组分和作用

组分和作用（精选3篇）

组分和作用 篇1

在生活水平普遍提高的今天, 人们的饮食结构发生了显著的变化, 糖尿病已经成为继心血管疾病和恶性肿瘤之后威胁人类健康的第三大杀手。糖耐量减低和糖尿病发病率逐年上升, 并有年轻化的趋势。临床和疾病学调查证明, 糖尿病可能成为未来对人类健康影响最广泛和最严重的疾病之一, 对患者的生命质量和生活质量均构成严重危险。糖尿病的病因和发病机制目前尚未充分了解, 临床上尚无法根治, 故改善饮食结构和保健预防显得更为重要, 对健康人群如能及时采用药物和饮食干预, 至少有2/3的患者不会发展为2型糖尿病。

糖尿病是因胰岛素分泌相对或绝对不足以及组织细胞对胰岛素敏感性降低等引起糖、蛋白质、脂肪等一系列代谢紊乱的临床综合症。近代中医药实验研究揭示了许多中草药具有辅助调节血糖的作用, 如苦瓜、桑叶、玉竹、葛根等。

苦瓜, 属于葫芦科苦瓜属的草本植物。原产于东印度热带地区, 苦瓜果实中含有各种营养物质, 每百克食用部分含有蛋白质0.9克、脂肪0.2克、纤维素1.1克、胡萝卜素0.08毫克、维生素B10.07毫克、维生素B20.04毫克、维生素C84毫克, 是瓜类蔬菜中含维生素C最高的一种, 在蔬菜中仅次于辣椒。嫩果中糖甙含量高, 味苦, 随着果实成熟, 糖甙被分解, 苦味变淡。

我国明代以前医书没有记载苦瓜, 明代《救荒本草》、《本草纲目》始列入, 清代王孟英的《随息居饮食谱》说:“苦瓜清则苦寒;涤热, 明目, 清心。可酱可腌。——中寒者 (寒底) 勿食。熟则色赤, 味甘性平, 养血滋肝, 润脾补肾。”苦瓜气味苦、无毒、性寒, 入心、肝、脾、肺经, 具有清热祛暑、明目解毒、利尿凉血、解劳清心、益气壮阳之功效。近年来, 国内外学者对苦瓜研究较多, 并证明其具有一定的辅助降血糖、抗肿瘤等生理活性。苦瓜中存在多种活性成分, 目前已经从苦瓜果实中分离出皂甙和蛋白质等。

研究表明, 不同的苦瓜加工制品均有辅助降糖作用。鲜苦瓜的滤汁冻干后, 分别以40g/kg和20g/kg剂量治疗四氧嘧啶型糖尿病小鼠, 结果小鼠给药后的平均血糖值比给药前分别降低了30.3%和25.7%, 与对照组比较有显著差异。说明苦瓜冻干制剂对实验性高血糖小鼠具有一定的辅助降血糖作用。近年关于苦瓜的降糖作用机理成为苦瓜研究的热点, 虽然还需进一步证实, 但有证据表明其存在至少一种以上的作用机理。而“唐一泰胶囊”就是以苦瓜粉、桑叶提取物、玉竹提取物、葛根提取物为原料制成的具有辅助降血糖功能的保健食品。

组分和作用 篇2

桑叶内有多种维生素及矿物质、氨基酸、碳水化合物和植物纤维。现代医学研究, 桑叶干物含粗蛋白25-45%, 碳水化合物20-25%, 粗脂肪5%, 以及丰富的钾、钙和维生素C、B1、B2、A等, 还有各种微量元素铜、锌、硼、锰等物质。桑叶中含有多种人体所需物质, 能降压、降脂、抗应激、抗衰老、增加耐力、抗各种贫血、促进生长、降低胆固醇、抑制脂肪积累、抑制血栓生成, 抑制肠内有害细菌繁殖, 抑制有害的氧化物生成, 可以防治糖尿病。

目前对于桑叶的降糖机理有以下几种认识: (1) 桑叶含有的一种脱氧霉素 (DNJ) 可阻止糖分解酶发挥作用, 因而有降低血糖、抑制动脉硬化等功效。 (2) 桑叶所含的蜕皮甾酮对多种方法诱导的血糖升高均有降糖作用, 可促进葡萄糖转化为糖元, 但不改变正常动物的血糖。 (3) 桑叶生物碱fagomine及桑叶多糖促进β细胞分泌胰岛素, 而胰岛素可以促进细胞对糖的利用、肝糖原合成以及改善糖代谢。桑叶中独有的GAL-DNJ这种生物碱, 是一种糖苷酶的抑制剂。一方面与α—糖苷酶结合, 抑制酶的分解, 降低食后血糖的高峰值;另一方面能刺激胰岛素分泌和释放, 抑制血糖上升。 (4) 有人认为桑叶中所含的某些氨基酸能刺激胰岛素的分泌以降血糖。

