一种新的颈椎前路椎间融合器有限元分析

根据人体终板结构以及抗压强度分布特点,设计颈椎椎间融合器,用有限元方法进行仿真,对研究结果进行分析,探讨可行性.建立C5-C6完整模型和融合器模型,计算各个模型在不同运动下活动度、椎体各部分最大等效应力,查看终板和融合器应力分布.融合器植入后,颈椎活动度在不同运动下有所下降,而皮质骨和松质骨最大等效应力有所提高;C6上终板应力主要分布在终板的外缘,中央处的应力较小;融合器的等效应力主要分布在锁定孔的周围、后侧及两侧,植骨处的应力较小.根据终板结构和抗压强度分布特点设计的融合器虽然相对于完整模型活动度下降,椎体应力增大,但较其他融合器具有活动度大、应力小以及分布均匀等优点,本文的设计方法可以提高融合器的活动度,防止因应力过大造成融合器沉陷的问题.     

经椎间孔腰椎间融合三维有限元分析

利用有限元法研究经椎间孔腰椎间融合术(TLIF)中融合器的植入位置角度对椎弓根螺钉固定腰椎运动学和生物力学特性的影响规律.基于健康成年男性腰椎CT影像重建三维模型,再利用有限元软件Hypermesh建立了腰椎L4-L5节段正常有限元模型以及按不同角度(30°,45°,60°)植入融合器的椎弓根螺钉单/双边固定的融合模型,比较分析了各模型在前屈、后伸、侧弯和轴向旋转生理活动下的腰椎活动范围、融合器与椎间盘上下终板接触界面以及融合器自身应力分布等生物力学特性.结果表明,在相同的生理活动下,融合模型活动范围值均较正常模型大幅降低.融合器和接触界面上应力分布随着生理活动和融合器植入角度不同存在差异.综合考虑生物力学性能和融合节段的稳定性,融合器斜向45°植入配合单边椎弓根螺钉固定为相对较好TLIF术.     

颈椎前路单节段融合中加压钉和限制型固定板的力学特性

研究了一款颈椎前路加压钉在颈椎前路融合手术中临近椎体的应力。分别采用传统结构的固定板和新结构加压钉,对12具人体颈椎标本实施C4-C5节段椎间盘切除术后的前路融合固定,利用生物力学试验机和高精度三维运动测试系统进行试验,比较了两种不同结构固定板(钉)植入颈椎后在前屈15°或后伸20°运动条件下的融合性能,以及在50N及100N的轴向载荷条件下二者的静态载荷分布。结果表明:在固定效果上,前路加压钉和限制型前路固定板两者功能相仿,不存在显著差异;针对C4-C5椎间植入体上所承受的压力,选用前路加压钉较选用限制型前路固定板为佳。     

颈椎前路单节段融合中加压钉和限制型固定板的力学特性

研究了一款颈椎前路加压钉在颈椎前路融合手术中临近椎体的应力。分别采用传统结构的固定板和新结构加压钉,对12具人体颈椎标本实施C4-C5节段椎间盘切除术后的前路融合固定,利用生物力学试验机和高精度三维运动测试系统进行试验,比较了两种不同结构固定板(钉)植入颈椎后在前屈15°或后伸20°运动条件下的融合性能,以及在50N及100N的轴向载荷条件下二者的静态载荷分布。结果表明:在固定效果上,前路加压钉和限制型前路固定板两者功能相仿,不存在显著差异;针对C4-C5椎间植入体上所承受的压力,选用前路加压钉较选用限制型前路固定板为佳。     

立构共聚聚乳酸/纳米β-磷酸三钙复合材料制备可吸收双层椎间融合器及其降解性能

利用纳米β-磷酸三钙/聚乳酸(β-TCP/PLA92)复合材料制备内外双层结构的颈椎椎间融合器.考察了β-TCP重量百分数为10%,30%和60%的外支架复合材料在磷酸盐缓冲溶液中的降解行为、机械性能和热力学性质.结果表明,体外降解30周,降解液的pH>6.9,材料失重率<1.1%,外观形态完好;PLA分子量下降50%以上,复合材料机械性能明显下降,但10%和60%TCP的复合材料抗压强度均大于50 MPa,满足椎间融合器的临床应用要求.10%TCP的复合材料降解过程中,PLA发生了明显的结晶,而其余材料则不明显,说明β-TCP的存在不利于PLA结晶.乳液相分离/粒子沥滤法制得了大孔235～435μm和小孔1～10μm并存的复合孔结构的内层支架.为新型生物可降解颈椎融合器的研制提供了依据.     

