C4-C6颈椎节段受压生物力学特性分析

文章利用影像诊断技术(CT扫描)获得的人体颈椎三维图形,配合相关的生理解剖学知识,建立了颈椎C4-C6运动单元完整和精确的有限元模型.这一模型包括了颈椎C4-C6运动单元的各节骨骼、椎间盘和各种韧带.在这一颈椎运动单元的有限元模型中,椎间盘纤维环材料模型为作者前期提出的一种超弹性的、考虑基质与纤维剪切相互作用的纤维加强复合材料模型,其余的均简化为线弹性材料模型.文中模拟了颈椎受到轴向压缩载荷时的生物力学特性,分析了不同椎间盘纤维环材料模型对椎间盘生物力学响应的影响,得出的有限元分析结果(颈椎力-位移关系)与文献中的轴向压缩实验数据较为吻合.颈椎有限元模型在受到压缩过程中,椎间盘纤维环背侧的应力变化最为明显.文中采用有限元方法所得出的颈椎生物力学特性可以为临床上颈椎不稳和椎间盘纤维环退变的诊治提供生物力学依据.     

C_3-C_7段颈椎粘弹性实验研究

研究了 1 8例新鲜尸体C3 C7段颈椎压缩应力松弛及蠕变特性。测定了完整颈椎 (对照组 )及模拟前路、后路手术颈椎 (实验组 )的应力松弛和蠕变效应 ,两组对照得出了在恒应变、应力条件下应力、应变与时间的曲线及数据。用回归分析的方法进行数据处理 ,得出了归一化应力松弛函数、蠕变函数及曲线。椎板成形术及颈椎前路间盘摘除减压植骨术都使颈椎的粘弹性降低 ,但前路间盘摘除减压植骨术对粘弹性的损失更大。     

C3—C7颈椎粘弹性实验研究

研究了18例新鲜尸体C3－C7段颈椎压缩应力松驰及蠕变特性。测定了完整颈椎（对照组）及模拟前路、后路手术颈椎（实验组）的应力松驰和蠕变效应,两组对照得出了在恒应变、应力条件下应力、应变与时间的曲线及数据。用回归分析的方法进行数据处理,得到了归一化应力松驰函数、蠕变函数及曲线。椎板成形术及颈椎前路间盘摘除减压植骨术都使颈椎的粘弹性降低,但前路间盘摘除减压植骨术对粘弹性的损失更大。     

组合式颈椎段整体三维有限元模型的建立

建立组合式的完整颈椎段三维有限元模型,进行生物力学分析。利用高度集成的三维图像处理软件MIMICS对CT图片进行预处理,导入大型有限元分析软件ABAQUS中三维重建后得到较为精细的三维有限元实体。颈椎段三维有限元整体模型包括节点35089个,壳单元21894个,4面体单元109746个,弹簧单元226个。模型较精确地模拟了颈椎的椎体,关节面,椎间盘,连接韧带。并针对下颈椎段的3种基本生理状态(轴向压缩,前屈,后伸)进行了有限元分析,并与实验数据及现有同类有限元模型的分析结果进行了比较,验证了模型的合理性。从模型的精细程度和计算结果的准确程度来看,该模型可以较好地模拟退行性颈椎的生物力学特性。     

人体腰椎节段CT图像的反求建模和有限元分析

利用Mimics将人体腰椎CT断层扫描图像反求建模,导入UG并加入包含纤维环及髓核的椎间盘,模拟建立人体腰椎L4-L5节段三维模型,再通过UG与ANSYS Workbench的无缝接口将该模型导入后者,对模型赋值并进行有限元分析,得出人体直立站位时,正常腰椎的椎体位移云图及应力云图.最后将模型进行简化,利用材料力学的理论公式进行强度校核.得知最大位移发生于椎间盘上表面前部,位移值为0.161 mm;最大应力出现在L4下关节突上,应力值为15.073 MPa.有限元分析结果与理论计算结果相对误差较小,表明方法可行,计算结果可靠,为临床医学提供理论参考.     

高速冲击下人体颈椎与椎间盘接触应力分析

建立了人体头颈部有限元生物力学模型,并在颈椎与椎间盘问设置接触．以15g加速度裁荷施加于头颈部有限元模型的头部,进行高速冲击有限元分析,得出颈椎与椎间盘的接触应力分布情况．结果表明：高速冲击下C6、C7间易发生椎间盘突出;在头颈部有限元模型中设置接触奈件,可以更好地模拟头颈部的生理特性和动力学响应情况．     

