基于ABAQUS的下颌骨生物力学分析

为解决游离腓骨瓣修复下颌骨缺损手术存在个体匹配差的问题,采用定制化修复钛板设计和制造方法.通过采集分析病人CT数据,利用可视化和CAD技术设计出符合病人生理结构的修复体模型.建立下颌骨的有限元模型,对比了修复前后的下颌骨的应力情况.利用快速原型技术制造出树脂模型用于手术指导,通过临床研究,该方法节省手术时间,提高手术成功率.下颌骨有限元分析结果表明:下颌骨应力集中区域主要分布于踝突区、下颌角、下颌骨修复处.随着加载力的增大,应力增加明显,特别是下颌骨修复处与踝突区应力分布增长明显.最大应力出现在下颌骨与腓骨的结合处,修复后的下颌骨高应力区泛化的现象得到明显的遏制,应力集中区域明显地减少.     

下颌前牙固定桥基牙及其支持组织的三维有限元模型的建立

目的：建立下颌前牙双端固定桥的三维有限元模型,为分析下颌前牙固定桥的生物力学特征提供数字模型。方法：采用正常人的下颌骨标本,进行CT断层扫描得到包含下颌前牙的35幅图像,通过计算机图形转换软件和3D建模软件获取图像的边界信息,应用ANSYS有限元建模模块处理。建立了包括牙齿、牙周膜和牙槽骨固定桥修复前及修复后的几何模型和三维有限元模型。结果：固定桥修复后。有限元模型包括牙体、牙槽骨、牙周膜在内共41648个节点,27269个单元。结论：CT辅助有限元建模技术能精确建立下颌前牙及其支持组织的三维有限元模型。     

个性化下颌钛支架植入体的设计与生物力学评价

基于CT断层扫描图像数据,利用CAD、有限元分析技术重建正常下颌骨的三维几何、有限元模型.对模型进行分割,模拟下颌骨右侧体部缺损,参照天然下颌骨几何形态设计下颌钛支架植入体,并对其重建下颌骨的生物力学效果进行三维有限元分析.结果表明,钛支架植入体在咀嚼力作用下,义齿基桩颈部及预留种植孔周围应力较大,其他部位应力值较低且分布均匀;颈部的应力值随孔道直径的增加而明显降低,基桩高度与预留孔道深度的比例变化对应力大小及分布特性基本没有影响;钛支架植入体重建下颌骨在咀嚼力作用下,支架的应力比自然骨应力大1个数量级,呈现明显的应力遮挡效应;根据钛支架植入体上的应力分布状态对其进行镂孔设计,应力分析结果显示其强度依然满足功能要求.由以上分析结果可知,义齿预留孔道的深度在保证螺纹强度的前提下,可尽量减小,以减小钛支架的体积;钛支架植入体的镂孔设计在满足功能强度前提下,可以降低其整体尺寸,同时提高其结构生物相容性和临床实用性.     

子模型法在割缝筛管精细分析和优化设计中的应用

在对割缝筛管进行了有限元整体分析的基础上,对割缝处的应力集中区域采用子模型法重新建立模型,得到该区域精确的应力值和应力分布情况.计算表明,整体分析具有一定的有效性,采用子模型技术可以提高整体分析的精确度,最高可达50%;同时,针对应力集中情况,对割缝处进行了局部改进,分析了局部改进对筛管整体强度的影响,为筛管结构进一步优化打下基础,并利用曲线拟合技术,建立了过渡圆弧半径与筛管承载能力的解析简化计算公式,为其工程应用提供了参考.     

下颌骨牙种植体有限元建模与瞬态分析

通过逆向工程技术,将二维的下颌骨CT图片转化为三维有限元模型.根据CT图片像素的Hounsfield值将颌骨材料划分为10种材料属性,并建立含种植体的下颌骨有限元计算模型.以冲击载荷模拟牙齿咀嚼时的力作用,计算下颌骨-种植体在此冲击载荷作用下的响应:当应力波首次传到种植体-下颌骨界面时,在种植体上部第1圈螺纹的根部出现局部的应力峰值8.21MPa,而当种植体-下颌骨的整体应变能达到最高峰时,在种植体的末端附近出现了全局应力峰值11.51MPa.静态和瞬态时的最大应力差超过40%,出现的位置也不同,由此可知,动态分析对种植牙的结构设计很重要.     

