一种高G加载装置的研制及高G下细胞的有限元仿真

发布时间：2022-07-23 14:18

　　目前,极端力学环境下机体组织的损伤、适应、修复越来越受到研究人员的重视,航空航天、载人飞船等都关系到高加速度（高G）环境下飞行人员的生理状态。应用于军事科学上的实验装置普通实验室很难获得,目前,普通实验室的离心机主要进行样品的离心分离或制备,能够对细胞高G力学生物学研究的装置很少,并且普遍有不易操作等问题。本文利用现有的实验设备,研制了一种新型高加速度离心加载装置,可以使用实验室常见的实验器材如培养瓶、培养板以及培养皿直接进行装夹,方便了高G加载实验过程。首先利用SolidWorks设计出模型,导入ANSYS中进行有限元分析,根据课题组实验要求,离心装置需要满足0~40g的恒加速度要求以及0~0.8g/s的变加速度要求,确保结构满足强度要求后,然后进行加工制造。将密封完整的培养瓶和培养板盛满培养细胞的培养液放入加工完成的转子之中,培养板用硅胶板夹紧,转子盖拧紧,实验过程中需要保证两端质量分布均匀,以免发生侧倾,保证实验顺利进行。此外,利用解析方法,变化转子或培养板的尺寸,计算出细胞在不同位置所受切向加速度和法向加速度的关系,并用曲线及曲面表示。对于单个细胞,首先根据目前研究成果,利用三... 

【文章页数】：55 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 课题研究目的和意义
    1.2 生物反应器的介绍
    1.3 单个细胞的力学生物学研究
        1.3.1 细胞的力学性质
        1.3.2 细胞力学模型
    1.4 高加速度加载机以及单个细胞研究现状
        1.4.1 国内外研究现状
        1.4.2 国内外研究存在的问题
    1.5 研究内容及创新之处
        1.5.1 研究内容
        1.5.2 创新之处
第二章 高加速度加载机的设计与制造
    2.1 离心机介绍
        2.1.1 离心机的定义
        2.1.2 离心机的分类与设计
    2.2 高加速度加载机的设计与制造
        2.2.1 离心机转子介绍
        2.2.2 离心式高加速度转子的设计
    2.3 离心高加速度加载机实验验证
        2.3.1 加载机实验验证过程
        2.3.2 实验结果
    2.4 本章小结
第三章 离心式加载贴壁细胞的加速度分析
    3.1 培养皿夹具的设计与制造
        3.1.1 培养皿夹具的设计
        3.1.2 培养皿夹具的制造
    3.2 细胞在不同位置不同加速度分布的研究
        3.2.1 向心加速度的变化
        3.2.2 切向加速度的变化
        3.2.3 向心加速度和切向加速度同时变化的变化曲线
    3.3 本章小结
第四章 单个细胞模型的建立及有限元仿真
    4.1 细胞模型建立的理论基础
        4.1.1 细胞的结构
        4.1.2 细胞力学模型的基本假设
        4.1.3 材料的本构方程
        4.1.4 细胞力学模型及参数选择
    4.2 细胞的有限元分析
        4.2.1 有限元分析软件介绍
        4.2.2 有限元分析步骤
        4.2.3 仿真结果与分析
        4.2.4 无重力状态下细胞的有限元分析
    4.3 本章小结
第五章 总结与展望
    5.1 全文总结
    5.2 前景展望
参考文献
发表论文和科研情况说明
致谢



本文编号：3665294