基于超弹性模型的牙周膜生物力学响应

牙周膜应力-应变关系表现为指数形式,为了更准确地研究牙周膜的生物力学响应,提出采用指数形式的超弹性应变能函数进行研究.基于连续介质力学理论推导出超弹性模型本构关系,使用人体牙周膜单轴拉伸实验数据并利用最小二乘法对超弹性模型进行参数拟合,同时进行拟合误差分析.结果显示较少参数的Mooney-Rivlin指数模型能更好地拟合实验数据.利用ABAQUS材料子程序UHYPER编制模型的接口程序,通过对拉伸实验情况的模拟计算,验证了开发的模型子程序的有效性.最后,比较分析了正畸力下的超弹性与线弹性牙周膜的生物力学响应.结果表明:应力和应变主要集中在牙周膜牙颈和根尖处,且超弹性牙周膜中部存在局部应力集中;Mooney-Rivlin指数模型能提高牙周膜瞬时弹性响应的预测精度.     

前交叉韧带生物力学特性及其损伤对膝关节稳定性的影响

基于MRI断层图像,采用逆向建模技术建立了包含骨骼、半月板、关节软骨及膝关节四条主要韧带的膝关节三维模型,并考虑了半月板的横观各向同性及韧带的超弹性特征,采用有限元方法对在前交叉韧带(anterior cruciate ligament,ACL)完整、部分损伤及完全损伤3种情况下,关节主要韧带的生物力学特性以及前交叉韧带损伤对膝关节向前稳定性造成的影响进行了分析。所得结果对前交叉韧带损伤的预防、治疗及康复具有指导意义。     

基于黏弹性模型的牙周膜生物力学研究

同时使用人体牙周膜的1组单轴拉伸和1组简单剪切的试验数据,对现有的几种超弹性应变能函数进行了参数拟合,结果表明Ogden模型比其他模型能更好地拟合实验数据.基于生物力学的原理,对实验获得的归一化应力松弛函数进行了分析推导,并转化为基于Ogden应变能函数的黏弹性模型;利用获得的牙周膜本构模型,对上颌的第一前磨牙的牙周膜使用线性黏弹性模型,对正畸初始阶段的受力情况进行了仿真模拟,研究分析了黏弹性对正畸过程中牙周膜力学响应仿真结果的影响.研究结果表明:Ogden模型可以较好地拟合人体牙周膜试验的2组数据;使用不可压缩的Ogden模型与使用线弹性模型获得的牙周膜力学响应有较大差别,牙周膜组织上各处的黏性响应与其位置有关.     

基于温度的隔膜超弹性本构模型

为获得复合材料热隔膜预成型中隔膜的基本力学性能参数,在不同温度下进行了隔膜材料的单向拉伸实验;基于连续介质力学超弹性理论和虚功原理,建立了描述隔膜材料在90℃以下的不同温度及大变形条件下的本构模型,并通过Abaqus软件的材料子程序UHYPER来实现;通过拟合实验数据获得材料模型参数并分析了模型的稳定性;采用有限元法分别对隔膜单向拉伸性能和隔膜覆盖进行模拟.结果表明:仿真结果与实验结果较吻合,从而验证了所提出的隔膜本构模型的准确性.     

硅橡胶压缩力学性能及率相关本构模型

研究了典型超弹性材料硅橡胶压缩力学性能及率相关本构模型.采用Instron万能材料试验机和分离式Hopkinson压杆(SHPB)试验装置对硅橡胶进行了准静态和动态压缩测试,基于测试结果分析了硅橡胶材料在0.001、0.01、0.1、1 750、2 300和3 000 s^-1应变率下的力学行为.测试结果表明,硅橡胶在静态载荷下有显著的超弹性特性,动态载荷下表现出明显的应变率效应,弹性模量与应变率比值对数之间存在非线性关系;据此,建立了率相关本构方程来描述硅橡胶在静、动态压缩载荷下的力学行为,与现有模型相比,所建立的本构方程参数仅有5个,在试验应变范围内应力最大误差保持在15%以内,与试验结果有良好一致性.     

超弹性胶原材料本构关系的对数应变模型

获得不可压缩条件下自然对数表示的各向同性超弹性胶原材料的本构关系,给出2组对数应变张量不变量,由弹性能量密度直接推导得到对数应变与Cauchy应力偏量间的本构关系.将理论模型与单向拉伸实验数据进行对比,结果表明模型及参数选择有效.     

驻留-伸缩式胃肠道微型机器人的临界步距模型与实验分析

为获得驻留-伸缩式胃肠道微型机器人的主要设计参数范围,采用超弹性应力-应变本构方程描述肠道的生物力学特性,推导了驻留-伸缩式胃肠道微型机器人的临界步距模型.针对伸缩机构,根据临界步距模型中的速度-阻力关系系数,设计了光滑外壁的单舱体机器人模型实验,采用不同直径的离体肠道进行测试;为获取驻留机构设计参数,采用足模型测试了同一直径下不同足伸出长度的驻留力.将获得的机器人参数返回到数学模型中,导出了若干机器人设计准则.最后采用机器人样机的离体实验,验证了临界步距模型的有效性.     

