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高频低幅振动下细胞塑料培养皿的动力响应分析

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高频低幅振动下细胞塑料培养皿的动力响应分析

发布日期:2020-09-21 作者: 点击:

高频低幅振动下细胞塑料培养皿的动力响应分析细胞是生物体中最基本的单位,可以通过细胞培养技术获得大量的细胞或其代谢产物。传统的细胞培养技术要通过准备工作、取材、培养和冷冻及复苏四个过程,这些过程耗时长、细胞成长率低。随着科学技术的进步,细胞培养技术取得了巨大的进展。研究发现,在细胞培养阶段,机械振动能更好地促进或者抑制细胞的生长,这种方法能有效地克服传统细胞培养技术耗时长、细胞成长率低的缺点,节省大量人力物力。塑料培养皿中的液体晃动是典型的流固耦合非线性问题,本文基于势流体理论,采用有限元软件ADINA对不同充液量的圆柱形细胞塑料培养皿进行仿真分析,模拟细胞培养皿在不同频率的高频低幅振动下的瞬态动力响应,进而得到在外界有规律的高频低幅振动下底部受力、自由液面、壁面有效应力等参数的响应规律。首先,ADINA软件中建立5种不同充液量的三维圆柱形培养皿模型,模拟培养皿壁面采用壳单元,模拟液体采用势流体单元。然后,对空培养皿和不同充液量的模型进行模态分析,提取各培养皿的模态和前10阶固有频率,获得了随充液量变化,培养皿固有频率的变化规律;并将模态分析的结果和文献结果进行对比,验证了本文建模方法和仿真结果的合理性。最后,对不同充液量培养皿模型进行加载不同频率的高频低幅振动的瞬态响应分析,选取关键点对培养皿和培养皿内液体的运动状态进行描述,得到自由液面的晃动波高、底部受力和壁面有效应力等参数的时程曲线,为细胞培养实验提供相关理论依据和数值模拟预测结果。

塑料培养皿

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