软组织非线性物理建模及其参数测定

对现有虚拟手术中人体软组织建模方法进行了分析,针对目前软组织建模真实性还有待提高的问题,提出了一种新的软组织建模方法.首先,在引入体弹簧质点模型的基础上,利用生物力学方法建立了适合软组织力学仿真的模型.然后通过非线性超弹性应变能方程对弹簧力建模,并根据真实肝脏软组织物理特性的测量结果求解模型参数,得到基于物理特性的软组织模型.通过实验验证,该方法在提升虚拟手术触觉沉浸感方面具有可行性和有效性.     

面部软组织三维有限元模型的建立

正建立正常人面部软组织三维有限元模型,作为进一步研究的基础,1.通过螺旋CT扫描获得头面部图像数据;2.图像数据导入图像处理软件Mimics10.0进行图像处理,阈值分割,布尔运算得到面部软组织三维几何模型;3.结合面部解剖特征,手动提取1.5mm厚度的皮肤组织,利用灰度及形态学操作提取肌肉组织,分别赋予材料属性,建立了适合生物力学分析的面部软组织有限元模型。结果:本实验应用有限元技术,在计算机上建立了一个能够反映软组织生物力学性能,包含皮肤、肌肉、脂肪的多层有限元模型;结论:本研究为面部软组织有限元模型的建立提供了切实可靠的方法,为进一步分析颌面外科手术术后面部软组织的形变提供了有力的基础。     

非饱和土的力学理论

介绍了笔者多年来在非饱和土力学领域研究的主要理论成果.内容包括非饱和土的建模理论、应力理论、渗流理论、本构理论和固结理论,其中本构理论和固结理论都涉及线性、非线性、弹塑性、结构性、动力特性和热力特性等6个方面.     

堆石料本构建模新途径

在对堆石料主要应力应变特性进行分析的基础上,对堆石料的2大类本构模型——非线性弹性模型和弹塑性模型的特点进行举例评析,从理论上指出了这2类本构模型的不足之处,并引入了一类具有独特建模思想的连续介质本构理论——亚塑性理论,对堆石料进行了亚塑性建模及初步应用研究.理论分析和算例表明,所建堆石料亚塑性模型能够合理反映堆石料的主要力学特性,且具有本构参数适用范围广的特点.     

软组织非受限压缩实验附加力消除方法

针对非受限压缩试验中软组织样本附加力对样本高度以及力学响应存在影响的问题,提出了一种能够消除样本附加力的修正方法,使得到的本构模型参数更加接近于真实.首先对软组织本构模型提出了修正,包括用以消除附加力对几何参数影响的几何修正项和用以消除样本自身重力对力学响应影响的应力修正项.然后通过对肝脏样本进行压缩松弛实验,依次施加不同载荷并测量给定载荷条件下的样本高度,利用二阶的Prony级数拟合得到松弛阶段的稳定值作为样本的准静态响应.基于获得的软组织样本的准静态力学响应,利用修正后本构模型与无修正本构模型拟合得到模型参数,对比修正前后模型的拟合误差来验证方法的有效性.结果显示:修正后的模型具有更小的拟合误差,尤其在小应变区域误差要明显小于无修正模型,表明所提修正方法能够在一定程度上消除附加力的影响.     

基于Neo-Hookean本构模型的人体膝关节韧带力学性能测试分析

测试和分析研究国人膝关节的前交叉韧带、后交叉韧带、内侧副韧带、外侧副韧带以及髌腱,基于超弹性本构模型(Neo-Hookean模型)的力学性能参数,为膝关节相关生物力学研究提供数据参考.通过对4具国人膝关节标本进行解剖,获得人体膝关节主要的韧带组织样本,对所获得的韧带样本进行超弹性材料的单轴拉伸测试,并运用超弹性材料的应变能密度函数本构模型中的NeoHookean模型对测试数据进行数据处理,得到人体膝关节韧带基于超弹本构模型的力学性能参数.解析求得了国人膝关节的韧带组织基于超弹性本构模型的力学性能参数,可用于膝关节的生物力学特性的研究,并且为国人膝关节韧带性能数据库提供数据参考.     

