髋臼软骨参数化曲面模型

为了提高髋关节模拟研究精度,提出一种基于逆向工程技术建立和验证髋臼软骨参数化曲面模型的新方法.首先通过激光扫描获得髋臼软骨表面完整的几何信息———点云数据;然后通过髋臼三维坐标系的建立与坐标变换,实现髋臼点云坐标的归一化;最后运用优化拟和方法建立了一种新型的髋臼软骨参数化曲面模型,并将这种新模型与传统球面模型进行了解剖匹配度(即模型与真实髋臼软骨面之间平均偏离距离)的统计分析.结果表明,新模型的解剖匹配度显著高于传统的球面模型(P<0.001),尤其在髋臼软骨的臼顶区域新模型较球面模型更具精确的解剖匹配.     

全髋关节置换术在髋部疾患中的应用

目的分析手术治疗髋关节病变病例,探讨人工全髋关节置换在该病种中的术中要点、术后功能恢复及对策。方法回顾分析78例行工全髋关节置换患者(79髋),随机分为对照组和观察组,所用患者均在真臼处重建髋臼,髋臼覆盖不全(70%)进行结构植骨,股骨短缩(4cm),需截骨延长,并比较分析Harris评分,对手术前后髋关节的功能进行评价。结果通过Harsis评分与术前相比观察组(85.94±7.60)分,对照组与术前相比(89.32±7.11),术后髋关节功能明显改善,两组比较,差异无统计学意义。结论全髋关节置换术能够改善髋部疾患患者术后功能,缩短手术时间,减少术后并发症,值得推广。     

基于CT图像反求技术的人体股骨头修复建模

提出了一种基于CT图像反求技术的髋关节建模和缺损股骨头修复建模的新方法.利用基于模型的分割方法从人体髋关节CT图像中分别提取股骨和髋臼骨轮廓三维点数据,通过对离散点云数据进行规则化处理、精简、分割等,提取目标区域点云数据,最后利用最小二乘法拟合对因病变而发生塌陷的股骨头表面进行修复重建,恢复其健康状态的球面形态特征.利用两例不同程度的股骨头坏死病例进行修复实验,均得到较精确的修复还原效果.该方法不仅可以很好地重构人体髋关节模型、还原缺损股骨头的原始形态,而且可以推广到其他关节或骨组织,为骨科手术的精确定位和生物力学有限元分析提供了理论模型,并为关节假体的个体化快速制造提供了一种有效的方法.     

自仿射接触点及其在分形接触理论中的应用

为了深入研究分形方法在接触理论中的应用,利用数值模拟实验研究了分形粗糙表面的接触机理,并提出了自仿射接触点的概念。该概念充分利用分形函数自仿射的优点,改善了传统分形接触理论中微凸体不满足分形特性的缺陷,去除了接触理论中微凸体相互作用无法考虑等假设。将自仿射概念应用于分形接触理论中,建立了新的接触模型。模型基于粗糙表面均为各向同性的无润滑表面且可以利用W-M函数模拟的假设,利用接触中接触点最大变形量与接触面积的关系,对分形接触模型进行修正,得到更符合实际情况的分形接触理论。与经典的统计及分形接触模型进行对比,结果表明:G-W模型是一个弹性模型,较少考虑塑性接触,因此G-W模型在整体上会低估粗糙表面的接触压力;M-B模型利用单个余弦函数模拟微凸体,得到的最大接触变形量偏小,且微凸体尺寸分布函数的使用也不准确,M-B模型高估了接触压力;提出的基于自仿射接触点的分形接触模型利用自仿射接触点代替微凸体进行理论推导,能更准确地计算出接触压力;在相同的接触面积下,粗糙表面分形维数越大或分形特征尺度越小,接触压力越小。     

骨盆内移截骨加植骨造盖治疗大龄儿童先天性髋关节脱位

目的：研究一种大龄儿童先天性髋关节脱位的新术式,为解决大龄儿童先天性髋关节脱位、头臼不称、即股骨头大、髋臼小,用其他术式无法覆盖包容股骨头的问题.方法：骨盆内移截骨加植骨造盖及粗隆下短缩旋转截骨术治疗头臼不称的大龄儿童先天性髋关节脱位.结果：本组15例,据周永德评定标准,除有2例髋关节屈曲活动受限、1例轻度股骨头坏死外,其余均为优良,无一例半脱位及全脱位.结论：大龄先天性髋关节脱位的头臼不称、头大臼小、真假臼相连者可以推广应用骨盆内移加植骨造盖术,其优点在于单纯骨盆内移术所不能解决的真臼边缘与近端不能很好衔接的问题.     