组分和作用 篇3

平流层飞艇空中服役环境非常复杂[4]。为保持飞艇在2万米设计高度长期驻空并可控飞行,飞艇囊体始终要保持超压状态,并承受较大的循环压差载荷[5]。如图1所示,平流层飞艇蒙皮材料细观结构由多种组分构成,承力层纤维束相互交织,防护层和阻氦层涂覆材料上下表面,基体充满整个结构空间。在变形过程中纤维束在交织点处发生挤压、摩擦,纤维束与基体和功能膜层之间相互作用,材料具有非线性特点[6]。研究蒙皮材料拉伸过程细观变形机制、建立材料力学模型,对优化材料设计、提高平流层飞艇的使用性能显得尤为重要[7]。

国内外学者对平流层飞艇蒙皮材料的力学性能进行了大量研究。Roh等[8]在不同环境温度下对飞艇蒙皮材料进行了拉伸试验,研究了飞艇蒙皮材料拉伸行为,以及拉伸模量随温度的变化关系。Maekawa等[9]通过双轴拉伸试验以及在含裂纹的圆柱内进行充气,模拟了平流层飞艇蒙皮的受力状态,研究了飞艇蒙皮材料在双向受力和曲面受力状态下的裂纹扩展行为。刘龙斌等[10]利用数字散斑试验方法,测量了含预制裂纹的蒙皮材料试样撕裂过程的位移场和应变场分布;并对蒙皮材料的撕裂强度进行了定量分析。Liu等[11]提出平流层飞艇蒙皮材料在拉伸或者剪切作用下,纤维织物层作为主承力层,经纬向纤维变形伸长,且出现相互滑移、挤压的现象,纱线编织角发生改变,但对于具体的细观变形过程没有进行深入分析。目前对于飞艇蒙皮柔性编织型复合材料,主要是通过实验方法进行宏观力学性能的研究,对拉伸强度进行估算,应用细观力学研究拉伸变形过程中纤维纱束、基体、功能膜层相互作用和变形行为的较少。

本文以某平流层飞艇蒙皮材料为研究对象,构建材料细观模型,分析了拉伸过程中纤维纱束与基体和膜层的变形行为及相互作用关系,建立了蒙皮材料拉伸力学模型。通过准静态拉伸试验校验了模型的准确性并分析了模型参数的改变对材料力学性能的影响,期望能对平流层飞艇蒙皮材料结构优化设计提供帮助。

1 拉伸过程力学模型

蒙皮材料在拉伸过程中,纤维织物层是蒙皮材料的主要承力结构,研究其细观拉伸变形过程可以获得蒙皮材料的变形行为。研究中以经向纤维束方向为拉伸方向,在蒙皮材料拉伸过程中,经向纤维纱束由屈曲状态逐渐拉直,纬向纤维纱束受到挤压,曲率增大[12]。在拉伸的初始阶段,纬向纤维曲率增大使得蒙皮试样产生垂直于拉伸方向的收缩。随着拉伸载荷的增加,纬向纤维束的屈曲进一步增大并产生伸长变形。当经向纤维束基本拉直后,拉伸载荷的增大将引起经向纤维纱束的伸长变形,并在纤维交织点处产生摩擦作用。研究某平流层飞艇蒙皮材料单轴拉伸的力学模型,假设如下:

(1)忽略蒙皮材料在拉伸过程中由于纬向纤维束曲率增大而引起的横向收缩。

(2)认为纤维纱束横截面形状为椭圆形,并忽略在纤维纱束相互挤压过程中产生的压缩变形。

(3)忽略经向纤维纱束由弯曲状态逐渐拉直过程中的伸长变形。

1.1 纤维编织层受力分析

1.1.1 纤维束编织模型

图2为蒙皮材料承力层纤维纱束经纬编织结构示意图,纤维纱束横截面近似为长轴为wy,短轴为ty的椭圆。其基本几何参数如下:

