振动载荷对损伤椎间盘处小关节的影响分析

利用非线性的三维脊椎有限元模型,研究了振动环境下损伤脊椎的力学特性.脊椎的损伤包括椎间盘的去髓核和小关节切除,仿真过程还考虑了不同频率和阻尼对脊椎动态特性的影响.研究表明在振动环境中,人体腰椎不仅存在垂直方向上的振动,还伴随着小幅度的前后仰俯运动.椎间盘的去核与退化将使小关节的接触力增加,在振动情况下对小关节非常不利.另外,振动对椎体后部小关节的影响比同一运动段的其他部位都大.     

基于有限元模型的人体损伤脊柱的动态特性分析

为了研究在全身振动情况下损伤脊椎对其相临组织部件的影响,建立了一个腰椎L3-L5段的三维非线性有限元模型.研究对脊椎给予了几种损伤假设,如小关节切除、去髓核和后部结构切除等,并对这几种损伤情况进行了有限元瞬态分析.结果表明,腰椎在振动过程中不仅存在垂直方向的振动还伴随有仰俯运动.脊椎小关节可以限制腰椎仰俯运动的幅度以保护纤维环后部免受大的拉伸和高应力的危害.椎间盘去髓核会导致纤维环上高应力的产生和椎间盘鼓胀增大.在振动过程中,小关节的切除同样可以加速椎间盘的退化.     

胸椎单侧关节突关节切除对稳定性影响的生物力学研究

选用5具新鲜成人尸体脊柱T4/5,T7/8及T11/12脊柱功能单位(FSU),分别切除T4/5,T7/8,T11/12节段的右侧关节突,分别造成3种实验模型(正常脊柱结构、右侧关节突切除外侧1/2,全切除),运用脊柱三维运动实验机测试各模型的稳定性.结果示下胸椎单侧关节突全部切除对脊柱旋转产生影响(P=0.000 755).在胸椎减压手术过程中手术需要保留下胸椎的关节突,如果需要切除时可以辅以内固定系统.     

人体颈部动力学响应分析有限元模型的建立和验证

根据汽车碰撞事故中人体颈部损伤防护技术研究的需要。建立了一个人体颈部三维有限元模型。该模型参照人体解剖结构模拟了颈椎骨、椎间盘、小关节、韧带、肌肉和软骨等组织，共由15811个单元构成。各组织的材料特性采用了弹性、粘弹性、和刚性材料模型来描述．模型用前碰撞志愿者实验数据进行了验证。其头部的加速度、位移曲线与实验数据得到了较好的吻合。本文初步研究了软组织特性参数对于颈部运动的影响。该模型具有较高的生物逼真度，可对头颈部在汽车碰撞载荷条件下的加速度、速度、位移等动力学响应参数进行分析研究。     

不同姿势对脊椎胸腰节段爆裂骨折的影响

根据临床医学的统计结果,建立了一个比较完整详细的T12-L2胸腰椎节段的脊椎有限元模型,并赋予模型带有失效准则的非线性材料属性来研究不同姿势下脊椎爆裂骨折的生物力学原理.垂直压缩载荷由一个刚体球垂直碰撞脊椎模型产生.在碰撞之前,脊椎模型分别处于直立、前屈、后伸的姿势下,由此获得3种姿势下的骨折过程和评估爆裂骨折程度的纵向高度、横向宽度和关节突接触力的评价参数.研究结果表明,后伸姿势下椎管狭窄程度最大,爆裂骨折程度最严重.     

路面随机振动下人体椎间盘关节力学特性分析

建立了L4-L5椎体关节的三维有限元模型,分别表示5种人体尺寸和不同的3种坐姿.研究当汽车在路面上行驶时,人体高度、体重和坐姿与脊椎关节压缩应力和剪切应力的关系.结果表明:弯曲坐姿时,脊椎承受的压缩应力和剪切应力最大.人体的高度和体重对于脊椎关节的静态剪切应力和压缩应力都会产生不同程度的影响.脊椎应力与座椅处振动的传递函数和驾乘人员的坐姿有着重要的关系,无论何种体型的人体,驾驶坐姿都比弯曲坐姿所承受的应力小,证明驾驶坐姿更舒适.     

后冲击下人体胸部动力学响应分析

为研究后碰撞过程中人体胸部的损伤情况,基于人体解剖学构建了人体胸部有限元模型,模型包括胸椎、椎间盘、肋骨、肋骨软骨、胸骨、锁骨、肩胛骨、肌肉和韧带等人体组织.通过后碰撞仿真模拟,研究了胸部组织的应力及应变变化情况.结果表明:在后碰撞过程中,胸椎T1、胸椎T2和胸椎T3的应力和应变较大,可能发生椎体骨折;第一肋骨到第三肋骨的损伤可能较大,容易发生骨折;T1–T2、T2–T3和T3–T4之间的椎间盘应力较大,可能产生椎间盘突出等损伤.     

研究汽车碰撞中头颈部动态响应的有限元模型的建立和验证

建立并验证了一个基于人体解剖学结构的头颈部三维有限元模型．该模型由颅骨、脑、颈椎骨、椎间盘、肌肉、韧带和小关节组成,总节点数为17758,单元数21803,模型生物材料特性分别用弹性和粘弹性模型描述．整个头颈部模型应用关国海军生物力学实验室前碰撞志愿者实验及查尔摩斯大学后碰撞滑车实验的数据进行了验证．采用该模型计算了头颈部的加速度、角速度等运动曲线及HIC值．验证结果显示该模型具有较好的生物逼真度,可用于研究在汽车碰撞事故中头颈部损伤生物力学问题和开发损伤防护装置．     

非持续载荷下椎间盘的多孔弹性特性

建立了人体L4/L5段腰椎关节椎间盘多孔弹性有限元模型,并在持续压缩和间歇性压缩载荷作用情况下进行仿真分析,并且将其与相同工况下退化的椎间盘模型进行对比.结果表明,同样状态的椎间盘由于间歇时间的存在,盘的变形和有效应力都相对减小,而孔压值增大.退化的椎间盘由于盘的刚度增加,盘高度和初始孔隙率减小等原因,导致其孔压值和有效应力的变化速度都要比健康的椎间盘快.     

