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。     

人体颈椎C7退变性的有限元分析与实验研究

人体颈椎的退变性病变是医学研究的一个重要方面。该文采用数字散斑相关方法(DSCM)对人体颈椎C7及其下位椎间盘进行了动态测试,得到变形演化的全过程。同时采用CT图像完成了颈椎C7的三维重建,建立了有限元分析模型进行退变性和正常条件下的计算。结果表明:在同等外载条件下,退变型颈椎的最大位移和应变水平分别增加42%和134%,最大应力水平下降24%,显示颈椎的退变性将极大地削弱颈椎的抗变形和承载能力。有限元分析和散斑实验结果均显示终板及其附近存在应力集中,有限元分析和散斑实验结果的相符表明了两种方法在生物力学研究方面的可行性。     

新型矿车减速器壳体有限元分析及测试验证

矿车减速器壳体为整车车重的承力部件,其强度关系到整车的安全可靠性。笔者针对某型矿车减速器壳体进行了有限元分析,并在实际工况中进行了应力测试。结果表明,应力有限元分析结果为72.465MPa,应力测试结果为75.64MPa,有限元分析与实际测试结果相差仅为4.2%,有限元分析可以作为矿车强度校核的可靠工具。     

3岁儿童C4-C5颈椎有限元建模方法研究

使用缩放和非线性拟合的方法,获得了3岁儿童颈部材料参数;提出了一套儿童颈部韧带的力学特性缩放方法;开发了具有精确几何及解剖学结构的3岁儿童C4-C5颈椎段有限元模型,并在准静态、动态拉伸载荷下进行了验证.结果显示,准静态拉伸刚度为211.8N/mm,动态拉伸最终失效力为759.9N,最终失效位移为5.083mm,均与实验值吻合良好;动态拉伸力-位移曲线与实验曲线吻合较好.验证结果表明,本模型能够较准确地反映3岁儿童C4-C5颈椎段的准静态和动态拉伸力学特性,具有较高的生物逼真度.     

基于CT图像颈椎有限元模型的建立及验证

针对目前在颈部损伤机理的研究中尚未有适合中国人体型特点的全颈椎有限元模型的情况,采用CT技术获取中国50百分位人体颈椎数据,并以此建立了全颈椎有限元模型.模型采用映射网格划分方法对松质骨、椎间盘和韧带等结构进行了划分,利用现有的颈椎材料参数进行比例和功能缩放来定义稀缺的材料参数.整个模型共有22 512个实体单元,14 180个壳/膜单元,模型解剖结构描述细致、准确.最后通过颈椎离体坠落试验对模型的有效性进行验证,验证结果表明,该模型具有良好的生物逼真度,可应用于研究国人颈椎在汽车碰撞事故中的动态响应和损伤机理.     

基于网格变换技术的9岁儿童C4-C5颈椎有限元模型开发与验证

针对通过手动画高质量网格的传统有限元建模方法存在建模周期长的问题,应用网格变换技术,结合开发的一套自动识别并提取标识点的方法,快速地建立了9岁儿童C4-C5颈椎有限元模型.应用材料缩放的方法,获得了9岁儿童颈部材料参数,并参考尸体试验数据,在拉伸、前屈及后伸工况下对模型进行了验证.结果显示,与全部人工识别并提取标志点的方法相对比,该套取点方法节约了2/3~3/4的时间.开发的有限元模型网格质量高,平均几何模型精度误差是0.46mm.模型仿真输出值与试验值吻合良好,精度达到90%以上.通过该方法开发有限元模型可节省大量的时间,并且模型具有较高的生物逼真度.同时该方法具有较强的适应性,可应用于各类复杂几何的快速有限元建模.     

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．     

上颌中切牙修复体力学行为的有限元仿真分析

对上颌中切牙核桩冠修复体进行三维有限元仿真分析,分别就不存在牙槽骨吸收和存在牙槽骨吸收的情况下,以牙冠、牙核所用材料已经确定为前提,探讨了桩的弹性模量与剩余牙根内部最大主应力峰值之间的关系.结果表明,在不存在牙槽骨吸收的情况下,使用较高弹性模量材料制成的核和桩,都能够降低牙根内部的最大主应力峰值;在存在牙槽骨吸收的情况下,牙根内部的最大主应力峰值大于不存在牙槽骨吸收,这时牙桩所用材料的力学性能对剩余牙根的影响更为显著.     