耐火材料热机械应力分析中的两类关键问题研究

针对耐火材料热应力分析中的两类关键问题,从几何结构建模和材料的力学行为两方面,对有限元分析中特殊结构的建模方法和材料本构关系的选择进行了研究,为准确模拟耐火材料的热机械应力状态奠定了基础.     

损伤力学理论应用于土木工程研究进展

 过去30年间,中国的土木工程建设取得了长足的发展,支撑了国家的社会经济持续进步。在经济新常态的大背景下,土木工程行业的发展也表现出新的特点,在强调生产要素的同时也开始重视基础理论和核心技术;土木结构的非线性分析问题,作为土木结构领域的核心科学和技术问题,再次得到行业的重视;结构非线性分析的核心环节,材料本构关系的理论建模和理论实现,得到了学术界和工程界的关注。以基于损伤力学理论的混凝土类伪脆性材料的本构关系模型为切入点,分析了损伤力学理论的发展,展示了损伤力学模型的验证过程,基于若干典型案例阐释了损伤力学理论在土木工程领域的应用,以及损伤力学理论在生物力学方面的扩展应用。     

复杂受力状态下密肋复合墙体框格有限元模拟

基于通用有限元计算分析软件并结合自定义材料子程序模型,对水平往复荷载及轴压力下的密肋复合墙体框格试件进行了梁式建模、壳式建模及梁壳式建模方式下的数值模拟.基于不同有限元建模方式,混凝土材料模型分别选用汪混凝土本构模型和经典混凝土弹塑性+断裂本构模型,而钢筋材料模型统一采用汪钢筋本构模型.通过计算结果与试验结果的对比分析,探讨了影响往复荷载下密肋复合墙体框格数值模拟的主要因素.     

油膜轴承巴氏合金ZChSnSb11-6衬套的蠕变寿命评估

摘要： 针对油膜轴承使用过程中巴氏合金ZChSnSb11-6衬套的蠕变损伤问题,设计了蠕变试验设备并对ZChSnSb11 6进行了蠕变试验.利用试验数据分别建立了基于Dom理论和恒速理论的2个稳态蠕变本构方程,通过试验验证了基于Dom理论的稳态蠕变本构方程的计算精度较高,其相对误差为1.52%;同时,基于ZChSnSb11 6的稳态蠕变本构方程建立了油膜轴承ZChSnSb11-6的蠕变寿命计算模型,以预测任意工况下轴承的使用寿命;测量了ZChSnSb11 6蠕变后的电阻率和硬度,分析了两者的关系并建立了基于电阻率的ZChSnSb11-6蠕变寿命评估模型,提出了一种通过测量合金电阻率评估轴承使用寿命的方法.     

计算机辅助接触应力测试技术及其在生物力学中的应用

提出两种计算机辅助接触应力测试技术。采用计算机辅助测试技术使接触应力测量具有全场、静动态测试、高度数据自动化等优点。这些特点无疑对接触研究具有重要意义。提出的光学记忆薄膜计算机处理系统及多点导电橡胶计算机辅助测量装置已应用于牙颌接触和关节接触的生物力学研究课题中。这些应用表明计算机辅助测试技术能较好地满足接触力学的实验研究要求。     

混凝土三轴循环本构关系的神经网络模拟

利用BP神经网络的模拟能力代替传统的力学方法，对混凝土材料的循环本构关系进行了模拟研究．首先回顾了此类模型的研究进展和构造方法。然后直接从试验数据出发，建立了混凝土三轴受压循环比例加栽条件下的本构模型．试验结果和模拟结果的比较说明，该模型具有较高的精度和良好的泛化能力．本研究结果进一步说明神经网络模型适合于描述多影响因素的非线性复杂因果规律，为研究材料本构特性提供了一条新的途径．     

