利用共聚焦拉曼光谱技术, 对人工心脏泵不同剪切应力下受到亚损伤的红细胞进行实验研究, 验证拉曼光谱对红细胞亚损伤程度的评估能力, 为血液损伤评价提供了一种新的思路。 实验采集血红蛋白和红细胞的拉曼光谱标准谱图并进行对比分析, 以确定红细胞谱图特征峰的归属。 用血液剪切力试验平台对测试血样施加暴露时间为1 s, 大小分别为0, 50, 100, 150, 200, 250和300 pa的剪切力。 利用共聚焦拉曼仪器, 在10倍长焦物镜, 532 nm激光光源波长, 积分时间10 s, 积分次数2次, 2.5 mW功率下采集剪切应力作用后的红细胞拉曼谱图。 通过归一化的方法对比红细胞的拉曼谱图变化, 评估红细胞亚损伤的程度, 运用曲线拟合方法对特征峰和剪切应力进行拟合, 验证拉曼光谱对红细胞亚损伤的评估能力。 对比血红蛋白和红细胞的拉曼光谱标准谱图发现, 红细胞谱图能够反映血红蛋白的内部结构。 且结果表明, 拉曼光谱法可以用于区分不同剪切应力下亚损伤的红细胞, 推断剪切应力可以透过细胞膜从而影响到其内部的血红蛋白结构。 且随着剪切力的增大, 1 376 cm-1位置左侧谱线呈现明显抬高趋势, 1 549和1 604 cm-1位置的峰强增高, 1 639 cm-1位置的氧浓度标记带ν10振动谱带减弱。 其中1 549 cm-1位置的峰强为亚铁离子高自旋带, 在不同剪切力的作用下, 峰强差异表现最明显, 与剪切应力呈明显的正向线性关系, 拟合效果良好。 拉曼光谱法检测样本处理简单、 耗时短、 操作简便、 重现性好, 且可以精确的检测到细胞内部结构的细微变化, 可以评估红细胞的亚损伤程度, 弥补了传统评价溶血的方法的不足, 为人工心脏泵血液损伤评价提供了新的技术手段, 拓宽了拉曼检测方法的应用领域。

根据光学玻璃元件超精密加工技术的需求,研究自旋转式和行星旋转式磁性复合流体(MCF)抛光的应力分布和材料去除率。首先,设计可实现自旋转和行星旋转抛光装置,搭建抛光实验平台;然后,进行自旋转式和行星旋转式MCF抛光实验,通过自行设计抛光应力分布测试实验分析了两种抛光方式的应力分布规律;最后,通过定点抛光实验,对抛光前后的工件表面轮廓进行检测,计算并分析两种抛光方式的材料去除率。实验结果表明,立式的两种抛光方式,正应力均明显大于剪切应力,工件外侧受到的剪切应力大于中心受到的剪切应力,行星式抛光的材料去除率明显大于自旋转式抛光的材料去除率。

建立了半平面体与光纤布拉格光栅传感器双向耦合的应变传递理论, 得到表面粘贴式光纤布拉格光栅传感器测量应变与半平面体应变之间的关系.将理论解、有限元解和实验数据进行对比以验证该理论的正确性, 并分析了应变传递率与半平面体弹性模量、半粘结长度的关系.结果表明: 理论解与实验值非常接近, 误差在4%以内, 应变传递率随着半平面体弹性模量的增大、半粘结长度的增长而逐渐增大, 对光纤布拉格光栅传感器的设计和应用具有一定的参考价值.

提出了一种感测单元不直接接触流场的微剪切应力传感器结构，详细阐述了其感测单元MEMS制作工艺。采用热氧化硅掩膜方法解决了硅深刻蚀的选择比问题；优化后的硅深刻蚀工艺参数：刻蚀功率1600 W、低频(LF)功率100 W，SF6流量360 cm3/min，C4F8流量300 cm3/min，O2流量300 cm3/min。采用Cr/Au掩膜，30 ℃恒温低浓度HF溶液解决了玻璃浅槽腐蚀深度控制问题；喷淋腐蚀和基片旋转等措施提高了玻璃浅槽腐蚀表面质量。采用上述MEMS工艺制作了微剪切应力传感器样品，样品测试结果表明：弹性悬梁长度和宽度误差均在2 μm以内、玻璃浅槽深度误差在0.03 μm以内、静态电容误差在0.2 pF以内，满足了设计要求。

考虑现有光纤布拉格光栅(FBG)传感器的应变传递理论均未考虑传感器对基体应变的影响, 本文针对FBG传感器粘贴于薄板的情况研究了薄板的应变传递理论。由于光纤应变与薄板应变并不相等, 故研究了光纤应变与薄板应变之间的关系以提高FBG传感器的测量精度。建立了粘贴于薄板表面的FBG传感器应变传递理论, 分析了FBG传感器与薄板之间的相互作用; 利用有限元法(FEM)和实验法验证了理论的正确性。最后, 分析了薄板参数对应变传递率的影响。结果显示: FEM解与理论解的误差在4%以内, 实验值和理论解误差在5%以内, 应变传递率随着薄板厚度和弹性模量的增加而逐渐增大。该理论模型完全满足FBG传感器精度要求, 对其实际应用具有一定的指导意义。

采用模拟与实验相结合的方式研究激光透射焊接件拉伸过程中的应力分布和拉伸件的失效行为。以PA66激光透射焊接件为研究对象，建立了焊后拉伸数值模拟模型，模拟得到了焊接件的拉伸载荷-位移曲线和拉伸变形情况，并与拉伸实验进行对比和验证；对拉伸过程中焊接件的剪切应力和Von Mises应力分布进行分析，从剪切和拉伸失效方面探究拉伸件的失效行为。拉伸实验验证了拉伸数值模拟模型能较好地预测焊接件的拉伸变形情况；数值模拟得到最大剪切应力发生在焊接界面上长方形焊接区域的4个角点附近，即剪切失效的起始位置，且由于最大剪切应力远小于PA66的剪切强度，拉伸件发生剪切失效的可能性较小。预测的焊接件拉伸失效形式及失效位置与实验结果吻合，验证了数值模拟方法的准确性和拉伸数值模拟模型良好的可靠性。

考虑在实际应变测量中传感器封装形式会影响光纤Bragg光栅测得的应变响应，本文研究了测量应变与实际应变之间的关系。针对埋入式光纤Bragg光栅传感器，建立了应变传递函数，并对传递函数的正确性和各个参数对测量应变的影响进行了研究。首先，根据埋入式光纤Bragg光栅传感器的受力特点，提出了多项式形式的剪应力分布，进一步建立了应变传递函数。然后，利用数值方法和实验对该应变传递函数进行验证。最后，分析了传感器长度、胶结层弹性模量、胶结层厚度对测量应变的影响。计算结果表明: 该应变传递函数正确; 胶结层厚度越薄，弹性模量越大，越有利于应变传递。该应变传递函数计算误差控制在5%以内，完全满足埋入式光纤Bragg光栅测量精度要求，对其实际应用具有指导意义。