的计算，正确构建两种粒子的量关系是进行两种不同粒子量之间换算的桥梁和关键。由此可见，正确构建两种粒子（或物质）之间物质的量换算关系在化学计算中起着至关重要的作用。
二、掌握构建两种粒子物质的量换算关系的基本方法
在人教版初中化学中，化学式和化学方程式的定量意义可用微观粒子个数和宏观质量两种量揭示。实际计算中，没有单纯利用粒子个数关系进行的计算，主要是依据化学式和化学方程式中蕴藏的两种粒子质量关系进行的计算。但提取出粒子个数关系是推算质量关系的基础和必经之路（事实上物质的量关系在其中起桥梁作用）。由此可见，有关化学式和化学方程式的计算虽然用到的是质量关系，但离不开粒子个数关系的奠基。
中学化学计算体系中，计量粒子数目多少的方式有两种：一种是以单个的方式来计量叫粒子个数，习惯上称为粒子数；另一种是以集合体的方式来计量叫物质的量，并且两者之间存在固定的换算关系即阿伏加德罗常数。由此可知，在一定情形下如化学式或化学方程式等一定时，只要同时采用相同的计量方式，其中任意两种不同粒子的数目关系就一定，即在一定情形下，任意两种不同粒子的粒子个数之比等于物质的量之比。而平时从定量的角度认识物质的构成及其发生的化学变化，往往从微观粒子之间的个数关系着手，并且在微粒之间的多种量关系中个数关系涉及的知识最基础、数据最简单、得出最方便。因此，首先从化学式或化学方程式等条件中提取出粒子个数关系，进而转化为物质的量关系，是构建两种粒子物质的量换算关系的基本方法和主要途径。
三、精心设计构建两种粒子物质的量换算关系的起始形成教学
1. 起始形成教学中存在的问题
无论是从人教版、苏教版和鲁教版这三种新教材的编排来看，还是从实际教学的安排来看，关于两种不同粒子的个数之比等于物质的量之比这一结论的起始形成与运用教学，基本上都安排在“阿伏加德罗常数”之后、“摩尔质量”之前，而且都是以化学式作为研究对象，即本质上把物质的量应用于化学式的计算教学作为粒子个数之比等于物质的量之比这一结论的起始教学。但从实际教学过程与效果来看，这部分教学内容的选择、组织以及安排等方面还存在不少问题，致使教学效果不够理想。那么现行物质的量应用于化学式的计算教学究竟存在哪些问题？经归纳后得出问题主要有：
（1）物质的量应用于化学式计算的教学隐性化
很多教师把物质的量应用于化学式的计算教学，与物质的量与粒子个数的换算教学混杂在一起，并隐藏于其中，导致为形成物质的量与粒子个数换算公式所举的例证类型不单一，严重干扰了物质的量与粒子个数换算公式的自然生成。同时由于物质的量应用于化学式的计算教学环节没有在教学中单列凸显，导致学生对物质的量应用于化学式的计算内容认识模糊、肤浅。
（2）忽视结论的起始形成教学
有的教师把由物质的量与粒子个数换算公式推导出的粒子个数之比等于物质的量之比（同种粒子），直接用于化学式的计算（不同种粒子之间），学生感到非常突兀。缺失结论粒子个数之比等于物质的量之比的形成教学，必然致使学生对结论缺乏透彻全面的理解，运用难以灵活自如。事实上物质的量用于化学式的计算依据虽然表述与前者相同，但形成过程以及适用范围是不同的。
2. 立足教材解决问题的方法
那么立足教材现状如何解决实际教学存在的主要问题呢？笔者认为，应把物质的量应用于化学式的计算教学，与物质的量应用于化学方程式的计算教学同等对待，进行主题显性化教学。这样做不仅可有效解决问题，而且可促进相关计算整体教学效果的提升。具体做法如下。
