上颌骨缺损颧种植体功能设计及生物力学评价

利用Branemark颧骨种植体,结合显微外科骨移植技术重建半侧缺损和全缺损上颌骨的形态和功能,并对重建的生物力学效果进行评价.基于CT扫描和图像及图形处理技术,建立标准人的模块化颅骨三维几何和有限元力学模型.基于该模型,模拟不同颌面骨缺损状态,设计上颌骨半侧和全缺损颧种植体长度、植入位置、植入方向,及常规种植体分布和数量,并利用有限元方法评价该设计的生物力学性能.结果表明,腓骨移植Branemark颧骨种植体种植修复半、全侧上颌缺损模型的应力分布中,应力最大值出现在颧种植体植入颧骨的颈部,颧种植体上应力值较周围支持组织的大,起到了颧突支柱对牙合力的传导作用;种植体结构中弯曲变化的位移不明显,并且种植体整体位移在颧骨附近逐渐减小为零.故腓骨重建颧种植修复上颌骨缺损方法能够有效传导牙合力,其周围支持组织具有良好的应力分布,是一种安全有效修复上颌缺损、恢复咀嚼功能的临床方法.     

应用快速原型技术辅助下颌骨缺损重建手术

在采用自体腓骨重建下颌骨缺损的手术中,为了弥补传统手术方式和术后外形的不足,利用病人的CT数据制作出个性化定制的下颌骨快速原型模型,术前模拟重建手术后效果.手术前,按照病人下颌骨RP模型将钛板弯制成形,并作为手术中的下颌骨外形模板.下颌骨RP模型的使用大大提高了重建下颌骨的成型精度,同时明显减短手术时间,由原来腓骨塑形手术时间4～5h缩短到1.0～1.5h.应用RP技术辅助下颌骨缺损重建手术值得推广.     

人体下颌骨前伸后的骨应力研究

通过CT技术获取人体下颌各层面的解剖轮廓图,经三维重建从生物力学角度分析下颌前伸后下颌不同部位的应力情况.选择一处于生长发育高峰期的典型Ⅱ类患儿,采用CT技术对整个下颌骨进行断层扫描,将其输入计算机给定前伸条件咬合重建,在CAD软件中建立几何模型,将其导入MSC.PATRAN建立有限元模型.结果显示髁突后缘及下颌体磨牙区出现拉应力集中区,下颌骨下缘及下颌角区为压应力集中区.本实验对下颌前伸后下颌内部的应力情况进行了客观分析,从理论上推断并支持了功能矫治后下颌骨的生长改型变化.     

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.     

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.     

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.     

独塔自锚式悬索桥主缆锚固节点三维光弹性试验研究

对福州鼓山大桥主缆锚固区进行三维光弹试验,分析主缆锚固区局部应力分布规律和应力集中程度.结果表明:锚固区与箱梁间传力顺畅;锚垫块作用处、索孔周边、截面突变处、凹角等区域应力集中现象较为明显;索孔核心区上方、锚固区后部的横隔板出现较大的拉应力,在设计中应加强这些部位的构造措施和配筋.     

基于ANSYS WORKBENCH的四通有限元分析

利用三维绘图软件SOLIDWORKS对某一四通建立三维模型,利用ANSYS WORKBENCH分析软件对模型进行有限元分析,得到了应力云图,分析出该四通件应力集中区域及应变较大处,为改进四通提出理论依据。     

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.     

种植体长度与直径对下颌骨牙齿种植影响的有限元分析

基于活实体数据,采用计算机图像处理、逆向工程技术得到上下颌骨及牙列的几何模型,构建出有限元模型,并进行有效性验证.利用构建的高仿真度上下颌骨及牙列有限元模型,探讨种植体长度、直径对牙齿种植的影响.结果表明:下颌骨碰撞仿真实验得出的接触力–时间曲线与尸体实验得出的曲线走势相同,接触力峰值与尸体碰撞得出的峰值相近.牙齿种植仿真实验得出了种植体应力分布云图,种植体、皮质骨、松质骨最大应力,下颌骨-种植体相对最大位移.通过比较数据可以得出,种植体直径的增加比长度增加更有利于牙齿种植的稳定性.     

