人体整耳传声有限元数值模拟

由于人耳的复杂几何形态、超微结构特性,很难通过实验测量其动态响应,所以建立精确有限元模型对研究人耳声音传导特性有非常重要的作用。而现有人耳模型中耳蜗部分多没有考虑其内部两腔体积不对称。在原有所建人体外耳、中耳力学模型基础上,参考耳蜗尺寸实验测量数据,建立考虑耳蜗两腔不对称的整耳模型。并在外耳道施加90 dB的声压,利用有限元软件对模型进行谐响应分析。最后,分别通过镫骨底板位移频响、鼓膜脐部位移频响、镫骨速度传递函数、耳蜗输入阻抗的仿真结果数据与国外实验测量数据进行对比,从而验证所建模型的可靠性。     

人工中耳悬浮式压电振子的优化设计

为了优化人工中耳悬浮式压电振子的植入效果,设计了一种位移放大结构用于改善振子的输出特性。首先采用微CT扫描和逆向成型技术建立了包括外耳道、中耳和简化耳蜗的人耳有限元模型,通过与文献的实验数据比对验证模型的有效性。然后建立人耳与悬浮振子的耦合力学模型,通过有限元的耦合场分析研究加入位移放大结构前后的人工中耳植入效果。研究结果表明,采用位移放大结构后,振子于中高频段的等效声压级得到明显提升,可以有效降低压电振子的功耗。     

粘弹性本构对人耳动力学特性影响的数值研究

为分析中耳软组织粘弹性材料特性对人耳系统动力学特性影响,建立包括外耳道、中耳及耳蜗的整耳有限元模型。外耳道及中耳模型用微CT扫描与逆向成型技术建立,耳蜗采用双腔导管形式简化模型。基于该模型,中耳部分软组织材料属性采用线性粘弹性,以表征动态分析中能量损耗。在外耳道施加90 d B SPL声压模拟声激励,并在计算中考虑外耳道气体、中耳固体及耳蜗流体多场耦合作用。中耳结构响应包括鼓膜脐部与镫骨底板位移及镫骨底板速度传递函数,耳蜗流体压力响应用于计算中耳压力增益、耳蜗输入声阻抗及压力逆向传递函数。结果表明,考虑粘弹性后,人耳系统动态响应参数较线弹性有一定程度改善,尤其在高频段提升较明显,与实验测量数据匹配效果更好。     

Corti器动力学行为的二维有限元分析

通过豚鼠耳蜗底转Corti器的组织切片图像提供的结构原型,在对其形态结构做了必要、合理的简化和假设后,再现其组织结构及相互关系,采用通用有限元计算软件ABAQUS建立可以进行可视化数值模拟的二维有限元力学模型,对淋巴液波动所引起Corti器的动力响应进行了初步的数值模拟.本研究有助于进一步认识生理状态下Corti器的动力学行为,为内耳感音机理的研究提供理论基础.     

基于组织切片数据的中耳鼓膜有限元分析

采用不脱钙颞骨组织切片技术获得中耳鼓膜的三维形态数据,利用HyperMesh软件通过比较不同单元类型的网格,提出了用四边形和三角形混合单元对鼓膜进行网格划分的高效高精度方法;并将分网后的模型导入ANSYS有限元分析软件。在进行了不同声强作用下的静力学特性、鼓膜的固有振动特性以及在不同频率作用下的谐响应分析后,将结果与其它文献中的计算和实验数据进行了对比,对本文所提出的基于混合单元中耳鼓膜有限元模型的可靠性进行了验证,为中耳听骨链系统的力学分析提供了理论和模型基础。     

基于振动分析的压型钢板-混凝土组合楼板等效计算模型研究

为便于建立用于闭口型压型钢板-混凝土组合楼板振动问题分析的有限元模型,以位移等效和刚度等效为原则,分别建立闭口型压型钢板-混凝土组合楼板的各向同性等效计算模型和正交异性等效计算模型,并通过三维有限元模型和楼板振动试验进行比较分析,以得到针对其振动研究的闭口型压型钢板-混凝土组合楼板的等效简化计算模型。研究发现：采用闭口型压型钢板-混凝土组合楼板的各向同性等效计算模型和正交异性等效计算模型均可得到有效的结果,正交异性等效计算模型相对于各向同性等效计算模型求解精度更高;采用等效计算模型使模型建立更快捷,且能显著提高计算效率。     

人工中耳力学模型的研究

依据人工中耳的机械模型[6],抽象出六条假设,并由此建立人工中耳力学模型.由变分原理及贝赛尔函数推导出人工鼓膜位移与声压的关系,得到鼓膜位移的解析解,并由此得到听骨位移.经与试验测得位移相对比,证明该方程的正确性.依据方程可以避免环境和测试人员技术水平的干扰,能够更客观地评价人工听骨的传声性能.而且该方法简单易行,同时它还可以优化听骨的材料和形状.     

外中耳传声对响度感知影响的数值研究

现有响度模型主要通过滤波器组在传递特性上模拟人耳感声特性,未能真实反映人耳的生理结构。基于新鲜人体颞骨标本微CT扫描影像,通过逆向成型技术及有限元法建立了基于真实生理结构的人耳模型,并基于该模型,研究外、中耳与人耳响度感知的关系。该模型主要包括耳道和中耳两个部分,通过镫骨、鼓膜脐部位移响应,镫骨速度传递函数及鼓膜处声压级对模型进行可靠性验证。最终,基于该模型,系统分析了经过外、中耳传声,传递到镫骨的镫骨底板输出位移、速度、能量与响度感知听阀曲线的关系。研究结果表明,镫骨底板输出的等速曲线及等能量曲线在中、高频段内与听阀曲线较接近,可以用于近似评估人耳在该频段内的响度感知效果。     

基于模态测试的宽幅钢箱梁桥有限元模型建立、修正与分析

建立精确的宽幅钢箱梁桥有限元模型对此类结构的动力性能评估与结构设计有着重要的意义。建立了宽幅钢箱梁桥精细三维有限元模型,对宽幅钢箱梁桥不同施工阶段开展基于环境激励作用下的模态测试,采用随机子空间法与峰值拾取法识别桥梁的前十二阶模态,基于模态识别结果采用响应面法对桥梁有限元模型进行修正,详细分析了桥梁铺装层、邻跨等效质量对桥梁模态的影响。分析结果表明:建立的有限元模型具有较高的精度;铺装层会显著降低桥梁各阶自振频率,邻跨等效质量对桥梁的横向与扭转频率有显著的影响。     

渡槽拟动力试验仿真分析

建立了一种可以同时考虑流-固耦合与桩-土-结构相互作用的渡槽结构水平地震响应的有限元计算模型,该模型通过等效线性化方法考虑土体非线性,以自由场计算结果为依据,确定黏-弹性人工边界的参数及进行相应的地震动输入。建立了渡槽结构拟动力试验模型的整体有限元计算模型,进行了试验地震波作用下的有限元仿真计算,并与拟动力试验结果进行了比较,计算结果与试验结果基本一致,说明了文中建立的有限元计算模型的有效性。同时,拟动力试验及有限元计算结果表明,水体对渡槽结构地震响应有一定影响,有水工况时,结构的基频降低,可能较无水工况与输入地震波能量主频段偏离更远,从而起到一定的减震作用。