猪眼外直肌生物力学性能的实验研究

用Instron5544万能材料试验机对猪眼外肌样本进行单轴拉伸实验,获得相应的应力-应变关系曲线,然后用Mooney-Rivilin和Ogden超弹性模型对实验数据进行非线性拟合。利用得到的Mooney-Rivilin和Ogden模型的材料特性参数,在ABAQUS软件中建立有限元模型对眼外肌进行模拟,以验证Mooney-Rivilin和Ogden模型的材料特性参数用于数值建模的合理性。将模拟结果与实验结果进行比较,发现Mooney-Rivilin本构模型比Ogden本构模型更适合于描述眼外肌的小变形行为。     

悬架舒适性橡胶衬套静-动态特性研究

以某车麦弗逊前悬架控制臂舒适性橡胶衬套为对象,依据超弹性本构理论的应变能密度函数与已有的橡胶材料基础试验数据,确定Yeoh本构为该衬套超弹性本构模型来描述衬套静态特性;并采用广义Maxwell模型与已有超弹性本构模型叠加方法,提出了超-黏弹性本构模型来描述衬套动态特性;进行衬套静、动态结构试验并获取衬套轴向与径向部分静、动态特性试验信息,将仿真曲线与试验曲线的一致性作为优化目标,利用Hyper Study集成优化算法—自适应响应面法(ARSM)并调用ABAQUS求解器对衬套超弹性与黏弹性材料本构系数进行识别优化,以获取匹配该衬套特性精度较高的超弹性与黏弹性本构参数。利用识别后较高精度的超弹性本构与粘弹性本构参数,结合有限元分析技术,完成该橡胶衬套静-动态特性全信息重组。     

一类轴对称结构过盈装配环向预紧力的不确定性量化1)

泡沫硅橡胶材料具有良好的缓冲减振性能,已广泛应用于各工程领域。本文基于弹性力学理论解和泡沫硅橡胶材料一维可压缩Ogden二阶超弹性本构模型,建立了一类泡沫硅橡胶垫层过盈装配轴对称结构环向预紧力和工装压力的无量纲化数学预测模型;基于单向压缩材料实验数据,量化了垫层材料超弹本构模型参数的不确定性,获得了单不确定性参数表征的垫层本构模型,并以区间方法表征被防护部件材料的分散性以及装配公差,确定了系统环向预紧力和工装压力的计算参数;在此基础上,综合应用MC抽样、核密度估计、灵敏度分析与最小二乘法函数拟合等方法,量化了该类结构环向预紧力的不确定性,分析了四类不确定性的重要程度和初始设计应变对环向预紧力的影响,并获得了环向预紧力与工装压力的关系。所获得的研究成果对于该类轴对称结构的设计与评估具有重要的工程意义。     

基于超弹性模型的牙周膜力学行为数值模拟

为了准确预测牙周膜的力学行为,采用指数超弹性模型对牙周膜剪切实验及临床口腔正畸进行模拟分析,基于连续介质力学理论推导了模型的本构方程和弹性张量,开发了模型的ABAQUS UMAT子程序,并通过指数超弹性模型的本构方程与4组剪切实验数据的拟合获得模型参数.拟合结果表明,指数超弹性模型能够准确描述牙周膜的非线性力学行为.同时,通过有限元分析所获计算结果分别与4组牙周膜剪切实验结果的对比,验证了所开发的牙周膜指数超弹性模型UMAT子程序的正确性.经临床口腔正畸模拟结果显示,在正畸载荷作用下,牙周膜的应力主要集中在牙颈和根尖处.     

前交叉韧带运动损伤临床治疗的进展

前交叉韧带是膝关节最重要的稳定因素,对膝关节起着导向和限制作用.前交叉韧带断裂可以导致严重的关节不稳,从而严重影响运动功能;如未得到及时治疗,还会继发半月板、关节软骨损害和骨性关节炎等.近年来临床研究中发现,前交叉韧带断裂导致膝关节功能丧失,常常在一段时间内呈进行性加重的态势.因此,在治疗上需要从韧带的解剖、组织学和生物力学等各方面进行研究,完善前交叉韧带运动损伤的临床治疗.     

薄膜超弹性本构模型及其在空气垫中的应用

为了在有限元分析中精确地描述空气垫的力学行为,研究了空气垫聚合物薄膜的本构模型及其在空气垫缓冲性能分析中的应用.基于聚合物薄膜的单向拉伸试验,提出了一种可压缩超弹性本构模型,并通过数据拟合,获得了本构模型的参数.通过空气垫静态压缩试验和模拟的对比,验证了本构模型的适用性,并将此聚合物薄膜的本构模型应用到空气垫的有限元参数分析中,分析了充气压力对空气垫性能的影响.     