基于快速原型技术的颞下颌骨个性化修复

使用快速原型技术,集成CT扫描及其图像处理技术、三维重构技术等于一体,应用于颞下颌骨缺损修复及其手术应用.根据实际的下颌骨缺损案例,在完成下颌骨的修复后,再对其进行三维模型的快速成形,以利于手术过程的腓骨截取与拼接,以保证最佳修复的目的.其中,利用CT图像数据,对螺旋CT扫描得到的DICOM文件进行图像处理,通过阈值选择、区域增长、蒙罩编辑以及计算建模等操作,分离出下颌骨;结合导入的腓骨STL文件,将其与下颌骨缺损段进行拟合,通过修复与优化匹配模型,得到下颌骨修复体的个体化三维模型.     

下颌后牙单端桥及其支持组织修复前后有限元模型建立

目的:建立下颌后牙单端固定桥及其支持组织修复前后的三维有限元模型.方法:以人类正常牙列完整的下颌骨标本为建模基础,采用CT扫描技术,利用AutoCAD与ANSYS软件建立左侧下颌后牙单端固定桥及其支持组织修复前后的几何模型和三维有限元模型.结果:构建的下颌后牙单端固定桥修复前后的几何模型接近中国人牙齿的实际尺寸.修复前、后牙体、牙周膜及牙槽骨的三维有限元模型分别划分为142 640个节点、101 938个单元和168 756个节点、119499个单元.结论:采用CT扫描技术,结合AutoCAD与ANSYS软件所建模型结构层次清晰、单元划分精细,具有良好的形态相似性和还原性,能够满足模拟加载的需要.     

槽型断面梁斜拉桥塔梁墩固结区受力特性研究

为增大桥梁纵向刚度、便于转体施工,沪昆客运专线上某(32+80+112)m槽型截面独塔斜拉桥将槽型梁两边箱插入塔柱中形成塔梁墩固结体系,其构造和受力情况极为复杂.为研究该桥塔梁墩固结区域的应力分布情况,采用大型通用有限元软件ANSYS建立塔梁墩固结区局部模型并验证模型正确性.在此基础上,分析固结区域结构传力路径和应力分布规律,探讨局部设计细节对固结区应力的影响.研究表明:塔梁墩固结区内整体应力水平低于固结区范围以外截面,但在槽型梁过渡至固结区内部的交接角以及固结区内部过人洞折角等处存在应力集中现象.通过改进结构设计细节可有效缓解各处的应力集中现象.     

矫形力作用下下颌骨重建过程的数值模拟

下颌骨在矫形力作用下重建过程研究,对矫治方案确定等具有重要的指导意义.作者首先建立下颌骨与颞下颌关节的三维有限元模型,并以此为基础,依据Cowin重建规律,对在矫形外力作用下下颌骨矫治过程中骨的法向重建进行了数值模拟.对重建前后数值模拟结果的比较表明,法向重建过程对于下颌骨的表面应力分布和应力梯度的分布具有较大的影响,因而在下颌骨矫治方案的制定过程中这一因素不可忽视.     

微动椎弓根螺钉的生物力学仿真评测

利用有限元法评估一种微动椎弓根螺钉的生物力学性能.基于人体脊柱CT图像数据建立腰椎L3-L4节段有限元模型,并在此基础上建立坚强固定(M1)、微动固定(M2)、混合固定(M3)3种内固定有限元模型,对有限元模型施加模拟生理载荷,计算内固定节段各项生物力学参数.仿真结果表明,微动椎弓根螺钉在屈伸方向增大了内固定节段的椎间活动度,其中前屈工况增大95%,后伸工况增大83%;改善了载荷在椎间的传递,增大终板正常生理性刺激应力4.25%~5.7%;降低了植入体上的应力集中效应,在前屈、后伸和侧弯工况下降低椎弓根螺钉应力9.2%~16.2%.     

