Current Issue: <JZUS-A>

Journal of Zhejiang University-SCIENCE A (Applied Physics & Engineering)

ISSNs 1673-565X (Print); 1862-1775 (Online); CN 33-1236/O4; started in 2000,Monthly.


JZUS-A is a peer-reviewed physical and engineering journal, indexed by SCI-E, Ei Compendex, INSPEC, CA, SA, JST, AJ, ZM, CABI, ZR, CSA, etc. It mainly covers research in Applied Physics, Mechanical and Civil Engineering, Environmental Science and Energy, Materials Science and Chemical Engineering, etc.

Impact factor: 0.408 (2011), 0.527 (2012), 0.608 (2013), 0.882 (2014), 0.941 (2015), 1.214 (2016), 1.215 (2017), 1.369 (2018).


Journal of Zhejiang University SCIENCE A

ISSN 1673-565X(Print), 1862-1775(Online), Monthly

2020 Vol.21 No.11 P.859-938

   Cover:  <674>
      
Contents:  <707>

<<<                         CONTENTS                         >>>

Review

Review: Coaxial 3D bioprinting of organ prototyps from nutrients delivery to vascularization

Hamed Ramezani, Lu-yu Zhou, Lei Shao, Yong He

DOI: 10.1631/jzus.A2000261 Downloaded: 2672 Clicked: 3489 Cited: 0 Commented: 0(p.859-875) <Full Text>

Chinese summary   <25>  同軸生(shēng)物(wù)3D打印器官原型--從營養輸送到血管化

概要:組織/器官内的血供系統,爲組織提供了必要的營養及代謝交換.而在體(tǐ)外(wài)構造組織/器官原型時,如何在大(dà)尺寸結構中(zhōng)構建營養網絡,是長期以來的技術難題.近年來,同軸生(shēng)物(wù)3D打印技術爲該問題提供了一(yī)種極具潛力的解決方案.同軸生(shēng)物(wù)3D打印技術的基本原理是:使用同軸噴頭将外(wài)層的水凝膠材料和内層的犧牲材料共同擠出,打印爲所需的複雜(zá)結構,内層的犧牲材料去(qù)除後形成的中(zhōng)空通路即成爲後續培養中(zhōng)的營養網絡.該技術結合了傳統生(shēng)物(wù)打印方法和犧牲組分(fēn)3D打印方法的優點,能夠一(yī)步構造内置營養網絡的大(dà)尺寸仿生(shēng)結構,在組織工(gōng)程和器官重建等領域具有突出的優勢.本文結合課題組近年圍繞同軸生(shēng)物(wù)3D打印技術所做的一(yī)些工(gōng)作,梳理和總結了該技術的最新研究進展.主要關注以下(xià)幾點:(1)在同軸3D打印血管時必須考慮的因素;(2)首選生(shēng)物(wù)材料清單;(3)内皮化通道的制造原理及其潛在機制;(4)同軸生(shēng)物(wù)3D打印技術的最近進展;(5)未來的挑戰.首先,本文概述了當前生(shēng)物(wù)3D打印中(zhōng)常用的水凝膠材料,包括海藻酸鈉(Alginate)、明膠/甲基丙烯酸酐化明膠(Gelatin/GelMA)和膠原(Collagen)等,介紹了這些材料的生(shēng)物(wù)相容性、可打印性和打印原理等生(shēng)物(wù)3D打印技術中(zhōng)重點關注的因素.随後,論文詳述了同軸生(shēng)物(wù)3D打印技術的基本原理、技術特點以及使用該技術構造内含營養網絡(特别是血管化)的大(dà)尺寸結構的最新嘗試.最後,論文展望了同軸生(shēng)物(wù)3D技術未來可能的發展方向.最新的研究進展表明,該技術爲快速制造血管化的組織/器官原型提供了可能.

