A theoretical and photoelastic contact stress analysis relevant to orthopaedic knee prostheses

This study is based on a theoretical and photoelastic static contact stress analysis, relevant to the design of the plastic tibial plateau in an orthopaedic knee prosthesis. It involves the review of existing theoretical analyses concerned with the contact mechanics of layered elastic systems and, where possible, the validation of any relevant findings using two dimensional photoelasticity. Significant findings include the identification of a general minimum recommendable design thickness for the plastic tibial plateau, the endorsement of using the Hertzian contact theory to predict contact stress levels in the tibial plateau of certain knee implants and the slight improvement in contact conditions in the plastic when the plateau is perfectly bonded to its supporting metal tray.     

Procedures for analysis of strain transfer in the acetabular region in vitro

The failure of acetabular cups via loosening, migration or fracture is partially related to the stress distribution existing in the acetabular region. The complexity of the investigation of these stresses demands the application of a variety of model testing techniques involving combined embedded strain gauging, finite element analysis, transmission and reflective photoelasticity and crack propagation studies. The application of these procedures are described and the difficulties of obtaining representative loadings and restraints are commented upon.     

轧辊接触应力的混合解法

本文将相似理论,光弹性方法,Hertz接触理论和数值计算方法结合起来,提出了对轧辊接触应力的一种混合解法,此法不仅可以得到合理的轴向接触压力分布规律,而且也可以得到接触区内的应力场三维解,应用该法对某轧机工作辊进行的接触应力分析,所得结果与轧辊的实际破坏情况吻合,说明本文提出的方法是可靠的。     

有限变形光弹性方法中平面应变内部应力的计算方法

本文介绍了有限变形光弹性方法中平面应变实验，内部应力、应变的计算方法，并给出了横向变形系数与应力之间的函数关系．     

用于监测硅片应力的红外光弹仪

为检测硅片在制造工艺中的应力变化,研制了可用于硅片应力检测/监测的红外光弹(IRPE)系统,获得了芯片的红外光弹图像.利用该系统得出了硅通孔(TSV)结构在退火过程中的应力变化,并发现虽然制造技术和工艺完全一样,但每个TSV的初始残余应力是不同的.不同的TSV取得零应力的温度点也不相同,然而当温度达到一定值时,所有TSV都将保持零应力状态.此外,该系统也用于晶圆键合质量的评价,相对于一般红外显微镜,其检测效果更佳,与超声法相比,其检测效果相当,但效率更高且不需耦合剂.     

SU-8胶光弹性性能显微测试

考虑获知SU-8胶的光弹性性能有利于拓展其在微纳米领域中的应用范围,本文设计了材料应力光学系数显微测量光路,完成了SU-8胶应力光学系数的测量实验。首先,基于光弹性原理设计了测量光路,推导了求解应力光学系数的计算公式;然后,根据所设计的光路搭建了应力光学系数显微测量实验装置,在SU-8胶试样光弹性条纹的单个半级数范围内进行了单向拉伸实验;最后,利用Matlab提取实验照片组中光强值信息,得到了不同拉力下透过SU-8胶试样的单色光光强值,计算求解出了SU-8胶的应力光学系数。实验结果以及测量公式计算显示,SU-8胶的应力光学系数为(3.007±0.149)×10–11 m2/N,大于光学玻璃等材料的应力光学系数,也远大于二氧化硅等MEMS领域常用材料的应力光学系数。实验结果可为以SU-8胶为材料,通过光弹性原理进行微力测量的微探针、微夹钳等的设计与制作打下基础。     

光弹性复合材料梁应力分析与条纹值测定

研究了纤维增强光弹性复合材料梁在正对称，反对称集中荷载作用下的应力特征，提出了用两根直梁在正对称和反对称四点弯曲作用下，分别直接测定正交异性光弹性的3个材料条纹值fL、fT、fLT的新方法，与现有的两种方法相比，新方法概念明确，应用方便。     

平面接触问题有限元计算

通过和实际结构相同的平面接触模型的光弹性试验与有限元计算应力分布的对比，验证了ＭＡＲＣ有限元计算程序在进行气门杆头部接触问题的应力分析时的可靠性；采用多级有限元计算法对具有分析解的典型接触问题接触区应力进行分析，证明经过多级网格逐级细化有限元计算可以精确分析接触面附近的应力分布，为应用有限元法分析接触问题提供了有效的途径     

复合材料圆孔应力的正交各向异性光弹性分析

本文根据 Sampson 提出的应力—光学定律,对正交各向异性复合材料带有圆孔的有限宽板进行了分析研究,得到了复合材料带有圆孔板孔边的应力分布状态.本文的实验结果与正交各向异性受拉带孔无限和有限宽板的两种关于圆孔孔边应力分布状态的理论解符合较好.     

光弹法研究桥墩应力的初步尝试

选用光学敏感的聚碳酸酯材料,加工成与实际桥墩相似的几何模型。采用光弹法获得桥墩在不同位置承受集中荷载时的等差线,对聚碳酸酯模型光学试验结果进行分析,对桥墩在不同位置承受集中荷载时的弯曲状态进行力学分析。并对聚碳酸酯模型的试验结果与力学分析结果进行对比。研究表明聚碳酸酯模型的光弹试验与其力学分析结论相一致。