动荷载与温度场作用下沥青路面坑槽修补界面力学特性研究

针对沥青路面坑槽修补后接缝破损现象突出问题,利用有限元软件建立沥青路面坑槽的三维有限元模型,分析了半波正弦荷载与移动均布荷载作用下坑槽修补界面的应力变化规律,并计算了周期性变温条件下坑槽修补界面的温度场与应力场的分布规律。研究结果表明：沥青路面坑槽修补界面主要受压和受剪,拉压应力交替变化的波形是使路面修补区域产生破坏的主要因素;修补区域路表由于温度应力的影响,很容易造成接缝开裂和向下延伸的趋势,且日温差越大沥青路面修补区域界面的温度应力也越大。     

人体下肢有限元动力学分析模型的建立和验证

为了研究行人碰撞事故中人体下肢的生物力学响应和损伤机理,建立了一个人体下肢有限元模型．模型按人体解剖学结构建立,由髋骨、股骨、胫骨、腓骨、膑骨、足骨、韧带、腱、关节囊以及髋关节、膝关节和踝关节构成．采用了壳单元和线性弹簧-阻尼单元来模拟骨骼和软组织．模型的边界和载荷条件根据汽车行人侧碰撞实验条件确定．通过比较仿真和实验在横向碰撞载荷条件下的剪切、弯曲响应结果,验证了模型的生物逼真度．分析了在不同加载条件下有限元模型的生物力学响应和应力分布,以及与下肢损伤风险的关系．     

某型发动机压气机叶-盘结构优化分析

为快速提高后续批次发动机推重比,针对压气机转子叶-盘-鼓基本结构单元,基于通用有限元软件优化设计平台和循环对称结构静应力分析方法,在不改变叶片气动外形、盘鼓连接半径等强约束条件下,通过合理预设需优化位置的形状和尺寸设计变量,建立从榫头-榫槽连接式叶盘结构到整体叶盘结构的两步优化方法,缩减了优化迭代过程中结构静应力计算用的三维有限元模型规模,提高了优化效率。运用该法对某发动机高压压气机第三级叶盘结构进行优化设计,将最大转速下叶、盘、鼓的离心和气动载荷施加到优化迭代过程中、结构静应力计算用的有限元模型上,同时设置既可线性求解、又能计入接触面上真实应力状态的叶、盘、鼓间的接触,贴合承载和接触实际。采用一阶方法进行优化求解,得到满足约束条件的尺寸设计变量解。对比分析优化前后结构的应力分布,证实该法有效,在保证结构可靠性的前提下,获得了较好减重效果。     

汽车轮毂冲击的 CAE与实验分析

针对汽车车轮冲击试验,通过动态响应有限元分析,确定车轮结构中的最大应力及危险位置,并通过实验应力分析,利用动态电阻应变仪等,测定并计算车轮结构中关键点的应力响应,利用MATLAB计算并绘制Von Mises应力响应曲线。通过对比有限元分析与实测结果,提出修正系数,对有限元分析模型进行修正,该结果可用于企业的车轮设计,提高产品结构设计的一次合格率。     

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。     

空调配管优化应力仿真与实验研究

针对某款空调分体室外机优化前后的管路,利用有限元仿真技术建立配管系统力学模型,对其进行谐响应分析,得到配管应力分布情况.根据结果对优化前后的管路进行应力测试,对仿真分析结果进行试验验证.结果表明,仿真分析可以较真实地反映实际应力分布趋势,为配管优化设计及应力测试提供指导,可节省产品开发周期.     

梯形不锈钢筛条孔型设计及有限元模拟

根据某公司梯形筛条产品规格要求,制定了三辊Y型轧机4道次孔型系统及其轧制方案。为研究此轧制工艺下轧件成形规律并预测成品尺寸,借助于ANSYS/LS-DYNA有限元软件,建立了4道次筛条的轧制过程三维有限元模型并进行仿真,获得了轧制过程金属流动规律,包括金属纵向流动、金属横向流动和力能参数,包括应力、应变和轧制力参数,验证了所设计的孔型系统的可行性。结果显示,可在机架间增加导位装置,减少轧件应力集中,提高轧制稳定性及成品率,为新产品孔型系统的优化改进提供了参考。     

轴流式水轮机支持盖有限元分析及优化设计

为解决传统的刚性环算法对水轮机支持盖设计计算的不足,建立了支持盖的有限元分析模型,对在正常工况和紧急停机工况下的支持盖进行了有限元分析,指出紧急停机工况为危险工况,并计算了重量灵敏度和在紧急停机工况下的位移灵敏度,建立了支持盖的优化模型,对在紧急停机工况下的支持盖进行了优化设计,并校核其在正常工况下的强度条件、