（1）通过比较吃透教材
如果围绕研究主题对三种教材先逐一分析再进行比较将发现，尽管三种教材正文对物质的量应用于化学式的计算内容处理方式与编排内容各不相同，如苏教版凸显结论粒子个数比等于物质的量比在化学式计算中的应用，鲁教版凸显结论粒子个数比等于物质的量比的形成过程，人教版保持了老教材原有省略的做法；但共同点是正文末尾的习题中都安排了相关习题。这些事实充分说明了三种教材都一致认为物质的量应用于化学式计算教学的必要性和重要性。事实上，物质的量应用于化学式的计算与物质的量应用于化学方程式的计算同等重要，两者是高中化学计算中的两种重要的基础性计算类型。
（2）运用整合设计教学
如何进行物质的量应用于化学式计算的起始教学呢？由于单一粒子物质的量与粒子个数的换算与物质的量应用于化学式的计算是两类不同的计算，宜应采用先分类后综合的教学策略。分类教学显然先单一粒子物质的量与粒子个数换算后物质的量应用于化学式的计算。下面就围绕物质的量应用于化学式计算的起始教学设计这一主题将自己实践与思考介绍如下。
①从物质的量的视角认识化学式结论的形成教学
从三种教材的编排来看，只有鲁教版呈现了引导学生从物质的量视角认识化学式获取新认识的过程。鲁教版旨在用“图”引导学生运用刚学的物质的量与粒子个数的换算关系，以及初三所学化学式的微观定量意义，通过自主、探究和合作的学习方式解决问题。但“图”中由于采用了3个可逆符号，导致推导线路思路不明确、难分辨。为此，实际教学时，笔者将“图”中可逆符号换成单向箭头符号，并将水分子个数由已知还原为未知。改进后的“图”为：
不难看出，改进后的“图”较原图问题指向明确，解决问题线路清晰。然而实际教学中如何用“图”效果好呢？教学实践表明，教学中可先不提供“图”，而让学生充分思考：1molH2O中有多少mol的H，多少mol的O？当独立想到上“图”思路的学生介绍后，再投影改进后的“图”。这样做能有效激活学生的思维，更好地落实新课程理念。同时教师逐步板书：
H2O——2H——O
粒子个数之比 1 ∶ 2 ∶ 1
物质的量之比 1mol ∶ 2mol ∶1mol
引导学生得出结论：对于任意两种粒子，粒子个数之比等于物质的量之比。
②结论的应用教学
化学式主要包含共价分子的分子式，离子化合物的化学式以及复杂离子的离子符号等。物质的量应用于化学式计算的基本类型，从已知与未知粒子的大小差异来细分，主要包括由大粒子（整体）求小粒子（部分）和由小粒子（部分）反求大粒子（整体）两种涉及物质的量计算的类型。为了提高结论应用教学的有效性，必须加强练习选择的针对性和组织的层次性。具体习题分层安排如下：
题组I（运用化学式中任意两种粒子个数比等于物质的量比的计算）
⒈5mol CO2含有 mol C， mol O。
⒉把1mol Al2（SO4）3溶解于水后，溶液中有
mol Al3+，有 mol ■。
⒊ mol Fe3O4中含有1mol O，含有 mol Fe。
题组II（运用同种粒子物质的量与粒子个数换算关系以及化学式中任意两种粒子个数比等于物质的量比的综合计算）
⒈1mol NaCl中的氯离子数 。
⒉1mol H2SO4中的氧原子数 。
⒊0.1mol ■中含有 N，含有 个H。
⒋ mol Al2O3中含有6.02×1023个Al原子。