關鍵詞組：生(shēng)物(wù)3D打印;同軸生(shēng)物(wù)打印;血管化;生(shēng)物(wù)墨水

Articles

Forming quality, mechanical properties, and anti-inflammatory activity of additive manufactured Zn–Nd alloy

Ci-jun Shuai, Ming-li Yang, Fang Deng, You-wen Yang, Shu-ping Peng, Fang-wei Qi, Chong-xian He, Li-da Shen, Hui-xin Liang

DOI: 10.1631/jzus.A2000186 Downloaded: 1942 Clicked: 3407 Cited: 0 Commented: 0(p.876-891) <Full Text>   <PPT>  1586

Chinese summary   <24>  增材制造制備Zn-Nd合金的成形質量、力學性能及抗炎活性

目的:鋅具有良好的降解性能和生(shēng)物(wù)相容性,被視爲一(yī)種很有前途的骨修複材料.然而,鋅金屬作爲骨植入物(wù)時的力學強度難以滿足承重骨修複的需求,并存在炎症反應的風險.本文旨在探讨稀土钕合金化對鋅骨植入物(wù)激光成形質量的影響,爲改善鋅合金的成形質量、提高力學性能及增加抗炎活性提供理論依據.
創新點:1. 在增材制造過程中(zhōng),添加钕能夠有效改善鋅基合金的成形質量;2. 稀土钕提高了鋅基合金的力學性能,同時也賦予了抗炎活性.
方法:1. 通過實驗對比鋅钕合金的表面形貌,計算出相應的緻密度,并分(fēn)析钕對鋅基合金成形質量的影響(圖2);2. 基于不同實驗對比鋅钕合金的微觀組織結構及力學強度的變化,并探讨稀土钕提高力學性能的原因(圖3~5和表1);3. 通過電化學實驗和浸泡實驗,分(fēn)析稀土钕對降解性能的影響(圖6和7);4. 基于體(tǐ)外(wài)生(shēng)物(wù)學實驗,對比分(fēn)析钕對抗炎活性和細胞活性的影響(圖8和9).
結論:1. 稀土钕提高了激光增材制造鋅合金的成形質量,并使其緻密化率高達98.71%;2. 钕合金化有助于晶粒細化和第二相強化,使極限抗拉強度提高到了(119.3±5.1) MPa;3. 钕合金化能抑制促炎因子的釋放(fàng),促進抗炎因子的釋放(fàng),進而使鋅钕部分(fēn)具有良好的抗炎活性,而細胞培養試驗也表明其具有良好的生(shēng)物(wù)相容性.

關鍵詞組：鋅钕合金;激光粉末熔融;抗炎活性;力學性能

Development of limestone calcined clay cement concrete in South China and its bond behavior with steel reinforcement

Zhen-yu Huang, You-shuo Huang, Wen-yu Liao, Ning-xu Han, Ying-wu Zhou, Feng Xing, Tong-bo Sui, Bin Wang, Hong-yan Ma

DOI: 10.1631/jzus.A2000163 Downloaded: 2389 Clicked: 3875 Cited: 0 Commented: 0(p.892-907) <Full Text>   <PPT>  1905