有限长凸形圆锥体的最佳接触轮廓

提出了两个圆锥体之间无摩擦弹性接触时接触压力计算的一种数值方法.所提出的方法既能计算两锥体接触时的实际接触压力分布,又能计算各接触点上不同的接触刚度、综合曲率半径及接触压力分布.接触变形后的倾斜角和合力作用点的位置也能计算.为了减小圆锥体端部的边缘压力集中,还给出了凸度优化设计的方法和算例.     

股骨颈不同截骨角度在初次人工髋关节置换术中应用

探索一种在首次髋部置换术中使得植入的假体位居股骨髓腔中心的方法,防止术后造成假体内外翻。选取2015年1月～2019年2月收治的120例股骨颈骨折成年患者,术前拍摄双髋标准正位DR片并进行相关数据测量,依据等长及假体居中原理,分两组行不同股骨颈截骨角度截骨。采用随机分组法将其分为实验组(60例,采用个体化截骨)和对照组(60例,采用传统截骨)。术后比较两组假体远端位置及髋关节功能按Harris评分评定。术前两组在截骨角度、截骨高度、假体位置居中率、术后偏心距测量比较差异具有统计学意义(P0.05);而两组术后一年髋关节Harris评分差异无统计学意义(P0.05);两组病例术后无感染、脱位和假体周围骨折等并发症。小粗隆上1.5cm截骨并不能完全使假体居中,股骨颈不同角度截骨使股骨颈基地部截骨得以量化,确保了假体位置的居中,避免了假体远端应力集中,导致假体周围骨折,相对来说此种方法术前测量比较简单,是一种相对具有准确性、简易操作的方法,值得临床采用。     

髋臼股骨头成形术治疗成人髋臼发育不良的机制分析

目的本研究通过临床观察来分析髋臼股骨头成形术治疗成人髋臼发育不良的疗效机制。方法从1997年1月至2003年1月广州中医药大学第一附属医院骨三科采用髋臼股骨头成形术结合通络生骨胶囊治疗的89例(122髋)成人髋臼发育不良患者。对髋关节骨关节炎的X线分期(Tǒnnis法)。用髋关节百分法进行临床评估。测量X片上的关节间隙作为评估骨关节炎进展的指标,并比较术前和术后的股骨头覆盖率、Sharp角、CE角、股骨头中心高度和水平距离。结果经平均3.8年随访,按百分疗效评价标准评定,122髋中优35髋(28.7%),良51髋(41.8%),可27髋(22.1%),差9髋(7.4%)。AHI由术前平均63%提高到术后100%,Sharp角由术前平均46.64°改善为术后平均26.73°,CE角由术前平均8.27°提高到术后平均58.82°。股骨头中心与理想旋转中心的水平距离术后明显减少。本组病例全部造盖,无重要血管神经损伤。结论髋臼股骨头成形术治疗成人CroweⅠ型和Ⅱ型髋臼发育不良伴中晚期骨关节炎的近期临床效果较好,是一种能替代或延迟人工关节置换的有效方法。     

均化接触压力的螺栓连接结合面形状主动设计

为了改善螺栓连接结构的连接性能,以螺栓连接结合面作为研究对象,针对结合面接触压力分布以及有效接触面积,对结合面形状进行了主动设计研究。首先,利用有限元方法,将弹性体的接触界面离散化,从接触界面节点出发,建立了弹性接触问题数学模型,将界面节点处的接触间隙和接触压力的关系转化为数学规划问题。然后,利用该模型,提出一种以螺栓接触压力分布或有效接触面积等接触性能作为设计目标的螺栓连接结合面形状主动设计方法,通过改变结合面的表面形状即表面各节点处的接触间隙,实现改善螺栓连接接触性能的效果。最后,借助ANSYS参数化设计语言,将设计方法流程化,建立了单螺栓连接、法兰盘连接的分析案例,对主动设计以及增加连接件厚度的方法进行了对比分析。结果表明,该设计方法可降低接触压力的峰值和分布离散度,增加有效接触面积,与增加连接件厚度的方法相比,在同样的接触性能目标下还能保证连接结构的固有频率不下降,从而验证了所提主动设计方法的可行性和有效性。     