阴⁃非离子表面活性剂对稠油乳化的影响

为了探究不同类型阴⁃非离子表面活性剂对稠油乳化的影响,获得其构效关系,针对某油田某稠油区块原油,选择了6种单体型阴⁃非离子表面活性剂C14E3C、C14E5C、C14E7C、C14E9C、C16E3C、C18E3C,两种Gemini型阴⁃非离子表面活性剂OP4、OP15,利用旋转滴界面张力仪和稳定性分析仪,考察了表面活性剂质量分数、油水质量比以及聚合物对油水界面张力、原油乳状液粒径、稳定性等的影响规律。结果表明,单体型随着氧乙烯（EO）基团的增加,乳状液的稳定性变化不大,而烷基链的增长会小幅度增加乳状液的稳定性。对于Gemini型阴⁃非离子表面活性剂,EO基团个数的增加会小幅度增加乳状液的稳定性。单体型相较于Gemini型有较小的分子尺寸,界面张力稳态值普遍偏低。同时,聚合物的加入会提高乳状液的稳定性。     

预应力轴压比对节段拼装桥墩力学性能影响分析

采用后张预应力连接的节段拼装桥墩具有施工工期短、对环境影响小、质量易保证等优点,但至今其力学性能尚不明确.为了获得一个具有良好力学性能的预应力轴压比值,本文以一节段拼装桥墩为原型,设计了5种节段拼装桥墩方案,利用ABAQUS建立了实体有限元模型并进行模拟计算.将模拟结果与既有试验结果进行比较,验证了该模拟方法的正确性.分析对比了不同预应力轴压比对节段拼装式桥墩的力学性能的影响,结果表明轴压比在10%~20%的结构拥有较好的力学性能.研究为节段拼装桥墩的设计提供一定的参考.     

基于平行四边形环链的旋转开合板式结构

为提高开合结构在开启过程中的安全稳定性,提出一种绕定点旋转开合的板式结构,内部的定点可作为结构的支撑约束点. 运用欧式几何分析方法研究平行四边形环链的运动规律,发现平行四边形环链的一组角梁单元具有绕定点旋转的运动特性;据此提出以板单元替换旋转角梁单元来构造旋转开合板式结构,给出板单元分割时需满足的几何协调条件以及板单元分割线的可调整范围;阐述旋转开合板式结构开启角度、开口面积和板单元分割线倾斜方向、布置位置、形状间的内在关系,得出增加旋转开合板式结构开启角度和开口面积的方法. 研究结果可为绕定点旋转开合板式结构的设计提供参考.     

松花江哈尔滨段二维非定常水动力学有限元数值模型的建立

采用三角形和四边形单元的混合模式,运用有限元理论的数值计算方法,借助大型计算软件TABS-MD,应用浅水波理论和水深方向平均化理论对二维天然河道水体方程进行简化,通过构建有限元地形网络,率定模型系数,建立了松花江哈尔滨段二维多边界非定常有限元水动力学数值模型.得出糙率主要与单元水深和植被状况有关,且沿水流方向呈带状分布,糙率值取值范围为0.0235～0.080;在同一点的4个动力粘滞系数εij可取同一值,本区段取值范围为1 200～10 000.模型计算结果满足稳定性和精确性的要求,计算质量流量误差＜5%,平均水位误差＜5 cm.     

端部约束钢管混凝土柱耐火性能及抗火设计方法

为了给钢管混凝土柱的抗火设计提供有效方法,利用梁单元建立了端部约束钢管混凝土柱耐火性能分析的有限元计算模型。利用上述模型,考虑转动约束、轴向约束以及偏心距的影响,对火灾下端部约束钢管混凝土柱的计算长度系数和稳定系数等进行了系统的参数研究。最后,提出了端部约束钢管混凝土柱的抗火计算方法。     

高强钢焊接薄腹工形截面双向压弯构件的稳定性

应用ANSYS有限元,分析了Q460高强钢焊接薄腹工形截面双向压弯构件的稳定性能,提出了可供实际应用参考的设计公式。分析中考虑的主要参数有腹板高厚比,构件长细比,翼缘宽厚比及荷载偏心率。结果表明,对受压为主的构件,腹板局部屈曲对构件稳定承载力影响较大,而对受弯为主的构件,这一因素对构件稳定承载力影响较小。有限元分析结果与现行规范方法计算结果比较表明,目前规范方法尚不能较好地计算高强钢焊接薄腹工形截面双向压弯构件的稳定承载力,因而提出了修正直接强度法,该法精度较好且偏于安全。     

将台花园钢结构网壳焊接节点承载性能试验

将台花园网壳屋面系统采用了全焊接的钢结构节点,节点的六肢在空间交汇,几何形状不规则,为了检验节点的承载性能和安全储备,需要开展专门的加载试验研究.通过在矩形反力架上固定节点试件的三肢,对其余三肢进行轴向加载,控制轴向荷载的偏心实现设计荷载中的主弯矩施加,一共针对四个节点进行了试验研究.试验结果表明,节点可以安全承受设计荷载作用,且具有较大的安全储备.利用ANSYS建立考虑材料与几何非线性特性的有限元模型,对试验加载过程进行全过程模拟.有限元分析结果与试验数据吻合良好,验证了有限元模型的可靠性.加载试验研究可以较好地检验该类空间相贯节点的承载性能,所采用的研究方法能够为同类节点的设计与应用提供参考.     