周期荷载作用下煤的疲劳变形及能量演化特征

为研究单向应力状态下周期荷载对煤疲劳破坏特性的影响,利用MTS815.02岩石力学试验系统进行了多级周期荷载试验.试验结果表明:(1)当周期荷载峰值应力低于煤样疲劳强度时,煤样变形具有初始和停滞两个发展阶段,耗散能呈L型演化规律;当周期荷载峰值应力超过煤样疲劳强度时,煤样变形具有初始、等速和加速3个发展阶段,耗散能呈U型演化规律;(2)对于煤样的疲劳破坏,环向变形和体积变形比轴向变形更为敏感;(3)常规单轴压缩试验时,煤样大致呈单斜面剪切破坏,局部伴随拉伸破坏;周期荷载试验时,煤样破坏后产生许多小碎块,偶尔可见较大块体;(4)只有当周期荷载峰值应力高于煤样的疲劳强度时,煤样内部微裂隙才开始大量萌生、扩展、贯通,这一过程将最终导致煤样发生疲劳破坏.     

渗碳齿轮钢残余内应力的研究

为了探讨残余内应力、接触疲劳强度间的关系,用化学剥层法在X射线应力仪上测定了失效前后经不同渗碳工艺处理的几种渗碳齿轮钢的残余内应力分布.测得渗碳层的残余内应力均为压应力,并且沿渗层呈现一个波峰、两个波谷的复杂分布;分析认为失效后残余内应力的释放程度与渗碳层碳的浓度梯度有关,对碳钢来说,在一定有效层深范围内(＜1.0 mm)残余压应力对材料的接触疲劳强度有有益的作用.     

表面形变强化对中碳钢疲劳强度的影响及强化机理

本文研究了表面形变强化对不同热处理状态的45Cr钢三点弯曲、不对称循环下疲劳强度的影响,并用x射线衍射法测定了残余应力的分布及半高宽,用电镜观察了断口形貌和断裂特征. 表面形变强化后材料疲劳强度的提高可归结为宏观残余应力、表面光洁度和组织结构变化三个基本因素. 高温回火试样经滚压强化后,其组织结构变化既有组织强化又有组织损伤,它对疲劳强度的影响比残余应力要小些.但当残余应力衰减较剧时,它又会成为影响疲劳强度的主导因素. 低温回火试样的形变强化效果显著.除了残余压应力的有利因素外,材料表层回火马氏体微观不均匀性的改善也对疲劳抗力的提高起了重要作用.     

铁道车辆转向架构架多轴疲劳强度有限元分析方法

铁道车辆转向架构架在服役过程中承受复杂的多轴疲劳载荷,为构架结构的设计和分析带来困难.本文以某车辆转向架构架为研究对象,为获得构架在复杂多轴载荷作用状态下的应力分布状态,分别建立构架板壳有限元模型和实体有限元模型,并参照UIC 615-4、TB/T 2368-2005和TB/T1335-1996标准,确定计算工况,对该转向架构架强度进行分析计算,并根据ORE B12/RP17提供的钢材Goodman疲劳曲线图,编写后处理程序对构架进行疲劳强度评估.结果表明:两种有限元模型计算分析结果趋于一致;构架结构的应力分布状态呈现面内应力分布占优的状态;采用最大主应力对其进行疲劳强度评估是合理的;两种建模方法获得的构架静强度、疲劳强度评估结果的一致性说明:采用板壳模型代替实体模型对构架进行有限元强度分析是可行合理的,可节省计算资源.     

摩擦力作用下的齿轮齿根弯曲疲劳强度的计算

在考虑摩擦力的情况下，通过建立直齿圆柱齿轮的力学模型，研究了齿根的应力分布规律；推导出摩擦力作用下的齿轮齿根弯曲疲劳强度的计算公式，并提出了影响轮齿弯曲疲劳强度之一的综合齿形系数。