题组III（依据粒子个数比等于物质的量比运用化归方法的计算）
⒈3mol O2和2mol O3中分子个数比是 ，原子个数比是 。
⒉5mol O2、1mol N2、2mol H2中含分子数由大到小的顺序是 。
⒊ mol CO2中含有的氧原子数跟1.806×1024个H2O分子中含有的氧原子数相同。
这里只是物质的量应用于化学式计算的起始教学，事实上物质的量应用于化学式的计算以及结论粒子个数之比等于物质的量之比应用范围都很广，为提高计算教学的整体效果，应采用整体规划统筹安排分步实施的策略。
四、充分重视两种粒子物质的量换算关系构建方法的训练环节
篇(5)
关键词：路面水泥混凝土配合比设计优化
中图分类号：TV331文献标识码： A
路面水泥混凝土配合比设计具体指混凝土材料间比例的关系，一般以每立方米的混凝土内材料质量表示，有时以材料实际用量比例来表示，一般将水泥比例设计为1。在水泥混凝土进行配合比设计试验时，通过假定的公式和密度，通过多次反复的试验和调整，直到选出最佳的配合比，方可在实际路面施工时使用。路面施工应用水泥混凝土既需要混凝土有着极强的抗压强度，还要有极强的抗折强度，要保持干缩性小与耐久性强的优势。现阶段，我国路面施工一般使用抗压强度作为混凝土设计施工的技术指标。很多城市的路面板厚计算是按照抗折的强度进行的，所以，一定要进行适当的混凝土配合比，才能使路面抗折强度的指标设计更合理。
一、路面水泥混凝土配比设计的试验
1、混凝土强度的试配
为了更好的实现混凝土的抗折强度和耐久性，使路面施工具有简便的操作，使施工成本有效的节约，可以对水灰比和单位用水量、含砂率等参数进行更好的计算和配比。对混凝土中的水泥和砂、掺合料等材料的实际用量，都进行配比和论述。
按照混凝土规定标号，保证混凝土强度的统计标准，对混凝土试配的强度进行计算，一般使用标准的差时：
=+（1）
=R/（1-）（2）
Λ是保证系数，一般要按照公路的等级选取，见表1。
b是强度的标准差，可以根据不同地区的实际情况进行选择，见表2[1]。
R是路面混凝土设计的抗折强度。是一般设计中对混凝土规定的标号。
则是变异的系数，一般要按照历史资料进行统计和计算[2]。
表1：保证率的系数
表2：混凝土的强度标准差（Mpa）
2、水灰比的试验配比
水灰比的大小和混凝土的强度有着十分密切的关系，所以，一定要选择适当的水灰比配比，一般计算公式为：
W/C=A+B ） (3)
A指的是系数，当骨料选择碎石，可以取0.46的系数，如果选择卵石，要选择0.48的系数。
B指的是系数，当骨料选择碎石，可以取0.52的系数，如果选择卵石，可以取0.61的系数[3]。
指的是水泥实际施工中的抗压强度。
3、单位用水量的影响
路面水泥混凝土用水量在施工中受很多因素的影响，石子品种和料径、砂粗细的程度都会影响水泥混凝土的用水量，而不同材料有着不同的含水量，可以根据不同的参数进行选择，可以更好的配比混凝土用水量，经过试验和配比，确定混凝土实际的施工用水量。如果使用减水剂，也会影响混凝土的用水量[4]。
4、含砂率对的试验配比
含砂率大小会直接影响混凝土工作的性能，使混凝土的强度和密度和耐久度都有很大的影响。一般集料松散的容量和石子空隙率都会影响砂率，在砂率实际的配比试验中，要通过混凝土的砂率表进行选择，各种精中砂和掺合料的影响都要进行有效的调整，而砂率的计算为：
