MCL缺损对多屈曲角胫股关节力学特性影响

该文通过SONATA MAESTRO 1.5T采集0°/25°/60°/80°四个屈曲角下的正常膝关节的MRI图像,构建四个屈曲角位姿的正常/内侧副韧带缺损的整体胫股关节3D 模型,通过对这八组模型施加不同的外翻力矩进行有限元仿真,来分析内侧副韧带缺损时关节软组织及韧带的力学特性。仿真结果表明:1) 膝关节外翻时,内侧副韧带缺损会引起交叉韧带的张力显著增大,前交叉韧带和后交叉韧带替代了内侧副韧带的外翻限制作用,成为抵抗外翻的主要稳定结构,其中前交叉韧带相比后交叉韧带能提供更大的外翻阻力。随着屈曲角度的增加,交叉韧带抵抗外翻的负荷均显著增大。在高屈曲角位姿时,交叉韧带尤其是前交叉韧带,极易伴随内侧副韧带断裂而产生联合损伤;2) 内侧副韧带缺损降低了膝关节的直向稳定性,特别对股骨内侧髁与内侧胫骨关节面的直向稳定性的损失最为 明显。膝关节的外侧关节软骨和半月板在外翻时比正常关节承受更高的负荷,同时外侧半月板传递力的能力明显下降;3) 内侧副韧带损伤后,股骨软骨在小屈曲角位姿(25°屈曲角)等效应力值变化最大,而胫骨软骨和半月板在小屈曲角位姿(25°屈曲角)和高屈曲角位姿(80°屈曲角)最大等效应力值变化最为明显,外翻时最大等效应力变化最大的屈曲角位姿将更易导致关节软骨与韧带损伤。     

ACL移植物初始力对胫股关节接触性能影响

为深入研究ACL重建中移植物初始力对术后膝关节性能的影响,该文从MRI数据中提取膝关节各组织来构造出正常膝关节三维模型,通过对正常膝关节添加隧道与植入ACL移植物构建出ACL单束/双束重建膝关节模型。随后在压扭、压弯及压扭弯载荷作用下通过对ACL移植物施加10N~100N范围内的初始力进行有限元仿真,以此来分析初始力对关节软骨、半月板、移植物的应力分布影响以及对关节间接触力和关节位移的影响,所得结论如下:首先,单束/双束重建胫股关节的软骨、半月板的应力分布受初始力影响较小,其最大等效应力随初始力的变化分别不超过25%和20%,但移植物上的最大应力却随初始力的增加明显增大;其次,单束重建关节中半月板传递的轴向载荷随初始力增大而增加,双束重建关节中半月板传递载荷则随着初始力的增大反而减小;最后,在初始力10N~100N范围内,胫骨前移与所承受的前向力载荷之间基本成线性关系,前移量随初始力增大而减小。根据重建关节特性曲线表明,初始力对双束重建的影响稍微小于单束重建。     

重组竹轴向应力-应变关系模型

以重组竹为对象,对重组竹的轴向拉伸与压缩应力-应变关系进行研究。通过单向轴向拉伸与压缩试验,研究了重组竹的破坏形态与应力-应变关系特征。试验结果表明：重组竹拉伸的破坏模式表现为脆性拉断,受压破坏模式表现为压屈破坏、剪压破坏和楔形劈裂破坏;重组竹轴向拉伸的应力-应变关系呈线性变化,其受压应力-应变曲线可分为弹性阶段、弹塑性阶段和平台阶段3个阶段。对于重组竹轴向受拉应力-应变关系,建议了线弹性关系模型;对于重组竹轴向受压应力-应变关系,建议了三折线模型、通用函数模型、指数函数模型3个模型,其皆能描述重组竹轴向受压时应力-应变曲线的三个阶段。各个模型的计算结果与试验结果总体吻合度均较好。     