参数化腰骶有限元模型设计与验证

人体腰骶椎是承受载荷较大的部位,也是进行生物力学仿真研究的主要部位。为了提升腰骶椎部分建模的效率与灵活性,提出参数化腰骶有限元模型的建立方法。在CT图像中测取椎体的特征尺寸,并在工程建模软件中构建具有14个控制参数的L3-S1腰骶模型;同时通过三维重建法建立基于同一CT样本的腰骶重建模型。对两种模型施加相同的载荷并进行有限元分析,将仿真结果与文献报道的体外实验数据进行对比,验证了模型的有效性。基于有限元分析结果,比较了参数化模型和重建模型的椎间活动度、髓核最大应力等力学指标,结果表明,两种模型的力学指标均与文献中的实验或仿真数据接近,变化趋势与文献数据相似,即两种模型都是有效的;两种模型的椎间活动度、最大髓核内应力以及活动度随载荷大小的变化趋势等方面基本一致。以上结果说明所设计的参数化腰骶有限元模型能有效提升腰骶有限元建模与分析效率,在有限元分析中可替代重建模型。     

聚醚醚酮手指假体三维有限元模型的建立及生物力学分析

建立食指三维有限元模型,并将聚醚醚酮材料属性赋值,分析在施加不同载荷下食指各节指骨的应力分布情况.健康男性志愿者1名,对其左手进行电子计算机断层扫描,将扫描数据导入Mimics 21.0软件中得到食指的点云数据,再导入UG 12.0软件中进行逆向处理建立食指模型,最后导入Workbench 2020R1软件中,沿食指指骨纵向分别施加10、20、30、40和50 N载荷,分析食指各节指骨的应力分布情况.结果显示,建立了高精度食指三维有限元模型,模型共计551 410个节点,392 047个四面体单元;随着施加载荷的增加,食指指骨的应力变化范围约0.37～5.96 MPa,远节指骨的整体应力要明显高于其他指骨,近节指骨所受的应力最小.采用Mimics和Workbench软件可建立精确度较高的食指有限元模型,从而对食指生物力学角度进行定性定量的分析研究,为聚醚醚酮材料作为食指替换材料提供一定的理论依据.     

硬件在环轿车白车身有限元分析与试验研究

文章应用轿车白车身硬件在环仿真的分析方法进行实际样件硬件在环测试及仿真分析,利用轿车白车身硬件在环静动态试验系统及硬件在环白车身有限元模型的修正方法,修正实例模型,为高效、低成本地进行轿车白车身系统调试、检测及性能评价等综合功能的开发和改进提供了重要的工具.     

RLWT与APA试验原理的有限元模拟

近年来,沥青路面的高温抗车辙性能与设计标准的符合性备受关注。多轮车辙仪RLWT和沥青路面分析仪APA是用来检测路面芯样抗车辙性能的重要仪器。通过有限元分析,比较了2种仪器的试验原理。结果表明,RLWT试验方法对试件内部损伤的反应更加敏感;试件承受整体的剪切和弯拉作用;试件表面2 cm以下,RLWT试件的剪应力和剪应变明显大于APA试件,RLWT试验方法更侧重于对试件的剪切性能的评价。因此,对于高温下混合料芯样抗剪切性能的评价,优先选用RLWT试验方法。研究成果对沥青路面施工质量和对于设计的符合性检验具有重要的指导意义。     

SF2D154汽车变速箱箱体有限元力学分析

汽车变速箱箱体需有足够的强度、刚度及良好的动态性能采用Pro／E软件建立箱体三维模型,基于ANSYS workbench 14．5软件对Ⅰ档工况下变速箱箱体进行静应力分析及预应力模态分析,求得变速箱静应力及模态参数,为产品的优化设计提供依据．     

PCRC梁受剪性能有限元分析

为了进行PCRC梁受剪性能有限元分析,基于钢材和混凝土的材料本构、单元类型、边界条件等,考虑构件的材料和几何非线性以及钢板笼与混凝土之间的接触作用,采用ABAQUS有限元分析软件,建立PCRC梁受剪承载力计算有限元分析模型.将有限元计算得到的荷载-挠度曲线和钢板笼破坏形态与试验结果对比,吻合性较好.并利用ABAQUS后...     