兔膝关节骨关节炎模型建立的探讨

摘要: 目的 探讨应用前交叉韧带和内外侧半月板切除的方法制作骨关节炎( OA) 动物模型的可行性及可靠性。 方法 成年雄性新西兰大白兔 20 只,于右后肢膝关节切断前交叉韧带和切除内外侧半月板,左后肢仅打开关节 囊,不对关节内部进行操作,观察术后兔子活动情况; 于第 2、6、10 周处死,观察其左、右两侧后肢膝关节软骨病理 改变。实验动物 2、6、10 周后取右后肢膝关节软骨为实验组,左侧肢体膝关节软骨标本为对照组,比较两组软骨病 变情况。结果 2、6、10 周后,从实验动物活动表现和大体标本观察,兔右后肢膝关节均呈典型的 OA 特征。结论 前交叉韧带和内外侧半月板切除是一个制作 OA 动物模型的较为理想的方法。     

基于次弹性模型的三维牙周膜建模仿真研究

建立和研究牙周膜的次黏弹性本构模型.对用次弹性模型描述牙周膜力学特性的合理性进行了分析,基于各向同性假设和小应变的条件进行推导,建立了基于单轴拉伸实验数据的牙周膜多轴次弹性模型;基于已有的试验数据,构建了牙周膜次黏弹性本构模型,并确定了粘性参数;在此基础上,建立了牙颌有限元模型,并使用次弹性模型对文献的实验进行了仿真.结果表明,有限元仿真结果与实验数据基本符合,该次弹性本构模型能够描述牙周膜的力学特性.     

Pie-crusting松解膝关节内侧副韧带术后制动与否对其愈合的影响

探讨用Pie-crusting技术松解内侧副韧带术后制动与否对内侧韧带愈合的影响。自2016年11月—2018年10月,膝关节镜手术中应用Pie-crusting技术(由外向内)松解内侧副韧带患者53例,其中病历号尾数为单数的患者(A组)术后给以膝关节可调支具固定制动;尾数为双数的患者(B组)术后未进行支具固定制动。术后6周做MRI(magnetic resonance imaging)检查两组病例膝关节内侧副韧带愈合情况;膝关节外翻应力X片测量膝关节内侧间隙;比较患者随访时的主观症状,评估Lysholm主观功能评分。平均随访时间为(28.75±4.028)个月(24～36个月)。术中通过松解内侧副韧带,两组病例均达到内侧理想操作空间,术后6周时组间比较术前术后膝关节内侧间隙无统计学意义(P>0.05);两组病例随访末次Lysholm功能评分均较术前提高,两组间无统计学意义(P>0.05);两组患者6周时MRI显示内侧副韧带均已愈合。应用关节镜处理膝关节内侧半月板损伤时,针对膝关节内侧间室狭窄的病例可选择Pie-crusting技术(由外向内)松解内侧副韧带,以其达到扩大操...     

基于Cosserat理论的柱状岩体断续节理本构模型研究

针对白鹤滩柱状节理岩体的各向异性力学特性,考虑节理部分引起的弯曲效应,采用Cosser—at理论和材料连续均匀假设,得到规则岩体一组断续节理的Cosserat本构关系,然后根据规则六棱柱形岩体结构特点,视平面为三组断续节理的复合,得到柱状节理岩体平面本构关系,最后针对白鹤滩工程实例,验证本文模型的正确性．     

基于粘塑理论的岩石流变本构模型研究

基于热力学框架下的Perzyna粘塑理论,推导了适用于岩石的流变粘弹塑性本构模型,结合砂岩的三轴蠕变试验数据,对推导的本构模型的合理性与正确性进行了验证.结果表明:基于粘塑理论的流变本构模型可以较好地反映岩石的流变力学特性,对室内试验结果拟合得到的相关力学参数可以作为现场岩体流变力学特性评价的参考依据.     

女子手球运动员膝关节十字韧带损伤成因及对策

运用文献资料法、观察法、逻辑分析法,对中外女子手球运动员膝关节十字韧带的损伤情况进行分析和研究.结果表明,十字韧带损伤主要是非接触式的,女性运动员受伤几率高于男性,与运动员在训练、比赛中膝部过度外翻或内翻,雌性激素水平,髌骨切迹的宽度、幅度等因素有关.为了尽量减少运动员前十字韧带受伤,建议在训练中适度增加膝关节活动范围和承受重量,加强运动员腿部肌肉力量训练和十字韧带的伸展训练,在比赛中应避免膝关节侧向移动范围过大和急速旋转膝关节,以减少对十字韧带力量性的依赖.