轴向超声振动辅助磨削的表面残余应力建模EI北大核心CSCD

以单颗磨粒为对象,分析了轴向超声振动下磨粒的运动特性;在此基础上,将磨削力分为切削变形力和摩擦力两部分,分别分析了轴向超声振动对切屑变形力和摩擦力的影响。在切削变形力方面,轴向超声振动改变了磨粒的运动方向和运动轨迹;在摩擦力方面,轴向超声振动降低了磨粒与工件间的摩擦因数;结合切向磨削力与热源强度的关系,以及温升是磨削表面残余应力产生的主要因素,建立了轴向超声振动辅助磨削的表面残余应力模型。进行轴向超声振动辅助磨削45钢的表面残余应力实验,确定了模型的常数,并验证了所建模型的正确性。     

轴向超声振动辅助磨削的表面残余应力建模

以单颗磨粒为对象,分析了轴向超声振动下磨粒的运动特性;在此基础上,将磨削力分为切削变形力和摩擦力两部分,分别分析了轴向超声振动对切屑变形力和摩擦力的影响。在切削变形力方面,轴向超声振动改变了磨粒的运动方向和运动轨迹;在摩擦力方面,轴向超声振动降低了磨粒与工件间的摩擦因数;结合切向磨削力与热源强度的关系,以及温升是磨削表面残余应力产生的主要因素,建立了轴向超声振动辅助磨削的表面残余应力模型。进行轴向超声振动辅助磨削45钢的表面残余应力实验,确定了模型的常数,并验证了所建模型的正确性。     

碳纤维增强环氧树脂复合材料层合板干涉连接插钉轴向力建模与分析

碳纤维增强环氧树脂复合材料（CFRP）构件干涉配合连接的插钉轴向力过大会引起层合板弯曲和分层,严重影响产品的安全性。针对CFRP层合板的高锁螺栓干涉连接过程,分析了其制孔、插钉及拧紧等装配连接工艺,将其干涉插钉过程划分为4个阶段,并对各个阶段进行了详细的力学行为分析;对螺栓杆处和倒角处的挤压力和摩擦力分别进行力学建模,并结合各作用力的边界条件与阶段划分,构建了干涉插钉全过程的轴向力模型;通过ABAQUS有限元模拟了CFRP层合板干涉插钉工艺过程,并开展了干涉螺栓安装实验,对比分析了层合板孔周径向挤压应力分布和插钉轴向力变化规律,解析结果与模拟和实验结果吻合较好,为后续CFRP层合板的插钉分层损伤和工艺优化研究奠定基础。      

缝线对缝合增强三明治结构(陶瓷-气凝胶-陶瓷)热防护结构静力特性的影响

为研究缝线对热防护结构拉伸特性的影响,提出一个缝线缝合增强三明治结构（陶瓷-气凝胶-陶瓷）模型。借助有限元软件程序设计语言建模,用多阶次逐步精确分析法确定缝合增强三明治结构内部应力-应变场。首先对支架和不带缝线的试件整体进行有限元分析;然后考虑缝线等详细结构;最后截取子结构进行详细分析。将三明治结构有限元模型应力变化趋势与试验结果分析对比,验证了有限元模型有效性,并且给出有限元解的变化规律。将缝合增强三明治结构与未缝合三明治结构得到的应力-应变曲线进行对比。结果表明,结构底板受单向拉伸且缝线有预应力时,缝合增强三明治结构沿长度方向（x方向）的应力峰值可有效减小（路径1上的最大应力均减小4.6%左右）;沿z方向的整体应力大幅度减小（路径3应力平均减小30%左右）。      

指间关节韧带生物力学实验研究

对指间关节韧带进行生物力学研究，为人工韧带研究提供生物力学参数。在电子万能试验机上对指间关节韧带进行单向拉伸实验。得出了指间关节韧带拉伸最大载荷、最大应力、最大应变等、对实验结果进行分析讨论。     