=a ・(P/)×100% （4）
是砂率，而是砂密度 kg/
5、水泥和掺料的试验配比
为了实现混凝土施工后路面的性能，可以适当在混凝土中添加活性的矿物料，设定矿物料系数为m，混凝土实际掺入的混合料就可以计算为：
M=m
在水泥混凝土的试验配比中使用掺合料，可以有效的降低混凝土材料的成本，为企业减少工程成本，提高经济效益，使企业的竞争力得到提高。
二、优化的路面水泥混凝土配合比设计
通过以上水泥混凝土的配合比试验，可以看出，与传统配合比的设计相比，优化配合比的试验设计具有更多的优势，主要从以下几方面实现[5]。
1、传统的配合经验
根据传统的配合经验进行路面水泥混凝土配合比的确定，这种确定方法是使用传统的确定方法得出的。路面水泥混凝土要实现设计要求的强度，完成规定的使用寿命，可以通过前人的总结并留下来的资料或者经验，对水泥混凝土各分量比例进行确定。对于砂比率和水灰比都可以采用经验查询，表格查询及经验归纳得到具体的计算公式，通过计算，得出水泥混凝土各种配比的用量。而不同砂与不同的水灰都要按照不同的公式进行计算，通过对前人资料的查阅与归纳，将配合比选择的经验进行总结与归纳。而经验配合比还可以进行进一步的试验，将归纳和总结的数据进行修订，将参数进一步完善，使水泥混凝土实现更优化的配比和施工。
2、优化后基准的配合比
基准的配合比发展于经验配合比基础之上，将水泥混凝土和易性作为具体的评判标准，做出配合比的确定。
工作程序可以对经验的配合比进行配制，搅拌后，观察混凝土流动与粘结的情况，而固定的水灰比保持参数的不变，假如试验中流动性不够，可以适当的增加水泥浆，粘结若不够，可以将砂比率改变，最终使混凝土实现设计的需要。
3、按强度的配合比进行混凝土配合比的计算
实验中的材料与实际施工中有很大的不同，大多实验中使用的材料已经过了烘干的处理，并不像实际施工中的材料还存在很多水分，所以，在实际施工中，一定要对强度的配合比进行再次的计算和修改，才能使实际材料在计算中消除水分，而得出最终的水泥混凝土施工配合比。优化之后的水泥混凝土配合比设计的优化研究，与传统经验配合比相比较，具有更科学、更合理的优势，在不同施工环境与不同负载路面，都有不同的施工要求，要进行各不相同的设计，只有这样，才能更好的进行工程建设，保证公路质量[6]。
结束语：
综上所述，我国公路路面在施工中需要使用大量的水泥混凝土，所以在水泥混凝土的配合比设计中，虽然有着十分复杂的操作程序，但是，为了使我国高速公路的施工质量得到保障，使高速公路可以更安全的通行，延长高速公路的使用寿命，在施工前，进行水泥混凝土的配合比设计还是十分必要的。只有按照步骤逐步的操作，进行混凝土的配合比设计，不要一味的应用前人的参数和结果，要尽量根据工程当地的具体情况，进行创新的试验和配合比设计，才能更好的提高混凝土的安全性和可靠性。
参考文献：
[1]李志国.试述影响水泥混凝土配合比设计的因素[J].民营科技，2010，19(4) : 261-262．
[2]房正平，王承荣.路面水泥混凝土配合比设计的优化[J].泰州职业技术学院学报，2009，9(1):63-65．
[3]林训常，黄莉，熊明祥.水泥混凝土配合比设计探讨[J].城市建设2010，12：258-259．
[4]狄吉峰.浅谈路面水泥混凝土的配合比设计[J].内蒙古教育:职教版，2013，3(3):181-182.