桩基动测法建模的研究

目前工程施工中对桩基质量和实际承载能力的检测大量采用动测法，通过测试中获得的动态参数间接求桩基的静态参数，基于对目前最常用的动测法研究的基础上，提出了具有普遍性规律的4种建模形式，且对每一种模型的理论基础、计算方程都进行了详细的分析、推导，根据每一种建模形式的特点，在动测法与建模形式之间建立起有机的联系，并通过试验，验证了桩基动测法建模研究的实际意义，对其他动测法的提出也作了理论性的探讨。     

中国生物力学研究展望

 现代生物力学经过近60年的不断发展，如今已成为生物医学工程重要的学科前沿交叉领域。本文回顾了21世纪以来国际生物力学研究领域主要进展和发展趋势，以及中国生物力学学科正在发展的力学生物学和生物力学建模分析、临床应用两大重点领域；展望了中国生物力学学科应重点关注的生命科学、现代医学、大健康工程和国防等四大领域；提出了促进中国生物力学学科在疾病力学生物学机制研究、生物力学设计与健康工程研究、特殊环境生物力学与力学生物学研究等方面发展的建议。     

储层建模方法研究进展

储层建模是近几年发展起来的高新技术 ,它可以实现对油气储层的定量表征及对各种尺度的非均质性的刻画。目前储层建模技术中较为常用的几种建模方法有确定性建模及随机建模。随机建模是目前储层建模技术的突出发展方向 ,是根据地质适用性的不同而建立的不同模型。针对我国储层的特点 ,文中提出了建模原则和建模新思路     

角膜生物力学特性研究进展

 角膜的光学功能与其形态结构紧密相联,角膜形态的异常可导致近视、远视、圆锥角膜等眼部疾病。细致研究角膜的力学特性,建立有临床用途的生物力学模型已成为一个重要研究领域。本文以首都医科大学眼生物力学研究团队的研究工作为基础,综述在角膜力学特性研究中的实验测试方法和本构参数获取方法等方面的进展。     

基于可视人计划的计算医学研究进展

从生理系统建模与仿真的角度回顾了基于可视人计划(visible human project,VHP)的计算医学研究进展。以18F氟代脱氧葡萄糖(FDG)代谢为例介绍了物质代谢的房室模型,以及基于VHP的FDG代谢的可视化实现方法。讨论了基于VHP的有限元分析在生物力学和生物电传导的应用研究。概述了基于VHP的人体辐射计算模型和辐射剂量评估的研究。因此,数字人是源于VHP的新研究领域,而计算医学是完成数字人研究的重要方法。     

盗伐、滥伐林木材积测算及定案研究

盗伐、滥伐林木材积数量是对案件定性、对行为人处罚的重要依据。目前材积测算的方法较多,相关法律法规对测算方法没有统一规定,导致同一案件出现多个测算结果。笔者采用案例研究、调查访问、模拟现场调查等方法,根据涉案林木的状态,分别对几种常用的测算方法的精度进行了比较研究,提出应根据不同案情确定材积测算方法;同一案情有多种测算方法时,应优先选用精度较高的方法,使测算结果具有唯一性,并经司法机关认可取得合法性。这样对盗伐、滥伐林木案件进行定案时可减少争议的出现,缩短办案时间,提高办理毁林案件的质量。     

汽车乘驾体位生物力学实验台的设计分析

基于汽车乘驾体位生物力学特性的分析，提出了表征人一座椅界面体压分布的特性指标和模拟驾驶疲劳时人体表面肌电信号的分析参量．研制的汽车乘驾体位生物力学特性实验台主要由可调模拟乘驾环境和生物力学测试系统组成，能够模拟各种人一车乘驾环境和进行人机界面匹配试验，可以测试和分析不同乘驾环境下驾驶员的各项体压分布指标和驾驶员腰部肌肉疲劳过程中的表面肌电信号，评价人机界面匹配优度，进而为汽车的人机界面优化设计和提高汽车人机界面的舒适性、方便性、安全性及人机工效学研究提供了实验基础．实验台在可调模拟乘驾环境设计和生物力学测试系统设计方面具有独创性．