锥-柱组合壳体声辐射影响因素研究

在原有的简单锥-柱壳体的基础上，以肋骨、舱壁加强的锥-柱组合壳体来模拟潜艇典型尾部结构，采用有限元(FEM)和快速多极边界元(FM-BEM)方法，研究了壳体的舱壁布置形式、激振力方向、流体介质、锥壳段刚度、壳体阻尼对其声学性能的影响。在验证了原模型的干模态基础上，分别计算了各因素对新模型辐射声功率的影响，结果表明：（1）分布轴向力作用下，采用球舱壁加强的组合壳体水下辐射声功率及效率最小；（2）由于径向力更易激起壳体的周向模态，其激起的水声要强于轴向力，但轴向力的作用也不可忽视；（3）施加径向力时，壳体在水中的轴向位移小于在空气中，而法向位移大于在空气中；（4）锥壳段刚度对降噪无明显作用，而适当增加壳体阻尼可降低声辐射。本文的研究结论可为潜艇尾部声学优化设计提供参考。     

半月板移植的固定法对胫股关节屈曲中韧带及骨骼的力学特性影响

基于正常膝关节4个屈曲角度(0°/25°/60°/80°)下的MRI图像数据,构建了正常以及内侧半月板移植术中双隧道固定和三隧道固定的胫股关节有限元模型,对屈曲角系列下的4种模型分别施加10N?m的内外旋扭矩进行有限元仿真,得到各模型在两种载荷作用下的应力及位移分布,通过从仿真结果中提取各韧带表面的最大拉应力、韧带内的张力及韧带的最大变形量以及股骨、胫骨最大等效应力进行对比分析,获得了内侧半月板移植的双隧道/三隧道固定方法对胫股关节屈曲中韧带及骨骼力学特性的影响。结果表明:同类异体半月板移植的两种固定方法均在一定程度上改善了半月板切除引起的韧带力学行为的异常情况,尤其以采用三隧道固定后的改善更为明显。与双隧道固定相比,三隧道固定使各屈曲角度下韧带表面最大拉应力的变化更为小些,且对各韧带内张力的大小的改变也更微小;虽然三隧道固定使两种载荷作用下韧带的平均变形量的变化更大一些,但4个屈曲角度下的平均变化百分比不超过10%。同类异体半月板移植的两种固定方法均在一定程度上影响股骨和胫骨应力分布,但采用三隧道固定后的影响相对于双隧道固定的小。综合而言,三隧道固定比双隧道固定更利于移植膝韧带力学性能的恢复和胫骨/股骨接近正常的骨骼应力分布。该文的研究结果能为同类异体半月板移植手术的临床实施和术后分析提供参考数据。     

半月板切除对多屈曲角位姿胫股关节接触性能的影响

针对半月板损伤切除后胫股关节接触特性的变化,该文利用正常膝关节四个屈曲角度(0°/25°/60°/80°)下的MRI 图像数据,构建了正常/内侧半月板切除/外侧半月板切除/双侧半月板切除的胫股关节有限元模型,对各屈曲角度下的四种模型分别施加单一压载荷和压扭组合载荷进行有限元仿真,仿真结果表明:1) 对胫股关节的各个屈曲角位姿而言,单侧半月板损伤切除后,存留侧半月板所承担的轴向载荷及半月板表面的最大等效应力增加,其中外侧半月板切除较内侧半月板切除的增量大;2) 各屈曲角位姿下,半月板损伤切除后,胫骨/股骨软骨直接传递的轴向载荷增大,双侧半月板切除的增加量最大,单侧半月板切除对切除半月板侧的影响次之,对保留半月板一侧的影响最弱;此外,胫骨软骨上的最大等效应力以内侧/外侧/双侧切除的顺序依次增大;3) 胫股关节中外侧/双侧半月板损伤被切除后,25°和80°的屈曲角位姿下的外侧胫骨软骨上出现明显的应力集中.总之,对于各个屈曲角位姿的胫股关节,半月板损伤切除后,导致胫骨软骨/股骨软骨通过直接接触传递了更多的载荷,由此改变了软骨上的应力分布,使软骨上的最大等效应力值增加,从而引起了关节软骨退变及关节的其它综合病变.外侧半月板切除引起的胫股关节接触特性的变化比内侧半月板切除时更大,在半月板切除术中应加以重视.     

