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.     

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。     

ACL单束／双束重建对胫股关节应力分布影响

该文基于正常膝关节的MRI图像数据,构建正常／单束／双束韧带重建胫股关节整体模型,通过对这3个关节整体模型分别加载单一负荷（轴向力）及组合负荷（轴向力和扭矩）进行有限元仿真,得到3个整体模型在两类负荷作用下的应力分布;通过从整体模型的应力云图中提取股骨、胫骨、关节软骨、半月板及后交叉／内侧／外侧韧带的表面应力等进行对比...     

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。     

压印接头力学分析及预成角对接头强度的影响研究

从宏观和微观两方面对压印接头强度进行了研究,通过对压印连接拉伸过程动态模拟和在显微镜下观察到的裂纹形成的主要位置,分析了拉伸过程中裂纹的萌生、扩展直至整个压印接头颈部断裂的过程;对压印接头进行了显微组织分析,得出薄板经冲压后产生了加工硬化现象,接头强度得到提高.提出了预测压印接头最大破坏力的公式,对生产中模具的选取及样品强度的预测具有一定的指导意义.同时,对不同预成角度的压印连接试件进行了拉伸试验,得出0°压印接头能够承受的拉伸破坏力最大,且预成角越大,压印接头能承受的破坏力越小.     

不同焊接节点构造形式钢框架整体抗震性能分析

为系统全面地对比不同构造形式对于焊接节点钢框架抗震性能的影响,该文采用通用有限元软件ABAQUS,建立多尺度钢框架非线性有限元模型,应用国内外典型试验结果,验证了精细模型和多尺度有限元模型的准确性和等效性。通过建立9种不同节点构造形式的钢框架多尺度模型,进行罕遇地震下的弹塑性时程分析,与标准型节点框架在结构变形、基底剪力、塑性耗能、断裂倾向指数等方面进行对比分析,深入探讨不同节点构造形式对钢框架抗震性能的影响,为工程应用提供参考依据。分析结果表明:只要设计合理,局部构造差异对于结构变形的影响不大,不会引起刚度的突变进而对结构造成不利的影响;对于局部加强节点框架,没有造成基底剪力的增加(少数增加最大为6%),降低了结构的地震响应,这对于结构抵抗地震荷载起到有利作用;改变节点构造可以显著地改善节点焊接接头处的断裂倾向,减缓节点焊接处的应力集中现象,使得破坏发生在母材而不是焊缝处,进而发生延性破坏避免脆性破坏。     

活性粉末混凝土拱极限承载力试验研究

进行了两根活性粉末混凝土(RPC)模型拱的L/4处单点加载的面内受力全过程试验,建立了考虑材料与几何双重非线性的有限元模型,有限元计算结果与试验结果吻合良好。通过与普通混凝土(RC)模型拱的受力性能的比较,对RPC模型拱荷载-竖直位移曲线、裂缝开展情况、截面应变和结构破坏模式等方面进行了分析。试验与有限元计算结果表明,RPC拱受力过程和破坏模式与RC拱相似,分为弹性阶段、裂缝开展阶段和钢筋屈服阶段,最终因出现4个塑性铰形成机构而呈塑性破坏,其极限承载力也可用极限分析法进行简化计算。RPC拱由于其材料性能优越,使其受力性能优于RC拱,在同级荷载下RPC拱裂缝的宽度约为RC拱的25%~50%;而RPC拱的开裂荷载、钢筋屈服荷载和极限承载力均较RC拱有明显的提高。在极限承载力相同的条件下,RPC拱的截面积与自重可以减小到RC拱的67%左右,表明RPC可有效减轻结构自重,提高拱桥跨越能力。