篇(6)
关键词:土压力传感器 匹配 误差 有限 模拟实例 分析
中图分类号:TP212.9 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2012)04(c)-0096-01
土压力量测是土木工程技术中的重要内容,是土力学理论和实验研究的一个基本方面,是工程测试中的主要内容之一。大量实际工程间题的解决,常常主要依靠现场土压力直接的量测结果。
由于传感器的物理和力学性质不可能完全相同,传感器必将改变土体中原因的应力场,传感器上感应到的应力和原有应力场有差异。这种因传感器和介质性质差异带来的误差通常称为匹配误差。有试验表明,这种匹配误差可以达到实际值的一倍甚至几倍,对试验结果有至关重要的影响。研究土压力传感器在土体中的工作状态,对传感器的匹配误差进行定性、定量分析,是传感器测试技术重要一环。
本文研究土压力传感器在应用中的性能,主要分析土压力传感器对土介质中应力场的影响,并据此进行的工作误差的分析。具体方法为:针对目前使用较多的双膜活塞式土压力传感器,通过数值模拟及理论分析,了解其工作机理及性状,确定匹配误差较小的土压力传感器几何尺寸、结构形式、模量等参数,对元件设计及使用提出有针对性的建议,并为以后的室内试验提供有价值的参考数据。
1 匹配误差研究方法
传统研究方法包括理论研究和试验研究两方面。
1947年美国水道试验站(WES)的泰勒(D.W.Taylor)就提出了理论公式,此后YCLoh,KRPeattic和RWSparrow对泰勒的公式进行了应用推广,此后他们进行了自己推导。此外前苏联巴兰洛夫(Д.С.Ьараноь)、美国阿宝特(P.A.Абботт)、丹麦V.Askergcard等对该问题进行了理论推导并得到一定成果。这些公式均考虑了土介质和传感器的共同作用,可以将匹配误差表示为与传感器高径比、传感器与土介质模量比的函数。主要体现为:(1)在相同情况下,匹配误差随模量比增大而增大,但增大趋势逐步趋缓,并渐趋稳定;(2)在其它因素相同情况下,匹配误差随厚径比增大持续增大。
匹配问题试验常用装置是不同尺寸和结构的土压箱,按应力模式分单轴和三轴两种形式,压力源则有静态和动态之分。刚硬连续介质常用水泥和石膏模拟;普通土介质则方法多样。由于各个学者方法、条件各不相同,得出的结论在定性趋势上基本能验证理论研究成果,但对匹配误差的数值结论则各不相同。
随着技术的发展,有限元技术逐渐被应用到该问题研究中。北京大学杜志斌、总参工程兵三所曾辉等人都进行了卓有成效的研究。
本文通过对双膜活塞式土压力传感器的有限元模拟,对该问题进行分析,为该问题的进一步研究提供经验和基础。
2 双膜活塞式土压力传感器工作原理
双膜活塞式土压力传感器结构主要包括:承压板、感应板、应力传递部分、感应电路、电缆、传感器壁、密封装置等。
双模土压力传感器的最大特点是:刚性活塞状感压面板周边支承在环状变形膜上,当活塞板受到土介质的反力时,产生的变形主要是平移而不是挠曲。这种平移变位可以设计得很小,只要介质反力的平均数值相同,不论介质反力由于粒径不同而产生的微观的非均布状态有何不同,其产生的平移变位基本相同。因此,不管外膜接触的是什么样的土介质,内膜总是在相同的受力模式下下产生弹性挠曲变形。同时,由于外膜变位的性质是平移,其平均变位量相对较小,这种微量的平移对接触介质反力状况的影响要远比单膜盒膜片挠曲变形所产生的影响小得多。
3 传感器有限元计算模型
由于双膜土压力传感器的位移模式主要是平面平移,其挠曲变形相对于很小,因此可以将其简化为刚性板平面位移,其位移方向与所测试压力方向一致。为此,将其简化为两块横向刚性板中间用垂向弹簧连接的情况,由于土压力传感器为圆形,因此将其转化为轴对称模型。
在采用的数值模拟软件中,弹簧单元只能施加在节点之间。由于划分网格时上下钢板在直径方向为平均划分,因此弹簧单元也在直径方向平均分布,在轴对称节点之间即为径向等距分布的弹簧单元。在弹簧单元等间距取等刚度的情况下,由于外部弹簧间距之间代表的圆环面积更大,因此边缘将会出现比中心更大的垂向变形。
计算中将该模型放在土体中,轴对称模型尺寸为0.5m×1.0m,避免边界效应对计算结果的影响。
4 计算结果分析
根据经验,传感器匹配误差与土体与传感器模量比、传感器高径比等因素密切相关。因此主要验证两者对匹配误差的影响。
4.1 介质/传感器模量比对匹配误差的影响
变换土压力传感器与土体模量比(Eg/Es)进行计算,模量比按0.03、0.1、0.3、1、5、10、30、100选取,共8组。标准荷载取为200kPa,土压力传感器尺寸为直径18cm,高2.5cm,上下刚性板厚度取为5mm,中间弹簧初始长度为15mm。
计算结果表明:(1)当Eg/Es1时匹配误差范围大于0;(2)当其它条件固定时,匹配误差随Eg/Es呈正相关:Eg/Es
4.2 传感器高径比比对匹配误差的影响
