基于热致液晶弹性体的仿生心脏泵的设计

为设计一款仿生心脏功能较佳的心室泵,采用柔性、热致伸缩的热致形变弹性体代替心肌,根据螺旋心室心肌带理论,选择心肌带的左心室段,并选取了Hilbert平面填充曲线作为热致导体在热致形变弹性体中的走行方式,设计出与真实心脏类似的心室泵结构.通过试验测量了所设计的心室泵的射血分数与心率,结果显示该心室泵的搏出量高于自然心脏,而其心率远低于自然心脏.相对于机械泵,所设计的心室泵结构与真实心脏类似,具有收缩能力强,射血分数高的优点,且不易破坏血细胞,生物相容性较好.不足之处在于,热致动液晶弹性体变形响应慢,暂时还未能达到正常心脏的心率.论证了构建双稳态结构,提高仿生心室泵效率的可能性,以及对于心肌纤维走向较为复杂的其他心肌带段,双轴拉伸机械雕刻对其仿生的可能性.此研究可为容积心脏泵的研发提供新的思路,也可以对右心衰竭等心脏疾病起到辅助治疗的作用.     

天津市临港城市湿地植物群落特征及多样性

[目的]探究城市湿地植被恢复的群落特征及物种多样性格局,为城市湿地保护和恢复策略的制订提供科学依据。[方法]采用样方法对天津临港恢复湿地的植物群落进行调查,计算群落植物种重要值,并利用组平均法聚类,分析物种多样性格局。[结果](1)乔灌草各层主要优势物种分别为国槐(Sophora japonica)、刺槐(Robinia pseudocaacia);柽柳(Tamarix chinensis)和芦苇(Phragmites australis),灌木层中的柽柳重要值最大。(2)植被划分为4组、17个群丛类型,过渡区广布种斑块频度最大(32.7%),以国槐+银杏群落(Sophora japonica+Ginkgo biloba)为主;滨水湿地斑块群落频度最小(17.3%),以柽柳—芦苇群落(Tamarix chinensis-Phragmites australis)为主。(3)Shannon-Wiener指数与Simpson指数总体变化趋势较一致,最高值均出现在金叶榆—紫穗槐(Ulmus pumila-Amorpha fruticosa)群落;Pielou均匀度指数≥0.8的样方占样方总数的53.8%;近水绿地斑块丰富度指数强度较大,物种复杂度高。(4)调查中发现有刺槐、旱柳(Salix matsudana)、火炬树(Rhust yphina)等乔木更新苗出现,出现明显的群落演替和自然更新现象。[结论]研究区植物种类丰富,近水绿地斑块物种多样性较高,但湿生植物群落总体优势不明显。     

不同绿地类型下城市绿化树种BVOCs排放特征

[目的]探讨天津市绿化树种在不同绿地生境条件下植物源挥发性有机物(BVOCs)的排放特征,为城市园林绿地树种的筛选提供依据。[方法]采用动态顶空套袋法和热脱附—气相色谱/质谱联用技术,分析了不同绿地类型下对桧柏(Juniperus chinensis)、绦柳(Salix matsudana)、西府海棠(Malus micromalus)和国槐(Sophora japonica)4种城市常见绿化树种BVOCs排放特征。[结果](1)不同生境条件下桧柏、绦柳、西府海棠和国槐释放BVOCs数量和成分均不同。4种树种在滨水绿地、道路绿地、公园绿地和校园绿地4种不同绿地类型下分别共鉴定出69种、84种、20种和36种挥发性有机物。4种绿地类型下4种树木释放烯烃类物质的相对含量显著高于其他类型物质,且其相对含量均按道路绿地校园绿地公园绿地滨水绿地的顺序依次递减,而酯类和烷烃类物质恰与其相反,二者相对含量均在滨水绿地类型下显著较高。(2)绦柳释放的醇类和酮类物质与4种绿地类型下的光照强度,桧柏释放的烯烃类、烷烃类、醇类、酯类和酮类物质、西府海棠释放的烷烃类和酯类物质、国槐释放的烯烃类和酯类物质与4种绿地类型下的相对湿度,桧柏和绦柳释放的醇类和酮类物质、国槐释放的烯烃类物质与4种绿地类型下的温度分别呈显著相关。[结论]绿地生境条件的差异影响绿化树种排放BVOCs的成分和含量,且仅有部分类型挥发物与环境因子呈显著性相关。     

城市绿地中硬质铺装对臭椿天然更新的影响

[目的]调查研究天津市南开大学校园绿地内臭椿(Ailanthus altissima)的天然更新状况,为城市自然林营造和管理提供科学依据。[方法]采用样方法进行调查,研究了臭椿更新苗数量特征、地径级和高度级的分布特征,用方差均值比率(Cx)、丛生指标(I)、负二项参数(K)、平均拥挤度指数(m*)、聚块性指数(C)和格局指数(IΔ)6种聚集强度指数分析臭椿更新苗的空间分布格局。[结果](1)城市绿地内臭椿存在天然更新现象,其更新苗地径级频率高峰出现在2~3mm地径级,且随着地径级的增大和减小,更新苗数量减少。更新苗高度级频率分布呈"间歇"型,个体频率高峰出现在低高度级上,主要集中在2~4cm高度级内。(2)城市绿地内臭椿更新苗的空间分布表现为集群分布,其Cx,K,m*,C,I,IΔ分别为2.24,1.26,2.81,1.79,1.24,1.79。[结论]硬质铺装影响臭椿天然更新的距离特征及更新苗的空间分布。     

基于SPH-FEM手指模型的皮肤摩擦行为分析

针对基于传统有限元算法(FEM)的手指模型并不能很好地模拟皮肤大变形的问题,提出了一种基于有限元和光滑粒子动力学耦合算法(SPH-FEM)的手指建模方法,以保证模型在大变形和极端变形情况下的适应性.由于该方法本身具有的“无网格”特性,使其对皮肤组织表现出流固双相特性的模拟上对比传统的FEM方法具有天然优势.建立了基于SPH-FEM手指建模方法的手指模型,进行尖刺刺入仿真试验和平板摩擦仿真试验,考察皮肤的应力应变.为了验证SPH-FEM手指建模方法的合理性和有效性,对基于SPH-FEM手指模型与基于FEM手指建模方法进行比较.结果表明,SPH-FEM手指模型在整体形变趋势上与FEM手指模型较为一致,并且在应对大变形时响应速度相较于FEM手指模型明显增加,但存在一定的滞后性;SPH-FEM手指模型在小变形时的精度稍显不足.