基于计算的漏斗胸合并脊柱侧弯微创矫形手术方案的研究与临床

本文用数值模拟方法研究漏斗胸合并脊柱侧弯矫形过程,目的在于为临床手术提供参考,降低手术风险,提高疗效.文中采用三维重建方法重建了漏斗胸合并脊柱侧弯的前胸廓模型,模型包括2个胸骨、12对肋骨及肋软骨、12个胸椎,导入有限元软件建立三维有限元模型,模拟矫形手术过程,与临床手术结果进行了比较.数值模拟结果显示对漏斗胸合并脊柱侧弯畸形矫形后,漏斗胸症状得到明显改善,同时对脊柱侧弯产生一定影响,胸腔凹陷畸形与脊柱侧弯的弓形畸形在同一侧,脊柱侧弯症状得到改善.对骨之间连接方法的研究显示,点面耦合位移约束比点点耦合位移约束刚度大,位移结果数值接近,应力数值有一定差别.基于计算结果,设计了2根矫形带的矫形手术方案,进行了手术,经验证,计算结果与与临床手术结果相符,文中对漏斗胸合并脊柱侧弯微创矫形过程的数值模拟对于指导临床手术方案设计有参考价值.     

脊柱侧弯矫形对漏斗胸胸廓变形影响的研究

认识和了解漏斗胸合并脊柱侧弯先行脊柱侧弯矫形对漏斗胸胸廓变形的影响,预测胸廓的变形,为临床手术方案设计提供参考.在基于漏斗胸合并脊柱侧弯病例胸廓的结构与尺寸,创建了畸形胸廓实体模型,创建了脊柱侧弯矫形的钉棒系统,采用数值模拟方法模拟了钉棒系统矫形脊柱侧弯的手术过程.数值模拟结果显示对漏斗胸合并脊柱侧弯畸形先行脊柱侧弯矫形后,脊柱侧弯症状得到明显改善,漏斗胸胸壁凹陷有减轻的趋势.漏斗胸合并脊柱侧弯畸形先行采用钉棒系统进行脊柱侧弯矫形不会加重漏斗胸病症,研究结果可以为临床制订先行脊柱侧弯矫形手术方案提供参考.     

动物胸廓变形的电测实验研究

数值模拟的方法已经被用于漏斗胸及漏斗胸合并脊柱侧弯微创矫形过程的研究,但是目前尚缺少实验验证.受伦理限制,目前还无法进行在体模型和离体模型的电测实验,虽然可以用高分子材料制作人工胸廓模型进行电测实验,但是在模型材料的筛选,模型的制备和胸廓模型装配方面还面临许多困难.本文采用新鲜的羊胸廓模型进行电测实验,通过对羊胸廓的胸骨中下段沿矢状面施加40 mm的位移,获得了动物胸廓模型在生理载荷作用下肋骨及肋软骨的应变分布规律.文中结果为了解胸廓在生理载荷作用下的变形特点提供了实验数据,也为验证数值模拟结果提供了重要的实验数据.     

桁架结构强度计算研究

分别采用轴力杆单元、弯曲-轴力梁单元和三维实体单元的有限元法对桁架结构进行静力分析.计算结果表明:采用轴力杆单元和采用梁单元的轴向应力接近,采用实体单元节点处的最大等效应力远高于杆单元模型和梁单元模型的应力,采用实体模型的位移大于杆单元和梁单元的位移;理想桁架中应力为零的杆件,用梁单元和实体单元计算应力并不为零;桁杆两端和节点存在应力集中,等效应力数值远大于杆件的应力.理想桁架的计算方法的杆件轴向应力虽然计算精度较高,但是不能反映节点的应力集中,桁架的强度计算应该考虑节点的应力集中.文中研究结果可以用于井架及电塔结构的强度设计.     