计算方法类似模量比变化计算。根据计算结果得到高径比变化时的匹配误差分布曲线,并与应用较广的巴兰洛夫公式进行比较。根据传感器高径比变化情况下的计算,可以得到以下规律:(1)随传感器的高径比增大,其匹配误差绝对值相应增大;(2)Eg/Es远小于1时传感器匹配误差随高径比增大非线性增大;模量比为10时传感器匹配误差变化随随高径比增大基本呈线性增大。
5 结语
(1)计算结果基本符合经典理论趋势和实际使用经验。证实了用有限元方法模拟该类型传感器的可行性。
(2)在相同的传感器模型和模量比下,两种不同参数土介质中传感器匹配误差不同。经典理论中也有认为匹配误差与土介质其他性质有关的,比如阿宝特公式、泰勒公式都考虑了土介质的强度参数。该问题值得继续研究。
参考文献
[1] 张胜利.土压力传感器与土介质相互作用特性分析[D].西南交通大学硕士学位论文,2010.
[2] 刘宝有.土压力传感器国外理论和试验研究概况[J].传感器技术,1988(2):48～50.
篇(7)
【关键词】 脱钙骨基质颗粒
关键词: 脱钙骨基质颗粒;骨水泥;生物力学;犬 中图号:R687.3 文献标识码:A
摘 要:目的 研究不同质量比的犬脱钙骨基质颗粒骨水泥复合材料的生物力学性能，为临床应用该复合材料修复骨缺损提供理论依据. 方法 按Urist等方法制备犬脱钙骨基质颗粒后，再与骨水泥混合制成含骨粒质量比为0，400，500和600mg・g-1 的脱钙骨基质颗粒骨水泥复合材料，对其抗压极限强度、抗弯极限强度、抗扭转极限强度进行测定. 结果 含脱钙骨基质颗粒质量比为0，400，500和600mg・g-1 的复合材料的抗压极限强度分别为（81.0±3.0），（50.4±5.9），（48.8±2.0）和（33.8±3.6）MPa;抗弯极限强度分别为（65.3±6.7），（42.9±8.1），（37.2±2.9）和（25.0±2.4）MPa;抗扭转极限强度分别为（35.5±0.8），（16.3±2.2），（13.1±2.0）和（8.0±1.4）MPa. 结论 犬脱钙骨基质颗粒骨水泥复合材料具有良好的生物力学性能，易于塑形，能根据需要适应不同部位骨缺损的要求，其中含骨粒质量比为500mg・g
-1 的复合材料生物力学性能及骨诱导活性最为适宜，能作为支架材料有效地修复大块骨缺损.
Keywords:decalcified bone matrix;bone cement;biome-chanics;dogs
Abstract:AIM To study biomechanical properties of differ-ent mass ratio materials impregnated decalcified bone matrix（DBM）with bone cement（BC）in dogs，and seek some soli-dified processes to repair bone defects with the compound material.METHODS The DBM particles and the materials im-pregnated0，400，500，600mg・g
-1 mass ratio DBM parti-cles with BC were made according to the methods of Urist.The compound material compressive strength，bending strength and torsional strength were measured.RESULTS In the compound materials，the ultimate compressive strengths were（81.0±3.0）MPa for0mg・g-1 DBM，（50.4±5.9）MPa for400mg・g-1 ，（48.8±2.0）MPa for500mg・g-1 ，（33.8±3.6）MPa for600mg・g-1 .The ulti-mate bending strengths were（65.3±6.7）MPa for0mg・g-1 DBM，（42.9±8.1）MPa for400mg・g-1 ，（37.2±2.9）MPa for500mg・g-1 ，（25.0±2.4）MPa for600mg・g-1 .The ultimate torsional strengths were（35.5±0.8）MPa for0mg・g-1 DBM，（16.3±2.2）MPa for400mg・g-1 ，（13.1±2.0）MPa for500mg・g-1 ，（8.0±1.4）MPa for600mg・g-1 .CONCLUSION DBM impregnated with BC has better biomechanical properties and perfect plastic property，which could be used to repair large bone defects when it con-tains DBM of500mg・g-1 .