髋臼股骨头成形术治疗成人髋臼发育不良的机制分析

目的 本研究通过临床观察来分析髋臼股骨头成形术治疗成人髋臼发育不良的疗效机制.方法 从1997年1月至2003年1月广州中医药大学第一附属医院骨三科采用髋臼股骨头成形术结合通络生骨胶囊治疗的89例(122髋)成人髋臼发育不良患者.对髋关节骨关节炎的X线分期(Tǒnnis法).用髋关节百分法进行临床评估.测量X片上的关节间隙作为评估骨关节炎进展的指标,并比较术前和术后的股骨头覆盖率、Sharp角、CE角、股骨头中心高度和水平距离.结果 经平均3.8年随访,按百分疗效评价标准评定,122髋中优35髋(28.7%),良51髋(41.8%),可27髋(22.1%),差9髋(7.4%).AHI由术前平均63%提高到术后100%,Sharp角由术前平均46.64°改善为术后平均26.73°,CE角由术前平均8.27°提高到术后平均58.82°.股骨头中心与理想旋转中心的水平距离术后明显减少.本组病例全部造盖,无重要血管神经损伤.结论 髋臼股骨头成形术治疗成人Crowe Ⅰ型和Ⅱ型髋臼发育不良伴中晚期骨关节炎的近期临床效果较好,是一种能替代或延迟人工关节置换的有效方法.     

基于多尺度模型的单层球面网壳结构静力稳定性分析

网壳等大跨度空间结构在实际工程中得到广泛运用,静力稳定性是结构安全分析的重要内容之一。为研究静力荷载作用下网壳结构的稳定性,以单层球面网壳结构为研究对象,基于多尺度有限元建模方法,通过分别采用薄弱区域节点细化模型、薄弱区域杆件细化模型和全梁单元模型对结构在静力荷载作用下的稳定性进行分析。结果表明,杆件细化与节点细化的多尺度模型可以跟踪杆件的局部凹陷和节点变形等,更接近实际,在结构静力稳定性的数值模拟方面具有更高的准确度。     

并联型接触器触头电流分布特性的研究

并联型接触器由于各支路电流分配不均匀现象导致其扩容系数与并联支路数不匹配,为研究触头电流的分布特性,本文通过对单相和三相并联型接触器触头回路的等效电路分析,考虑各相接触器之间的电磁影响,基于电磁感应定律推导各支路电流分布规律模型,确定了各支路电流的大小关系;利用Maxwell软件建立并联型接触器触头模型,与Simplorer软件进行联合仿真获取接触器并联运行时各支路触头电流曲线,仿真结果与电路分析保持一致,验证了电流分布规律模型的准确性,进而根据仿真结果推导出扩容系数;后续探讨了影响触头电流分布特性的相关因素,为设计并联型大容量接触器奠定理论基础。     

虎克万向节节叉轴承滚针的凸度设计

虎克万向节十字轴节叉轴承的滚针凸度决定了滚针与滚道间接触压力的分布状况，是影响万向节性能和寿命的主要因素之一．为改善万向节的性能，文中基于Lundberg对数凸型方程和三维有限长弹性接触问题的数值计算，分析了轴承结构参数对接触压力分布的影响，提出滚针凸度量设计时必须考虑滚针倒角半径和越程槽宽度的影响，并给出了相应的数值计算方法．使用该方法设计的滚针轴承，可以避免接触压力分布出现“边缘效应”，也可避免在接触区域发生部分应力集中，提高了万向节的性能和使用寿命．     

沥青混凝土心墙坝心墙与基座模型抗震试验研究

沥青混凝土心墙坝心墙与基座的连接型式对坝体防渗性能有着重要影响.针对沥青混凝土心墙坝心墙与基座的两种不同接头型式(弧形和水平接头),精心设计了其他条件均相同的振动台模型类比试验,利用高速高清相机记录整个振动过程,采用PIV图像分析方法研究两种接头型式心墙与基座间的错动、心墙的倾斜以及接头处防渗性能的差别.采用动力有限元法对物理模型进行数值模拟,并与物理模型试验结果进行印证.结果表明:弧形接头沥青玛蹄脂层的错动比水平接头的小,而心墙倾斜度比水平接头的稍大;随着沥青玛蹄脂层厚度的增加和心墙两侧压力差的增加,错动和倾斜逐渐增大.数值模拟分析与物理模型试验结果定性上一致.     

圆柱斜齿轮三维弹性变形的边界元法

本文导出了适于用三维边界无法计算圆柱直、斜齿轮啮合时弹性变形的齿廓方程及接触线方程.提出了一种实用的啮合斜齿轮接触区域模型;根据此模型分析了接触区域上的面力分布规律·大中给出了计算实例.计算结果表明本文导出的公式及编制的计算程序是实用可行的.     