大跨度斜拉桥气弹模型对结构静风响应的反应能力的数值研究

通过有限元方法探讨了全桥气动弹性模型主梁轴向刚度失真和主梁初内力失真的问题,以及它们对大跨度斜拉桥风致静力响应的反应能力。分析发现,两个失真因素均会较明显地导致实际结构的风致静力响应被低估,但两者对试验结果准确性的影响趋势可能相反而相互抵消。当两个失真因素同时作用时,风洞试验会低估实际结构主梁竖向风致静力位移10%左右,主梁侧向和扭转风致静力位移3%左右。由于斜拉桥风致静力失稳现象主要表现为主梁扭转发散,基于全桥气动弹性模型的风洞试验对大跨度斜拉桥风致静力响应的模拟结果在可接受的精度范围之内。     

螺栓杆应力集中系数的研究

螺栓球节点栓杆上的应力集中是导致栓杆发生疲劳破坏的主要原因。该文通过理论推导及数值分析的方法研究了螺栓杆的应力集中系数。在忽略螺纹升角的情况下,根据变形协调条件研究了螺栓杆的轴力梯度变化,采用数值计算确定常用螺栓球的螺纹位移系数及螺纹力计算公式。采用局部建模,通过迭代计算的方法确定螺栓杆应力集中系数。与完整模型的计算结果比较表明该方法的计算结果具有较高的精度,且计算效率高。     

考虑梁轴向约束效应的RC梁柱节点受力机理及抗震性能试验研究

钢筋混凝土（RC）框架梁受弯损伤会发生轴向伸长,周边构件（抗侧力构件、现浇板）对梁伸长的约束作用会在梁中产生不可低估的轴力,从而影响梁柱构件和节点的抗震性能以及结构的强震破坏模式。分析了梁中约束轴力对节点抗剪受力机理的影响,设计了6个1/2比例的RC梁柱子结构试件,采用可直接量测约束轴力的等效约束装置代替周边构件对梁伸长的约束作用,通过低周往复加载试验考察了梁轴向约束效应对节点抗剪需求、抗剪承载力以及损伤破坏模式的影响。结果表明,约束轴力对抗剪需求的影响比抗剪承载力的影响明显,梁轴向约束效应产生的轴力较大,且随梁弯曲变形的增大而增加。与无约束试件相比,考虑梁轴向约束效应的试件节点抗剪需求增大了1.14~2.22倍,节点区斜裂缝宽度较大,损伤情况更加严重。     

螺旋流抑制杆管偏磨的PIV实验研究

为了研究聚驱采出井偏心环空中流体流动状态与抽油杆所受法向力的关系,在模拟井筒中产生轴向流和螺旋流,利用粒子图像测速技术（PIV）,测量了不同质量浓度聚合物溶液,在偏心环空窄间隙、宽间隙中轴向流和螺旋流的速度瞬时特性,并将它们的轴向速度梯度进行了比较。利用设计的实验装置测量了介质为不同质量浓度聚合物溶液时,轴向流和螺旋流...     

有限长厚壁圆筒空间轴对称应力分析的康托洛维奇变分法

在已有的文献中，尚未发现有把康托洛维奇变分法用于空间轴对称应力问题的工作。本文净康托洛维奇变分法用于上述应力变分问题，并针对荷载变量ｚ的任意函数的有限找厚壁圆筒导出了欧拉方程及边界条件，从而扩大了康氏法的应用范围。文中给出了计算实例。     

承受平衡轴力的空间KK管节点应力集中系数研究

采用有限元法分析了空间KK型管节点在承受平衡轴力作用下的应力集中系数。在有限元分析中,首先采用分区网格法产生KK节点的有限元网格,这种方法可以针对不同应力梯度的区域形成不同质量和精度的网格。然后在分区网格法的基础上,采用ABAQUS(2000)通用软件分析计算了KK型管节点在平衡轴力作用下的应力集中系数的大小和分布。最后,通过对30个KK节点模型的有限元分析,研究了KK节点几何参数对其应力集中系数大小以及分布情况的影响。