0 引言
研制理想的人工生物材料作为骨移植替代材料用于修复骨缺损，是当前骨科领域研究的主要课题之一.脱钙骨基质颗粒（decalcified bone matrix，DBM）用于骨缺损的修复临床上已多有报道［1-3］ ，由于DBM中含有骨形成蛋白而具有诱导成骨作用，但却因矿盐被去除，只留下有机部分骨基质，造成机械强度下降，不能承受应力，因此无法替代骨骼负重功能.骨水泥（bone cement，BC）是一种高分子聚合物，具有一定的生物力学强度，临床上早已被用作人工关节固定材料及骨缺损充填材料［4，5］ ，但单纯骨水泥填充骨缺损为机械填充，材料不能降解，且与骨界面间存在力学差异等缺陷.为使骨缺损修复材料有较好的生物力学性能，具备良好的骨传导和骨诱导能力，我们将犬脱钙骨基质颗粒与骨水泥按一定的比例复合制成生物性复合材料用于骨缺损的修复.我们报道这种复合材料的生物力学性能，为复合材料在临床的应用提供一定的科学依据.
1 材料和方法
1.1 材料
犬脱钙骨基质颗粒骨水泥复合材料的制备按Urist等［6］ 方法，取健康杂种家犬的四肢长骨，去除骨髓及软组织，砸成碎片，流水冲洗4～5h，用5倍于骨片体积的无水乙醇脱水2h，乙醚脱脂1h，室温下干燥过夜后置-80℃冰柜冻存，取出后用磨碎机将骨片粉碎研磨成骨粒，分样筛过筛筛取直径400～800μm的骨粒.骨粒室温下用0.5mol・L-1 盐酸脱钙3h（按1g骨粒比50mL盐酸），脱钙后骨粒流水冲洗2h，再用5倍于骨粒体积的无水乙醇浸泡1h，乙醚浸泡30min后通风处干燥过夜，制得脱钙骨基质颗粒.将脱钙骨基质颗粒与适量的骨水泥均匀混合，制备成含脱钙骨基质颗粒质量比分别为0，400，500和600mg・g-1 的复合材料，待骨水泥呈面团状时立即用力塞入5mL的注射器针筒内，并用最大力量推压以使复合材料在针筒内紧密接触，待复合材料聚合定型后取出，即制成含不同质量比的脱钙骨基质颗粒骨水泥复合材料样本（骨水泥为天津合成材料工业研究所研制）.生物力学测试样本［7］ 标准抗压试件为直径d=12mm，高度h=24mm的圆柱体，含0，400，500和600mg・g-1 质量比骨粒的不同试件各10个，另截取犬的新鲜股骨标本10个，用砂轮磨平加工成直径d=12mm，高度h=30mm的圆柱体，所有试件两端光滑平整，上下同心.标准抗弯试件为直径d=12mm，长度L=60mm的圆柱体，含0，400，500和600mg・g-1 质量比骨粒的不同试件各10个，另截取犬的新鲜股骨标本10个，用砂轮磨平加工成直径d=12mm，长度L=80mm的圆柱体.标准抗扭转试件为直径d=12mm，长度L=60mm的圆柱体，含0，400，500和600mg・g-1 质量比骨粒的不同试件各10个，另截取犬的新鲜股骨标本10个，用砂轮磨平加工成直径d=12mm，长度L=80mm的圆柱体.