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。     

单桩静载实验的有限元模拟分析

针对静载荷实验确定单桩极限承载力的局限性,采用有限元分析方法作为单桩极限承栽力静栽实验的有益补充.该方法采用Drucker-Prager模型确定土体本构关系,在桩土之间设置无厚度接触单元,作为桩土界面的处理方式.结合工程实例,利用ANSYS有限元分析工具,建立实体几何模型,进行桩基静载实验的数值模拟.结果表明,通过合理地设定计算参数,桩基静载实验P-s曲线实测值和计算值高度一致.分析结果对桩土模拟及设计有重要参考价值.     

轮胎受力测试台架的有限元静力分析

汽车的纵向、侧向和垂向运动均受轮胎的力学特性影响。轮胎力学特性的研究需要通过轮胎受力测试台进行测试。台架是测试台的主要组成部分,台架的强度和刚度性能对测试台的测量精度影响较大。为了确定台架关键部位的结构,利用CATIA三维建模软件建立台架模型,通过ANSYS有限元分析软件对台架结构进行静力学仿真计算。根据仿真结果分析,采用增加筋板的方法对台架结构进行了改进,最终使得台架最大变形量为0.555 mm,最大应力为56.216 MPa,符合台架结构设计要求。     

A dynamic finite element model of human cervical spine with in vivo kinematic validation

Most previous cervical spine finite element （FE） models were validated using in vitro cadaver mea- surement data from literatures. Although in vitro mea- surement can provide valuable data for model verification, the in vivo mechanical and physiological conditions of the cervical spine during its natural motions cannot be reproduced in vitro. In this study, a human FE model of skull （CO） and spinal vertebrae （C1-T1） was developed. The in vivo kinematic characteristics of head and neck were obtained from optoelectronic system, and used for the validation of the FE model. The simulation resu]ts showed good agreement with the measured data in left/right lateral bending and left/right axial rotation, while discrepancy existed during flexion. The predicted segmental cervical vertebral angles were compared against data from previous in vivo experiment, too. Furthermore, the skin shift data from previous study was used to compensate the experimental measurement during flexion and left/right lateral bending. The results showed the model was successfully validated with the in vivo experimental data.     

鼠笼转子磁力联轴器空载气隙磁场有限元分析

为得到鼠笼转子异步磁力联轴器内部磁场的直观分布情况,首先给出了空载磁场理论分析,其次运用ANSYS软件对影响该磁力联轴器气隙磁场的主要因素:磁极数、永磁体厚度、内转子槽数、槽宽和槽深进行了模拟分析.结果表明当磁极对数为14极,永磁体厚度为8mm,槽数为24槽,槽宽为8mm,槽深为18mm,在安装允许的范围内气隙长度为最小时磁力联轴器的气隙磁密最大.鼠笼转子异步磁力联轴器的有限元分析方法为该类联轴器的结构优化设计提供了一种新思路.     

深槽鼠笼异步磁力联轴器瞬态气隙磁场有限元分析

为得到深槽式鼠笼异步磁力联轴器工作时的扭矩变化情况,对其瞬态气隙磁场进行了模拟研究.基于对磁力联轴器的瞬态理论分析,借助Ansoft对影响深槽式鼠笼异步磁力联轴器瞬态气隙磁场的主要因素:永磁体磁极数、永磁体厚度、气隙厚度、内转子槽数以及槽的长宽比(槽深与槽宽的比值)进行了二维和三维模拟分析,并通过试验验证了三维模拟分析的正确性.结果表明:在一定的外形尺寸条件下,取磁极数为14极,永磁体厚度为8 mm,槽数为24槽,槽的宽长比0.42时,输出转矩达到最优;在宽长比中槽深对转矩值的影响较为显著,当槽深为18 mm时,达到最大输出转矩.该结果对深槽式鼠笼异步磁力联轴器的进一步优化具有指导意义.