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．     

利用修正QLV方程评估人体颈椎韧带阻尼特性

脊椎韧带的阻尼特性在生物力学中起着非常重要的作用。为了在生理范围表征脊椎韧带的阻尼特性,利用应力松弛实验数据,采用似线性黏弹性理论模型,对三种韧带(包括前纵韧带-ALL,后纵韧带-PLL和黄韧带-LF)的阻尼性质进行模拟和分析。基于修正的QLV七参数模型给出复模量的理论公式。又考察应变对阻尼特性的影响。结果表明:LF与ALL和PLL阻尼特性不同。评估韧带阻尼范围受应变影响。     

A New Model of Damped Vibration Absorber

A new model for an untuned damped vibration absorber is put forward here in accordance with some actual mechanical structures,and its performance or responses to various system parameters of the model are also fully discussed.Generally speaking,machines should be designed to avoid working at their resonant frequencies.For some modern machines their working speeds often exceed their first even second resonant frequency,so,it is the same important for them to pass through their resonant frequencies steadily during starting or shutting down.In the paper the max peaks of the main system vibration amplitude and force transmissibility,as well as their corresponding peak frequencies are emphasized.     

基于虚拟材料的螺栓联接复合板固有特性建模

为了提高含螺栓复合材料结构的动力学分析效率,基于虚拟材料模型建立了相应的解析模型,并求解结构的固有特性.对螺栓联接复合材料板结构进行能量分析,采用拉格朗日方程创建了螺栓联接板的动力学分析模型,求解了该结构的固有频率和模态振型.利用基于分解的多目标进化算法(MOEA/D)确定模型中虚拟材料的参数,以达到模型修正的目的.以螺栓联接TC500碳纤维/树脂板为对象进行了实例研究,结果表明:应用该虚拟材料模型可再现螺栓联接复合板结构的振动特性;在经过模型修正后,仿真计算获得的前6阶固有频率与实测值的最大偏差为2.83%,证明了所提建模方法的合理性.     

机械谐振式热声制冷机模态频率研究

研究了一种机械谐振式热声制冷机结构,建立了装置机械谐振系统的二维模型,从振动方程中分析获得了系统的模态频率关系,同时研究了振动质量、机械和气体弹簧、腔体尺寸以及工作压力等参数对模态频率的影响.研究结果显示系统存在两个模态频率,且频率随谐振参数的变化出现分岔.通过对谐振参数的设计和调节,装置可以获得所需的特性和谐振频率.     

智能钻杆磁感应传输技术及其信道特性分析

分析感应耦合原理并制作耦合器,将仿真与实测相结合,在高频变压器模型基础上建立单个耦合器的准确电路模型。然后对多节耦合器连接的电路特性进行分析,得到每增加一个耦合器就增加了一个谐振回路的规律,进而得到磁感应传输信道的电路模型。针对多级信号传输的衰减问题,采用电容补偿的方法,增加谐振频率点的幅值以提高信号传输效率。最后,建立用于随钻信息磁感应传输的实验系统,验证磁感应信道电路模型的有效性。选取模型中的两个谐振点作为通信频点,在20节的传输系统中实现了115.2kbit/s的通信速率。     

Watt型平面六连杆机构的固有频率计算

本文利用传递矩阵法对Watt型平面六连杆机构的固有频率进行计算.推导了该类机构横向振动的传递矩阵,算出了它的低价固有频率,利用7T17-S频谱分析仪进行试验模态分析,得到了相应结果.这种分析方法在数值求解时只需计算低价次的传递矩阵和行列式值,因而可在PC机上进行.它也适用于其它型式连杆机构的振动分析.     

基于SPH方法的二维矩形舱液体晃荡数值研究

储液舱内液体晃荡是当外激激励频率与容器内部液体自由液面的固有频率接近时,液体产生的剧烈共振运动.采用光滑粒子流体动力学(SPH)方法,在二维矩形舱低载液率横荡和横摇激励下,自由液面共振频率附近4个激励频率处开展数值研究.对比数值和对应实验中全局自由液面波形和冲击压力时程发现,SPH方法可以很好地模拟液体晃荡时的波形,如水跃、破碎波等自由液面的大变形运动.此外,该方法可用于模拟和评估非共振区域晃荡荷载的特性.建议采用两相流来模拟共振频率下液体剧烈的晃荡运动.     

等效电路法在双调谐射频线圈设计中的应用

为了解决磁共振成像系统中双调谐射频线圈的设计问题,提出了一个通用等效电路模型。通过考虑线圈各导体间的互感,对各回路电流建立完整的电路方程并求解相应的特征值问题,从而获得线圈完全的谐振模式。仿真分析和实验结果表明:在130MH z以下的频率范围内等效电路法和矩量法分析结果的偏离程度小于11%。在1.5T磁共振成像系统的双调谐四端环鸟笼线圈的设计中,仿真和实验结果的偏差小于2%,即等效电路法可以高效地获得足够近似的分析结果。