纱束横截面面积

椭圆近似周长

纤维束编织角近似满足

式(3)中S0为相邻纤维束中心距。

1.1.2 细观变形模型

纤维编织层拉伸前后纤维束变形状态分别如图2、图3所示,拉力方向垂直于平面向外,拉伸变形过程可分为两个阶段。

阶段一:经向纤维纱束由弯曲状态逐渐拉直。

在这一阶段,纤维纱束在交织点相互挤压,经向纤维束曲率逐渐减小,纬向纤维束曲率不断增大并产生伸长变形。

假设拉伸前后相邻交织点间纬向纤维束长度由由L1变化到L2,则纬向纤维束应变

由于纬向纤维伸长量很小,可以认为其满足胡克定律

式(5)中,EB为纤维束弹性模量。

对于经纬交织的纤维纱束,由于变形过程进行的相对缓慢,可以认为在变形过程中蒙皮材料处于静平衡状态[13]。在拉伸变形过程中满足平衡条件,因此有

在拉伸过程中,纬向纤维束编织角θx增大,经向纤维束编织角θy减小,认为θy减小到δθ时,纤维束基本拉直,此时θx增大到θc。这也符合实际情况,因为垂直面需满足平衡条件,所以经向纤维束不可能处于完全拉直状态。

阶段二:经向纤维束伸长变形,纤维束交织点处产生摩擦作用。

这一阶段经向纤维束伸长变形,随拉伸载荷的增大,伸长量不断增大,直到纤维束断裂为止。这一过程中,由于经向纤维束的伸长变形,经纬向纤维束在交织点处将产生摩擦作用。此时,经向纤维束轴向载荷在交织点处受到摩擦力作用而减小,纬向纤维束受到摩擦力作用并将这部分载荷传递到基体和膜层上,同时,基体和膜层又对经向纤维束起到拉伸作用。认为纤维编织层每一交织点处受力一致,则相邻的交织点间载荷分布如图4所示。其中,FB为作用在经向纤维束上的拉伸载荷,f为交织点处摩擦力。

1.1.3 摩擦力计算模型

由于经向纤维束拉直引起纬向纤维束屈曲变形,在交织点处两向纤维束相互挤压产生正压力。假设纬向纤维束轴向载荷沿纤维束均匀分布,交织点处的正压力可以通过δx微段进行计算。

图5中y=f(x)为交织点处经向纤维束横截面函数。横截面方程为

由平衡条件可以得到δx微段对应的正压力为:

在椭圆上半部分积分可以得到交织点处摩擦力

式(9)中,μ为纤维束之间摩擦系数,w为纬向纤维束宽度。

1.2 基体和功能膜层的受力分析

对于蒙皮材料中的基体组分,可视为各向同性材料,其在拉伸载荷下的应力-应变关系满足:

式(10)中,σm、εm、Em分别为基体的应力、应变和模量。

蒙皮材料中各功能膜层通过高粘性胶黏剂粘接成型,各层具有和基体相似的特征,其应力-应变关系可用厚度叠加的多层各向同性薄膜进行计算。为简化计算,认为各功能膜层厚度相同,且模量一致,则功能膜层的应力-应变满足:

式(11)中,σM、εM、EM分别表示功能膜层的应力、应变和模量。

1.3 蒙皮材料拉伸力学模型的建立

蒙皮材料拉伸过程中,纤维编织层经历了两个阶段的变形。在阶段一,认为经向纤维束只存在曲率的变化,经纬向纤维束之间无摩擦作用。这一过程纤维编织层的拉伸应变为

结合式(5)、式(6)可以得到该阶段纤维编织层的应力-应变关系为

在阶段二,由于经向纤维束的伸长变形,在经纬交织点处产生摩擦作用。由细观变形分析可得,该阶段纤维编织层的拉伸应变为

式(14)中,α为基体和膜层与纤维束的相互作用因子。

由式(9)、式(14)可以得到该阶段纤维编织层的应力应变关系为:

对于飞艇用蒙皮材料,在拉伸过程中,基体层和功能膜层与纤维编织层同步伸长,可知这几种组分的拉伸应变是一致的,且应力之和与外载相等。根据复合材料体积分数原理,有

式(16)中,VB、Vm、VM分别为纤维编织层、基体层和功能膜层在蒙皮材料中的体积分数。

基于以上分析,将各组分的参数带入式(16)就可以获得蒙皮材料的应力-应变关系,这就完成了对蒙皮材料单轴拉伸过程力学模型的建立。

2 试验

试验用平流层飞艇蒙皮材料是一种高强轻质层压复合材料,其承力层为聚芳酯Vectran纤维平纹编织结构。试样尺寸为290 mm×40 mm,厚度为0.16 mm,试样两端均预留20 mm的固定装卡端,材料基本性能参数如表1所示。