受压T肋加劲板翼缘的局部稳定性能

为研究T形肋加劲板翼缘的受压局部稳定性能,考虑翼缘宽厚比的变化,设计制作5个Q345和4个Q420钢材强度的焊接T形肋加劲板试件进行翼缘局部稳定轴压试验,并建立有限元模型进行验证,分析不同材料本构、简化焊接残余应力、局部初始几何缺陷对其受力性能的影响,得到翼缘局部稳定简化计算公式。结果表明：翼缘局部稳定试件与有限元模型均在翼缘1/2高度附近发生局部屈曲破坏,翼缘宽厚比越大,试件出现局部屈曲变形越早。有限元计算模型采用理想弹塑性本构模型模拟,随着翼缘相对宽厚比增大,残余应力的计入降低了构件轴向刚度;所有板件均计入局部初始缺陷时的稳定系数最小。采用三次多项式拟合的翼缘局部稳定简化公式曲线与欧洲规范曲线的趋势较为接近,而采用Perry公式拟合的曲线与中国、美国规范曲线的趋势较为接近。不同钢材强度拟合的公式曲线趋势基本一致,可以推荐采用Perry公式拟合的曲线进行计算。     

采用动力测试的双转子卧螺离心机模型修正

基于动力测试及有限元模型修正建立准确的双转子结构卧式螺旋离心机动力学模型. 通过对复杂双转子装配体进行分步动力测试,获得整机及内转子在不同支撑条件下的前3阶模态参数. 研究双转子结构三维有限元模型精确建模方法并建立结构连接刚度的参数化模型. 通过有限元模态仿真分析及仿真结果与各阶试验模态参数的对比,检验模型的有效性. 通过参数灵敏度分析,获得卧螺离心机各连接结构中对结构模态参数影响最大的因子,并使用遗传算法分别对内转子和整机关键连接结构进行模型修正. 修正后的整机有限元模型在轴承支撑状态下前3阶弯曲模态频率仿真结果与试验结果之间的误差小于5%,可以较好地模拟卧螺离心机的动态特性,为深入的振动分析打下良好基础.     

Numerical Study on Neck Injury Under Different Postures in Vehicle Side Impact

Neck injury is a severe problem in traffic accidents. While most studies are focused on the neck injury in rear and front impacts, few are conducted in side impact. This study focuses on the difference of neck injury under different postures and the difference of 7 cervical vertebras under the same posture using the method of prescribed structure motion(PSM). The analytical results show that the maximum changes of mean force and mean moment of 7 cervical vertebras under 8 different postures are 20% and 47% respectively. The variation of each cervical vertebra is different under different neck postures. Up cervical vertebras (C1-C4) and low cervical vertebras (C5-C7) suffer different forces and moments under the same neck posture. Generally speaking, No.6 (neck right leaning 40°) is the posture with lowest neck injury risk.     

填充墙对空间框架非线性地震反应特征的影响

填充墙对钢筋混凝土框架结构的震害有明显影响,已有研究侧重于分析填充墙竖向不规则布置对结构的不利影响。在规则、对称钢筋混凝土典型空间框架的基础上,设计了8种包括平面、竖向不规则在内的填充墙布置方式。在OpenSees平台上,采用基于柔度法的纤维模型模拟柱的双偏压非线性特征,采用等效对角斜支撑压杆模拟填充墙,对各空间框架进行了罕遇地震下的非线性反应分析。结果表明,布置方式合理的填充墙可以有效减小空间框架的地震反应;填充墙沿竖向不规则布置将明显加大框架的地震反应,并容易在填充墙减少或取消的楼层形成"层侧移"反应特征;各楼层具有相同的填充墙平面不规则布置方式,能在一定程度上减小框架的地震反应,但会引起塑性变形在未布置填充墙的局部平面位置集中;填充墙平面、竖向布置均不规则,仍将导致塑性变形集在局部楼层集中,由填充墙竖向不规则所导致的塑性变形集中效应会明显超过平面不规则布置对框架非线性地震反应的不利影响。     

不锈钢箱形轴压构件整体稳定承载力计算方法

为研究不锈钢箱形轴心受压构件的整体稳定承载力,采用ANSYS软件对不锈钢轴压构件进行了非线性有限元模拟,将模拟结果与试验结果进行对比,验证了所建立有限元模型的准确性.采用经试验验证的有限元模型对具有不同几何初始缺陷、截面残余应力、材料力学性能、截面宽厚比以及长细比的不锈钢工字形构件整体稳定承载力进行参数分析,通过对比确定材料力学性能、构件长细比为影响承载力的主要因素.在参数分析的基础上,依据稳定承载力的数据拟合结果提出了整体稳定系数的三段式计算方法,并将该计算方法与试验数据进行对比,表明此计算方法可较准确地计算不锈钢箱形轴心受压构件整体稳定承载力.