21世纪是生命科学的世纪,生物工程是优先发展的高科技领域之一。生物工程工业分 析实验是生物工程专业教学设置中的一们主要专业课程,是初步了解、学习和掌握生物工程 工业分析研究的一个重要实践性环节。其实验目的是为了有针对性地解决一个具有明确工业 背景的生物工程问题,旨在培养学生掌握生物工程工业生产过程中的质量研究和质量控制的 基本理论知识与基本操作技能,具有基本的实验研究思路和分析问题解决问题的能力学生 通过较为系统的实验室工作来培养自己的动手能力,分析问题的能力

教学内容及教学过程 1.3平衡问题的解法 一、约束与约束力 二、受力图 1、分离体、受力图 分离体:把研究对象从与他们联系的周围物体中分离出来,得到解除了约束 线 的物体。 受力图:表示分离体及其上所受的全部主动力和约束力的图形。 2、受力分析是解决静力学和动力学问题的关键绘制受力图的步骤: a)选定研究对象,并单独画出其分离体图; b)在分离体上画出所有作用于其上的主动力(一般为已知力) c)在分离体的每一处约束处,根据约束的特征画出其约束力。 3、注意事项

3.1 要点扫描 3.1.1 扩散定律 3.1.2 扩散方程的解及应用 3.1.3 扩散的微观机制 3.1.4 扩散热力学及影响扩散的因素 3.1.5 反应扩散 3.2 难点释疑 3.2.1 就菲克第一定律，应当注意哪些问题？ 3.2.2 用球对称稳态扩散分析固态相变过程中球形晶核的生长速率 3.2.3 关于一维无穷长系统扩散问题的讨论。 3.2.4 直接换位机制不是扩散的主要机制。 3.2.5 用扩散的微观机制说明空位浓度和晶体稳定性的联系。 3.2.6 部分离子化合物在不同温度下的扩散机制有所不同。 3.2.7 反应扩散（多相扩散）的相关重点问题讨论。 3.3 解题示范 3.4 习题训练

针对传统可溶性压裂球材质存在的缺点，采用铸造法制备性能优异的可溶性镁合金，系统研究了铝含量对可溶性镁合金组织、溶解性能及力学性能的影响.结果表明：可溶性镁合金组织由α-Mg和β-Mg17Al12相组成，随着铝含量的增多，组织中β-Mg17Al12相数量增多，呈连续网状分布于α相晶界处，并且α晶粒也变得粗大.可溶性镁合金在氯化钾（KCl）溶液中可自行溶解，且随KCl浓度的升高，溶解速率变大，在质量分数为3%的KCl中溶解性能最佳.随着铝含量的增加，可溶性镁合金的溶解速率变大，室温下溶解速率最高可达7.42 mg·h-1·cm-2.溶解产物粒度分析结果显示，中值粒径D50为38.691 μm，溶解产物物相为Mg17Al12和Mg （OH）2.可溶性镁合金的抗压强度最高可达430 MPa，变形量为3.0%时试样断裂，随着铝含量的增加，可溶性镁合金的塑性降低

薄液膜大气腐蚀的本质是吸附于金属基体表面的水汽形成薄电解质液膜引起的金属腐蚀现象.由于液膜很薄,无法满足常规的三电极溶液测试体系要求,使得微区电化学技术在该领域得到广泛的应用.本文对比分析了用于薄液膜大气腐蚀的电化学测试技术,着重介绍了扫描Kelvin探针、丝束电极、微液滴电极等测试方法在薄液膜大气腐蚀研究中的应用,并通过总结测试中涉及的关键参数揭示了薄液膜/液滴尺寸与腐蚀动力学过程的关系.最后提出了微区电化学方法在该领域应用目前存在的问题以及今后可进一步提升的可能

Ruhrstahl Heraeus（RH）精炼炉是重要的二次精炼装备，但在真空处理过程中会遇到钢液易挥发合金元素的损失量大的问题，且造成钢液真空喷溅的结瘤及对后续钢液的二次氧化。针对含锰钢RH真空处理过程锰的气化导致的元素损失及真空喷溅等问题，跟踪和研究了120 t RH不同真空处理模式下钢液中Mn元素的变化规律及迁移行为。分析了锰元素损失与其挥发和真空喷溅的关系，并在RH真空室内壁不同位置结瘤物的解剖实验中得到验证。研究表明，钢液中Mn元素在RH真空过程中存在着明显损失，真空前期损失量最大；RH真空室内壁结瘤物中锰氧化物的质量分数整体占比高达14%～70%；热力学计算结果显示：温度、钢中Mn的含量以及真空度对Mn的挥发行为均有着很大的影响，是真空过程锰迁移的关键影响因素。通过改进真空压降模式，采用步进式抽真空，元素锰的损失由原先的2×10?4降低至1×10?4，结果对现场生产具有很强的指导意义，通过改进真空压降模式可以有效的抑制钢液的喷溅和挥发，进而减少合金元素锰的损失