根据GB/T 3354—2014,取相同规格试样在同等条件下进行3次拉伸试验,采用2 mm/min等速率加载模式。

试验设备使用WDW—100型小量程拉伸测试试验机,载荷控制精度为0.01 N、位移控制精度为0.001 mm。蒙皮材料试样两端分别与上下端卡头固定,下端为固定端,上端与高精度拉力、位移传感器连接,实时采集试样的拉伸载荷与位移数据。蒙皮材料拉伸测试环境参数为温度(25±3)℃,相对湿度50%。

试验应力-应变曲线如图6所示,蒙皮材料拉伸模量可以由曲线斜率求出。从图中可以看出,拉伸过程表现出比较明显的非线性行为。蒙皮材料初始拉伸模量较低,随着应变的增加,拉伸模量在逐渐增大,当应变达到某一值后,拉伸模量趋于稳定值,不再随应变的增大而改变,直至材料失效。试验得到蒙皮材料最大拉伸模量E、极限应力σb和断裂伸长率εe如表2所示。

3 结果与讨论

计算中所使用的模型参数[14]如表3所示。

从式(15)可以看出,相互作用因子α的改变影响纤维编织层,进而影响蒙皮材料的拉伸行为,选取适当的α值对蒙皮材料力学性能的预测非常重要。定义D为理论模型误差,表征蒙皮材料力学性能参数的计算值与试验值偏离程度。

式(17)中,Ec、σbc分别为最大拉伸模量和极限应力的理论计算结果,选取的α值应使D取得最小值。由式(16)、式(17)可计算出不同α值对应的模型误差D,图7表明随着α的增大,D值先减小后增大,在α取0.71时,D取得最小值。

图8表示α取0.71时,模型计算结果与试验平均应力-应变曲线的对比,可以看出模型计算结果与实验结果吻合较好。在试验曲线中,当应变值达到0.9%左右,拉伸模量达到最大值,试验测得的最大拉伸模量约9.18 GPa,模型计算的结果显示,在应变为0.66%时,材料拉伸模量增大到最大值8.93GPa,误差2.72%。模拟曲线中,初始阶段拉伸模量增大的较快,应力值很快高于试验测量值,最大拉伸模量低于试验测量值,在应变约2.7%之后,模拟曲线中的应力值低于试验测量结果。在应变3.6%时,试验值约292.89 MPa,理论计算结果为287.08MPa,误差1.98%。拉伸模量和极限应力的理论值与实验值误差均在合理范围内,本文提出的蒙皮材料非线性力学模型能够较好的预测材料的拉伸性能。

当飞艇蒙皮材料中树脂基体和功能膜层的选用材料或体积分数发生改变时,相互作用因子α将发生改变。图9表示相互作用因子α对飞艇蒙皮材料力学性能的影响,随着α的增大,蒙皮材料最大弹性模量由7.20 GPa增大到9.57 GPa,极限应力从236.78 MPa增加到305.51 MPa。可以看出,提高基体和膜层与纤维束之间的相互作用因子可以显著提高平流层飞艇蒙皮材料的力学性能。

当蒙皮材料因环境老化或结构发生改变时,将引起纤维束之间的摩擦系数的改变,针对不同的μ值进行理论计算,所得曲线如图10所示。可以看出,随着摩擦系数μ的减小,蒙皮材料拉伸模量降低,导致极限应力也随之降低。当μ从0.3降至0.1时,最大拉伸模量由8.93 GPa降低到8.07GPa,降低9.6%,极限应力减小到初始值的89.2%,在很大程度上降低了蒙皮材料的力学性能。

4 结论

(1)根据蒙皮材料细观结构特点,各组分材料拉伸变形具有一致性。研究纤维编织层在拉伸过程中的变形行为,并通过复合材料体积分数原理建立了飞艇蒙皮材料力学性能和细观结构变形的关系。

(2)建立了飞艇蒙皮材料单轴拉伸力学模型,并与试验结果进行对比,曲线吻合较好,最大拉伸模量的计算结果误差为2.72%,极限应力误差1.98%。该模型能够有效预测蒙皮材料的拉伸行为,为平流层飞艇蒙皮材料结构优化设计提供依据。