短杆钢箱桁架结构数值模拟方法探究

基于某短杆钢箱桁架渡槽实例,通过ANSYS大型有限元计算软件,分别建立了渡槽节段的实体模型和简化的梁单元模型;然后,根据渡槽实际受力情况设置了跨中集中荷载以及均布荷载两种荷载工况形式,并进行这两种工况下的位移和应力比较,找出梁单元模型与实体单元模型间计算响应的差异;最后,验证了梁单元模型在短杆桁架位移计算中得到的结果在误差允许范围内,引入了梁单元模拟短杆钢箱桁架结构时的应力包络系数,以指导类似短杆钢箱桁架结构数值分析计算。     

公路组合桥面钢桁梁桥整体式节点计算对比

钢桁梁桥在进行全桥有限元计算时,节点的精确模拟与否直接影响计算结果的准确性.传统空间梁单元模型只能反映结构的整体受力,不能反映局部详细应力分布,然而局部应力分布也是桥梁设计的重要依据.为了对比分析空间梁单元模型与精细组合单元模型节点刚性对全桥整体变形和应力分布的影响,以跨径90 m、桥面宽18m公路简支钢桁梁桥为研究背景,分别采用Midas Civil与ABAQUS有限元软件建立三维梁单元模型与精细组合单元模型.采用不同恒载与车辆荷载工况进行加载,对比分析了梁单元模型与组合单元模型相应杆件的应力分布与相对差值;最后通过实桥原位实验证明了精细组合单元模型计算结果的有效性.研究表明,三维梁单元模型简单易行,可以快速给出钢桁梁桥整体计算结果,而精细组合单元模型能够准确考虑节点刚性对于钢桁梁桥整体变形的影响,并给出关注部位详细应力分布.     

基于三维数值模拟的高边坡开挖安全预测

通过对广乐高速K102路堑高边坡进行开挖实况数值模拟,利用ABAQUS三维数值模拟对高路堑边坡开挖施工过程中的边坡表面水平位移和深层水平位移的拟合,根据现场监测结果对边坡安全预测.研究表明:利用ABAQUS有限元程序能够有效模拟高路堑边坡的开挖加固过程,与现场监测结果相对应;三维数值模拟能够模拟非规则边坡的开挖,反映边坡的变形及内部塑性应变区,对现场边坡开挖加固具有指导意义;三维数值模拟所得的表面位移与深层位移结果与实测结果取得较好的拟合,计算结果合理可靠,根据位移变化突变点进行安全预测具有可行性.     

堆焊角变形动态过程试验与数值分析

采用有限元数值模拟方法研究了CO2气体保护堆焊的角变形动态过程.为了反映夹具和焊接件的接触状态,将夹具和焊件统一建立有限元模型.对计算焊接角变形的接触约束二维模型、位移约束二维模型和位移约束三维模型进行了比较,并与试验结果进行了对比分析.研究结果表明:虽然二维模型不能反映焊接角变形的动态过程,但能得到和试验结果一致的残余角变形;三维模型能反映焊接过程中的动态角变形,但计算效率低;接触约束模型能计算出焊接件在夹具作用下的摩擦力和接触压力.     

页岩气藏水平井分段压裂缝间应力干扰全三维模拟

已有多裂缝应力干扰分析模型多基于二维或拟三维假设,该类模型只能考虑裂缝沿水平面的扩展与水平方向的就地应力大小,同时对裂缝形态有较强约束。为了更加准确地分析三维空间多裂缝干扰模式,建立了基于三角形单元位移不连续方法的全三维多裂缝扩展数值模型,对采用二维与三维模型预测的应力干扰强度进行了比较,计算了多裂缝扩展引起的三维空间应力分布。模拟结果表明:全三维压裂模型能够更加准确地刻画地层应力分布与裂缝形态。与二维模型预测的结果相比,三维模型预测的裂缝间应力干扰更弱,预测的裂缝变形诱导应力变化和裂缝扩展速度更小。     

预应力混凝土多梁式梁桥的非线性壳单元模型及极限承载力研究

本文研究了预应力混凝土多梁式梁桥的非线性壳单元计算模型,对多梁式梁桥进行了非线性全过程分析。采用弥散裂缝模式、Ottosen屈服准则和Hinton压碎准则描述混凝土开裂、屈服和压碎非线性性质后,引入实体退化壳单元理论,对混凝土和普通钢筋采用分层壳单元模拟,预应力钢筋采用组合壳单元模拟,并根据位移协调性推求了预应力钢筋对组合壳单元刚度矩阵的贡献,研究了一种非线性组合-分层壳单元计算模型,并编制了相应的三维非线性壳单元计算程序。结合破坏性试验资料可知,非线性计算结果与试验数据吻合良好,并对普通钢筋和预应力钢筋应力发展规律进行研究。研究表明对于预应力混凝土多梁式梁桥这类薄壁结构,采用本文提出的非线性壳单元计算模型来研究其非线性行为是有效的,此单元具有良好的数值稳定性和收敛性。