1.2 方法
1.2.1 压缩试验
在材料力学综合试验台上，用生物力学测试装置进行测定.该装置由加载部分、压力和位移传感器、动态应变仪、微型计算机自动记录系统组成，试样测定时统一加载速度为5mm・min-1 .将抗压试件依次放在试验台上，对其施加压缩载荷，直至试件破坏，记下试件破坏时的载荷并算出抗压极限强度.
1.2.2 三点弯曲试验
将抗弯试件置放于综合试验台上，试件跨距为40mm，在其中点加载，直至试件 破坏，记录试件破坏时的载荷并计算抗弯极限强度.
1.2.3 扭转试验
在扭转试验机上，用专用夹具将抗扭转试件的两端分别装于扭转试验机的固定夹头和活动夹头中，对其施加扭矩，加载速度为120°・min-1 ，记录试件破坏时的载荷并算出扭转极限强度.
2 结果
经统计学分析，复合材料中含DBM骨粒为400，500和600mg・g-1 的生物力学性能均低于犬正常股骨组及骨水泥组（P
3 讨论
理想的骨移植材料应具备:①良好的生物相容性;②较强的力学性能;③有诱导成骨作用;④能够被吸收替代;⑤有良好的赋形性.DBM骨粒作为生物性骨缺损修复材料，在体内能被吸收替代，又具有成骨诱导活性，是骨缺损修复的最佳替代材料，但DBM骨粒本身不具备支撑能力，因此不宜用于修复承重长骨.骨水泥作为粘接赋形剂，易于塑形，有一定的力学性能，植入骨内起到镶嵌固定作用.我们将DBM骨粒与骨水泥按一定比例均匀复合，制成复合生物性修复材料，探索一条修复大块骨缺损的可行途径.
骨的生长及骨小梁的构建是根据Wolff定律，按机体生长的需要的应力分布排列，因此骨的生物力学特性较为复杂.修复骨缺损不仅要恢复骨形态的连续，更重要的是重建骨的支撑功能.这就要求骨移植材料的生物力学性能应达到正常皮质骨的力学性能，而不同的部位和不同程度的骨缺损修复要求不尽相同.本组实验中复合材料的生物力学性能低于犬正常股骨组，提示应用复合材料修复承重长骨骨缺损时，肢体应在保护下负重以分散部分载荷.在复合材料中随DBM骨粒所占的质量比增加，材料的抗压极限强度、抗弯极限强度和抗扭转极限强度均呈下降趋势，这是因随材料中DBM骨粒增加，材料间的孔隙及通道增多，造成材料的生物力学性能下降.我们既往在制作复合材料标准试件时［8］ ，模具中的材料不予加压使成自然裂隙状态下测定试件的生物力学性能，其结果为BC的抗压极限强度为（59.3±2.2）MPa、抗弯极限强度为（64.3±3.7）MPa;含DBM骨粒400mg・g-1 组的抗压极限强度为（19.3±1.6）MPa、抗弯极限强度为（13.3±1.4）MPa.与模具中材料尽量加压塞紧后测定的力学性能（Tab1）有显著差异.提示临床上修复骨缺损填入复合材料时应尽量加压塞紧，以减少骨粒间的裂隙，便于提高复合材料的机械强度.
含骨粒为400mg・g-1 组及500mg・g-1 组的生物力学性能均高于600mg・g-1 组，P
由于复合材料具有一定的孔隙和较强的生物力学性能，它在修复骨缺损时可作为支架发挥骨传导作用，又因DBM骨粒具有诱导成骨活性，故此种生物源性复合材料有可能成为很有发展前景的骨移植替代材料.我们在动物实验的基础上［9］ ，已将复合材料应用于临床治疗肿瘤性骨缺损和长骨大段骨缺损，取得了令人鼓舞的疗效［10，11］ ，但其材料在体内的力学性能及吸收降解等问题尚有待于进一步研究.
致 谢 数据的统计学处理得到本校统计学教研室尚 磊的指导.
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