疲劳裂纹的萌生与扩展容易导致压力容器及管道的严重疲劳失效.因此就设备的安全可靠性而言,非常有必要对疲劳裂纹扩展过程进行监测,并对疲劳损伤程度进行评估.本文针对316LN不锈钢材料进行疲劳实验研究,利用直流电位法测量实验中的裂纹长度,得到了材料的疲劳裂纹扩展曲线.利用声发射技术对疲劳裂纹扩展过程进行监测,通过声发射多参数分析对疲劳损伤状态进行评价,同时建立了声发射参数与线弹性断裂力学参数之间的关系,并进行寿命预测.研究表明:声发射能够对316LN不锈钢的疲劳裂纹损伤进行有效评估,声发射累积参数如累积计数、累积能量和累积幅值曲线上的转折点标志着疲劳裂纹进入快速扩展阶段,这可以为工程人员提供失效预警;声发射波形和频谱分析表明,噪声信号的幅值较小且信号持续时间较长,信号包含的频率成分比较复杂,而裂纹扩展信号是突发型信号,衰减较快,信号频率主要集中在80~170 kHz范围内;声发射计数率、能量率和幅值率与应力强度因子幅度以及疲劳裂纹扩展速率之间呈线性关系,裂纹长度预测结果与实测值接近.本研究工作对于工程结构的疲劳失效预警和剩余寿命预测具有重要意义

针对裂隙性储层水力压裂行为中出现的围岩维护、增透效率与地下水害防治等实际问题，本文对多场多相耦合作用下起裂压力控制机制，以及压裂性评价展开了深入研究。首先分析了射孔集中力对原始应力场的改造作用；其次，考虑压裂液在储层原生裂隙中的渗透作用；最后，基于断裂力学强度准则建立了水平井起裂压力计算模型。根据模型分析了储层裂隙场几何参数对起裂压力的控制作用，提出了裂隙场特征参数的概念。研究结果表明，水平井水力压裂是流固多相在射孔应力场、压裂液渗流场以及储层裂隙场耦合空间内相互作用过程，裂隙场特征参数对起裂压力的大小起着主导控制作用，其中最大控制因素为储层隙宽，且当储层隙宽在200～700 μm区间内时，水力压裂对改善其渗透性能才有实际意义，从而解决了裂隙性储层起裂压力的定量化与压裂性评判问题。经实例计算与对比发现，苏里格气田东区H8段的砂岩储层，起裂压力的理论值与实测值契合度较高，压裂后的产能也十分理想，从而验证了模型的正确性，可以为水平井压裂施工提供理论依据

岩石结构面的定量化描述对于理解结构面的力学性质至关重要,投影覆盖分形描述法是结构面定量化表征的主要方法之一.然而,投影覆盖法计算结构面分形维数时存在三角形单元划分的缺陷.从概率分析角度考虑,将随机数应用于三角形单元的划分中,提出了基于随机数估算结构面分维数的投影覆盖法.应用改进投影覆盖法计算了红砂岩结构面的分维数,获得了120个分维值,并将其作为一个分维数样本;然后分析了此样本的分布特征,并将样本均值作为结构面分维数的精准值.实例分析证明,采用改进投影覆盖法所获分维数样本是来自正太分布总体;投影覆盖法计算的分维数几乎是改进投影覆盖法所获结果的极限值;基于随机数进行三角形单元划分更符合实际结构面形貌特征,从而计算的分维数更精准

设计了不同相构成的超高强DH钢，抗拉强度均大于1300 MPa，组织由铁素体、马氏体、残留奥氏体和极少量碳化物构成。对比了不同相构成对超高强DH钢力学性能和应变硬化行为等的影响，并深入研究了残留奥氏体在超高强度DH钢中的作用机制。结果表明：随着马氏体和残留奥氏体体积分数的增大，铁素体体积分数的减小，实验钢屈服和抗拉强度同时升高，而延伸率呈先增大后减小趋势。软韧相铁素体体积分数的减小和硬相马氏体体积分数的增大导致屈服强度和抗拉强度增加。相对于回火马氏体，淬火马氏体对强度的提升更显著，在拉伸过程中转变的残留奥氏体的量是引起延伸率变化的主要原因，组织中显著的带状组织会造成颈缩后延伸率的明显降低。通过对应变硬化行为的分析表明，随着真应变的增大，应变硬化率呈减小的趋势，在真应变大于2%后的大范围内，对于应变硬化率，DH1>DH2>DH3，主要与铁素体体积分数有关；在真应变大于5.73%后，DH2钢的应变硬化率高于DH1钢和DH3钢，主要与DH2钢中更显著的TRIP效应有关。除了残留奥氏体体积分数，残留奥氏体中的碳含量对TRIP效应同样有显著的影响。较高比例的硬相马氏体组织结合适当比例的软韧相铁素体和残留奥氏体有助于DH2钢获得最良好的强塑积13.17 GPa·%，其中屈服强度达880 MPa，抗拉强度达1497 MPa，均匀延伸率为6.71%，总伸长率为8.8%，颈缩后延伸率为2.09%，屈强比0.59