Chinese summary   <20>  華南(nán)地區煅燒粘土−石灰石複合水泥(LC3)混凝土的研發及其與鋼筋的粘結性能

目的:采用華南(nán)地區的原材料研發一(yī)種LC3水泥膠凝材料,并研究其水化反應、微觀結構的發展、工(gōng)作性能、強度性能的發展以及混凝土和鋼筋之間的粘結-滑移行爲,爲推廣LC3水泥膠凝材料應用于濱海結構混凝土提供基礎信息和參考.
創新點:1. 鑒于目前對LC3水泥膠凝材料在混凝土技術和結構混凝土中(zhōng)的應用研究較少,本文對采用華南(nán)地區原材料制備的LC3混凝土進行了技術研究和應用分(fēn)析;2. 試驗結果發現,LC3混凝土的抗折和劈裂性能優于相同抗壓強度的普通混凝土;3. 采用拔出試驗研究LC3混凝土與鋼筋之間的界面粘結-滑移行爲,證明了新型LC3水泥膠凝材料在鋼筋混凝土結構中(zhōng)的适用性.
方法:1. 開(kāi)展一(yī)系列基于LC3水泥的淨漿、砂漿和混凝土的實驗研究,并使用原始材料進行微觀結構分(fēn)析(水化産物(wù)表征和孔結構分(fēn)析)和宏觀測試(工(gōng)作性能和力學性能測試).2. 研究LC3混凝土與鋼筋之間的粘結-滑移行爲.
結論:1. 與普通混凝土(OPC)相比,鈣礬石、單碳鋁酸鹽(MC)和半碳鋁酸鹽(HC)是LC3樣品中(zhōng)的主要晶體(tǐ)水合産物(wù);由于熟料減少50%,且LC3中(zhōng)發生(shēng)的二次水化反應消耗了大(dà)量OPC熟料水化生(shēng)成的氫氧化鈣(CH),因此在LC3的水合産物(wù)中(zhōng)幾乎沒有殘留六角形薄片CH.2. 與OPC砂漿和混凝土相比,LC3砂漿和混凝土的早期強度較低;由于在煅燒粘土中(zhōng)無定形二氧化矽和氧化鋁(與石灰石結合)二次反應形成了更多的水化矽酸鈣和碳鋁酸鈣水合物(wù),LC3砂漿和混凝土的後期強度(7天後)迅速增加至與OPC砂漿和混凝土相當的強度水平.3. 在與OPC同類材料具有相同抗壓強度的情況下(xià),LC3水泥膠凝材料具有更高的抗折和劈裂強度,因此更有韌性.4. 對于LC3水泥膠凝材料,顆粒更細的石灰石不一(yī)定會帶來更好的力學性能.5. 對于混凝土與鋼筋之間的界面粘結-滑移行爲,LC3的破壞模式與OPC大(dà)緻相同,且通常有兩種破壞模式,即鋼筋從混凝土中(zhōng)拔出和混凝土劈裂破壞;在具有相同等級的抗壓強度時,LC3混凝土的粘結強度與OPC混凝土相當,但其粘結-滑移剛度更大(dà).

關鍵詞組：煅燒粘土-石灰石複合水泥;水化反應;粘結-滑移;壓汞孔隙度測定法;掃描電子顯微鏡;粘結強度

Fabrication and performance analyses of 45# steel supports using liquid forging

Yong-gen Sun, Yu-shi Qi, Jiao Li, Zhi-ming Du, Li-li Chen, Li-hua Chen

DOI: 10.1631/jzus.A2000012 Downloaded: 1885 Clicked: 2924 Cited: 0 Commented: 0(p.908-922) <Full Text>   <PPT>  1583

Chinese summary   <19>  45#鋼支座的液态模鍛制備工(gōng)藝及組織性能分(fēn)析

目的:以45#鋼支座爲典型制件對鋼質液态模鍛制備工(gōng)藝過程進行分(fēn)析與優化.研究不同工(gōng)藝參數對制件組織性能的影響,對制件不同位置的組織性能進行探讨,優化和改善液态模鍛鋼制制件性能,爲鋼制制件的液态模鍛制備提供理論依據.
創新點:1. 利用數值模拟軟件模拟分(fēn)析了鋼質液态模鍛工(gōng)藝過程,爲試驗分(fēn)析提供理論依據;2. 對制件不同位置的組織性能分(fēn)析,探讨了塑性變形在液态模鍛工(gōng)藝過程中(zhōng)的影響.
方法:1. 采用ProCAST模拟軟件對45#鋼液态模鍛的凝固過程、溫度場及應力場的變化進行模拟(圖6~8),并對液态模鍛工(gōng)藝過程進行理論優化;2. 采用單一(yī)變量法,讨論澆注溫度和保壓時間對成型件的微觀結構、機械性能和耐磨性的影響(圖9~12);3. 研究成型制件不同位置的微觀組織、力學性能和斷裂行爲(圖14,16和17),并讨論液态模鍛工(gōng)藝過程中(zhōng)塑性變形對制件組織性能的影響;4. 探讨分(fēn)析45#鋼支座的動态成形工(gōng)藝(圖18),并研究45#鋼的液态模鍛整體(tǐ)工(gōng)藝過程.
結論:1. 熔融金屬的最佳澆注溫度和保壓時間分(fēn)别在1540~1560 °C和35~40 s.2. 在澆注溫度爲1540 °C和保壓時間爲35 s時,液态鍛造制備的45#鋼支座具有最佳的組織性能;此時支座盤邊緣的抗拉強度、伸長率、維氏硬度和摩擦系數分(fēn)别爲783.4 MPa、17.1%、242.7和0.36.3. 45#鋼支座不同位置的組織性能差異不大(dà),但由于塑性 變形的原因,中(zhōng)間位置的性能表現優于邊緣位置.4. 45#鋼支座的液态鍛造工(gōng)藝過程相對較複雜(zá),包含不同的金屬液對流和塑性變形;這些特殊的過程導緻45#鋼支座的組織性能相對優異.