人体下颌骨的ANSYS受力分析

人体下颌骨替代物的设计制造一直是人们关注的一个研究焦点。现有的人体下颌骨替代物的制造主要是医生根据患者的下颌骨外形对成品的钛板或钛网进行手工弯制,但由于钛材料的刚性过大,造成一定的应力屏蔽,不能对填充自体骨实现有效的应力传递,导致骨重建失败。所以,寻求新的下颌骨替代物的仿生设计及制造方法非常必要。而仿生设计算先要掌握人体下颌骨的受力状况。文中首先建立了人体下颌骨的ANSYS模型,然后用ANSYS对人体下颌骨进行了受力分析,获得了应力应变分布云图,并对结果进行了分析讨论,该研究为人体下颌骨替代物的仿生设计提供了一定的理论依据。     

SFRC局部增强孔口高应力区的试验研究

本文通过对带圆形孔口结构的模型试验,分析研究了钢纤维砼对孔口周围局部高应力区的增强作用,探讨了在均匀竖向荷载作用下孔口结构的受力特征和破坏形态,分析了不同增强层条件下,孔口周围的应变分布和裂缝扩展变化规律,本文给出的模型试验结果可供工程设计参考。     

正常咬合与错颌畸形磁性覆盖义齿种植体生物力学比较分析

对正常咬合和错颌畸形情况下下颌骨在种植体支持下的生物力学响应进行了对比研究。通过建立磁性附着体下颌覆盖义齿的三维有限元模型,分正常咬合和异常咬合两种情况在右第一磨牙上施加垂直向下的载荷,记录种植体周围骨及黏膜的生物力学性能。在错颌畸形的情况下,种植体周围骨的最大等效应变略大于正常咬合情况,但都在生理耐受阈值内。黏膜在圆顶型种植体作用下所受最大等效应力最小。齿隙较大的错颌畸形患者的应力/应变值略大于其他错颌畸形患者。分析结果表明,错颌畸形患者可以像常人一样植入种植体正常生活,圆顶型种植体可作为有效治疗选择。     

冷轧过程中的混合润滑特性

基于Christensen的表面粗糙峰分布假设,以轧制理论、流体力学理论为基础建立了考虑表面粗糙度的冷轧混合润滑模型,并提出了混合润滑摩擦状态约束关系式用来判别摩擦状态.对不同条件下油膜厚度、接触面积比、压应力及摩擦应力分布情况进行了仿真分析.结果表明:随着压下率的增加,油膜变薄、界面接触面积比增加、应力增大;同时,表面粗糙度对界面接触面积比及应力分布有较大影响,粗糙度增加,界面接触面积比增加,压应力及摩擦应力均增加.较高的润滑液黏度或轧制速度可以有效地降低轧制界面摩擦力及轧制力.     

温差和荷载引起的FRP-钢组合梁界面剪应力分析

为了解FRP-钢组合梁桥的连接界面受力特性,分析外荷载对FRP桥面板与钢纵梁连接界面的剪应力分布的影响,利用接触面层间纵向伸长相等条件,建立组合梁在温度差异和均布荷载作用下弯曲变形时的内力平衡方程,推导了计算公式,阐明了界面剪应力分布特性.结果表明,在温差作用下,组合梁跨中界面剪应力最小,越靠近组合梁端部界面,剪应力增...     

快充条件下18650锂离子电池热-力耦合分析

为研究锂离子电池温升所产生的热应力和形变分布,建立了快充条件下18650锂离子电池的热模型,仿真得到不同环境温度下电池的温度场分布,并在此基础上建立顺序热-力耦合模型,进一步分析电池的热应力和形变分布.结果表明:随着环境温度增加,电池最高温度增大,温差减小,充电末期电池温度稍有下降且降幅随环境温度增加而减小;最大应力值出现在电池柱面外边中间部分,最小应力分布在轴向两端;最大形变分布在电池轴向两端,最小形变出现在电池中心区域;电池的应力和形变随环境温度增加分别呈减小和增大趋势.