数控车床的液体动静压轴承油膜压力特性

以某高精度数控车床主轴部件为研究对象,研究建立动静压轴承油膜压力的理论模型和仿真分析模型的方法.首先将雷诺方程和油膜承载力方程转化为无量纲的形式,然后采用数值法求解得到轴承油膜的无量纲压力分布图和不同区域的压力值及分布规律.采用流体动力学软件求解轴承油膜仿真模型,获得轴承油膜压力分布,以及在不同供油压力和主轴转速情况下油膜压力变化规律,对进一步研究动静压轴承的承载能力和动静压轴承的设计提供重要的参考.将理论分析和仿真分析结果进行对比,验证了所采用的理论模型和仿真分析方法的正确性和可行性.     

液压封隔器胶筒座封过程数值分析

液压封隔器是通过水力作用使胶筒在套管环空内鼓胀 ,而与套管内壁接触并产生一定接触压力 ,克服了封隔器上、下套管环空液流产生的压差 ,达到分层目的。在座封过程中 ,胶筒产生较大的几何变形 ,此时橡胶材料特性是非线性的 ,胶筒与套管内壁的接触过程也是一个状态非线性问题 ,即封隔器胶筒的座封过程是一个兼有状态、几何和材料的三重非线性问题。采用数值模拟方法 ,对封隔器胶筒压缩过程、座封后胶筒与套管的接触压力分布规律及胶筒与套管内壁之间摩擦系数对接触压力分布规律的影响进行了分析。研究结果表明 ,封隔器座封完成以后 ,上胶筒与套管的接触压力最小 ,中胶筒和下胶筒的接触压力依次增大 ,整体分布呈二次曲线形式。从单个胶筒来看 ,3个胶筒与套管接触面上的压力分布规律并不相同。上胶筒表面的接触压力呈拱形分布 ,而中间胶筒和下胶筒的接触压力呈鞍形分布。随着摩擦系数的增加 ,3个胶筒的接触压力都将降低 ,同时摩擦系数的变化也改变了 3个胶筒与套管接触压力的整体分布格局。当摩擦系数为 0 .3时 ,3个胶筒与套管接触压力最大值的变化梯度基本相等 ;当摩擦系数大于 0 .5时 ,只有下胶筒维持较高的接触压力。利用数值模拟方法 ,可以得到不同摩擦系数条件下胶筒的压缩位移与座封载荷变化的关系曲     

FLUENT的浆液远距离输送数值模拟研究

矿井灌浆管路系统是一个相对封闭的空间,浆液在流动过程中对管道的压力分布情况却难以掌握。因此,首先建立了一种浆液管道流动的数值计算模型,对其进行网格划分、边界条件设定和数值模拟计算流程,并对所建立的模型进行数值计算,得到浆液在管道中的变化特性;其次,针对静压灌浆和动压灌浆2种不同的方式对管道造成的影响程度,利用ANSYS FLUENT12.1分别对这2种不同方式时的压力场进行模拟,对比静压与动压灌浆时的管道压力分布特点和分析浆液在管道中流动过程的压力损失等情况,该模型可以较好的预测静压灌浆和动压灌浆时的管路中的压力分布状态,有助于分析管路输送过程中不同管路位置的压力变化及分布规律,模拟结果显示利用动压进行灌浆作业,可以起到显著的增压效果;最后,通过对比数值模拟计算和工业现场试验监测得到的数据,分析得出两者数据基本吻合。对比结果分析表明:该数值模型建立合理,对矿井远距离灌浆工作具有一定的指导价值。     

用光弹性法研究弹性体平面多点接触问题

应用光弹性法研究了类似特殊螺纹连接的弹性体平面多点接触问题,探索了平面多点接触问题的光弹性模型的制作技术和试验方法,并研究了在轴向拉伸载荷作用下齿的接触压力和模型内部的应力分布规律.结果表明,在轴向拉伸载荷作用下,齿的接触压力沿轴向呈对称分布,内部应力主要是由弯曲引起的轴向拉应力.     

髋关节内置假体设计方法

提出一种新的内置假体设计方法.先利用股骨CT图像数据,通过提取股骨外形及髓腔轮廓线并进行封闭、光顺处理,然后根据股骨髓腔几何解剖状态设计个体股骨假体.利用股骨CT图像中每个象素的CT值和ANSYS软件提供的参数设计语言APDL进行二次开发并形成自主开发的材料属性赋值程序.有限元分析时调用研发的材料属性赋值程序,将股骨有限元模型的每一单元赋予相应的材料属性,实现股骨有限元模型每个单元材料正确的非均匀及各向异性描述,在此基础上进行有限元计算和接触有限元计算,对比置换前后股骨的应力分布情况及大小,检验假体设计的合理性.研究结果表明这种假体设计和分析方法更为合理、可靠.