關鍵詞組：45#鋼;液體(tǐ)鍛造;數值模拟;力學性能;耐磨性;斷裂行爲

Test technology research and fatigue damage prediction of a car body based on dynamic simulation load spectrum

Lu Jia, Huan-yun Dai, Ye Song

DOI: 10.1631/jzus.A1900662 Downloaded: 1862 Clicked: 3116 Cited: 0 Commented: 0(p.923-937) <Full Text>   <PPT>  1496

Chinese summary   <18>  基于動力學仿真載荷譜的車(chē)體(tǐ)疲勞損傷評估及試驗技術研究

目的:基于動力學仿真載荷譜對動車(chē)組車(chē)體(tǐ)進行疲勞損傷評估,并在試驗台上進行驗證.
創新點:1. 基于動力學仿真得到車(chē)體(tǐ)服役載荷譜;2. 通過損傷評估得到車(chē)體(tǐ)在各種工(gōng)況下(xià)的疲勞損傷,并在試驗台上将載荷譜應用于整車(chē)車(chē)體(tǐ).
方法:1. 通過動力學仿真,對同一(yī)工(gōng)況不同速度等級、不同線路條件、不同故障工(gōng)況和不同踏面情況下(xià)得到的載荷譜進行分(fēn)析.2. 利用車(chē)體(tǐ)的加速度載荷時間曆程對其進行結構疲勞壽命預測分(fēn)析,得到各個工(gōng)況下(xià)的損傷值.
結論:1. 随着速度的提高,車(chē)體(tǐ)三個方向的加速度越來越大(dà);列車(chē)通過曲線時,橫向加速度均值偏大(dà);道岔通過和扭曲線路都會引起車(chē)體(tǐ)三個方向加速度的增加;空簧失效條件下(xià),車(chē)體(tǐ)垂向加速度明顯增大(dà);抗蛇行減振器失效會引起車(chē)體(tǐ)橫向加速度的明顯增加;二系橫向和垂向減振器的失效會引起三個方向的加速度增大(dà),但是不明顯;在各個工(gōng)況及速度級條件下(xià),相對于原始踏面,車(chē)體(tǐ)在磨耗型踏面的加速度更大(dà).2. 對所得車(chē)體(tǐ)加速度載荷時間曆程進行功率譜密度函數分(fēn)析發現,各種條件下(xià)的車(chē)體(tǐ)振動能量主要集中(zhōng)在20 Hz以下(xià).3. 随着速度的增加,車(chē)體(tǐ)損傷增加;磨耗型踏面比非磨耗型踏面對車(chē)體(tǐ)損傷大(dà);故障工(gōng)況下(xià),當速度小(xiǎo)于200 km/h時,隻有空簧失效對車(chē)體(tǐ)損傷較大(dà);當速度大(dà)于200 km/h時,抗蛇行減振器失效對車(chē)體(tǐ)産生(shēng)的損傷最大(dà);道岔和扭曲線路會對車(chē)體(tǐ)産生(shēng)一(yī)定的損傷,但影響不大(dà);當列車(chē)進行牽引制動時,随着速度的提高,損傷也相應增加,并且當牽引速度大(dà)于300 km/h時,損傷會急劇增加.

關鍵詞組：動力學建模;車(chē)體(tǐ);載荷時間曆程;疲勞;損傷

Erratum to: Quantification of the influence of rolling stock failures on track deterioration

Yun-Guang Ye , Da-Chuan Shi , Sara Poveda-Reyes , Markus Hecht

DOI: 10.1631/jzus.A20e0033 Downloaded: 1490 Clicked: 2530 Cited: 0 Commented: 0(p.938-938) <Full Text>

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