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.     

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.     

基于弹性形变模型的自适应曲面细分建模

依据物体的几何特性来对曲面进行建模的细分算法近年来取得了卓越的发展并广泛应用于三维物体建模和动画制作，同时一些学者为了弥补基于几何的(geometry—based)细分建模方法在直观性上的不足，提出了基于物理的(physics—based)细分建模方法，这些方法大部分是采用有限元的技术结合传统的细分模式来实现的。虽然有限元技术适用于建立多种的物理模型，但是对于一些相对简单的弹性形变处理，其在计算复杂性及模型简洁性方面还可以针对具体的应用作一定的完善。本文针对材料力学中简单的可恢复弹性形变，使用柱状块体压缩拉伸模型(ICSCM)与自适应细分算法相结合的技术，在保证建模效果的基础上显著的减低了模型的复杂程度，并提高了细分算法的执行效率。     

不同牙周膜有限元模型应力响应的力学分析

为寻求更可靠的牙周膜(periodontal ligament, PDL)材料建模方式,研究分析了PDL在不同有限元模型下的应力响应。根据CT扫描数据构建人下颌牙周组织三维模型,建立未分层和分层两种PDL模型,未分层模型整体赋予其超弹性属性,分层模型将PDL从上到下分为5层并逐层赋予其超粘弹性属性,施加唇舌向1.5 N正畸力,仿真计算两种模型的PDL应力分布。结果表明：两种模型下的PDL应力响应值均为尖牙最小,且各PDL应力响应值从上到下均呈现先减小后增大的趋势;分层超粘弹性模型与未分层超弹性模型相比,PDL最大、最小应力值出现位置大致相同,而在数值上普遍更低：最大值降低了0.22%～42.95%,最小值降低了5.71%～10.52%。未分层PDL模型下的分析结果会误导选择较小的正畸力,而分层超粘弹性模型更能体现PDL不同水平方向的力学特性差异,以此方式建模更为真实可靠。     

超弹性形状记忆合金简化多维本构模型

建立简单有效的多维本构模型是形状记忆合金(SMA)工程应用的关键问题之一.在NiTi形状记忆合金丝拉伸实验的基础上,根据Brison模型的相变动力学方程,得出了相变应力与加载条件的关系. 借助线性化方法,建立了SMA超弹性简化一维本构模型;基于塑性理论,将马氏体体积分数作为状态变量之一,推导了SMA超弹性简化多维本构模型,应用该模型对超弹性SMA进行了数值模拟,并与实验结果进行了比较.分析结果表明:理论模型曲线与实验曲线接近,理论模型能够较为准确地模拟形状记忆合金的屈服机制和耗能能力.该本构模型可以用于模拟复杂荷载条件下的SMA超弹性特性.     

混凝土非线弹性正交异性本构模型

通过对混凝土多轴应力下强度、变形和破坏形态的大量试验研究，建立了非线弹性正交异性本构模型。根据试验规律，建议了拉应力指标α以划分混凝土的破坏形态，并分别给定适宜的等效单轴应力—应变关系；定义了合理的应力水平指标β；给定拉、压应力状态泊松比值的不同变化规律和公式。本构模型与试验曲线比较，无论是应力—应变曲线的形状和绝对值，以及不同应力比下的峰值应变变化规律都符合良好     

混凝土双向受力下非线性弹性本构关系的分析方法

介绍了基于非线性弹性理论建立的不同本构模型的分析方法,给出并推导了模型中各变量的表达形式,以便描述混凝土在压缩范围内及破坏前的非线性变形,作为建立混凝土本构理论精确数学模型的基础.这些弹性模型必须与定义材料的破坏准则、定义压溃的断裂准则和"应变软化"混凝土在破坏后的应力转换结合起来.     

基于分数阶Kelvin黏弹性模型的固体推进剂药柱应力分析

利用黏弹性材料本构关系的Laplace变换与弹性材料的形式相似性,得到了分数阶Kelvin黏弹性模型弹性模量和泊松比的Laplace变换解.将固体推进剂药柱视为黏弹性介质,并利用分数阶Kelvin本构模型来描述其应力-应变关系.在推进剂药柱应力弹性解的基础上,运用弹性-黏弹性对应原理得到了分数阶Kelvin黏弹性模型描述的推进剂药柱在均布内压作用下内力的拉氏解,通过Laplace逆变换求得了其时域解.研究结果表明:推进剂药柱径向应力总是压应力,而环向应力总是拉应力,分数阶Kelvin黏弹性模型的解可以退化到经典Kelvin黏弹性模型的解,分数导数的阶数越大,应力的绝对值越大.     

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.     

基于Solidworks机用虎钳的三维建模与运动仿真

根据二维零件图绘制装配图是机械类专业学生重要的实践环节,以机用虎钳为例阐述了基于Solidworks平台上进行三维建模、虚拟装配、爆炸图制作、运动仿真的方法,并提出了在机械制图的图-物-图综合训练中引入三维建模教学的新模式,从而可以大大提高教学效果.     

基于三维均匀化方法的复合材料本构数值模拟

论从小参数渐进展开和摄动方法的均匀化理论出发,构造了满足非协调元分片检验条件（TPC）的形函数,并且对单向纤维增强复合材料的弹性本构进行了数值模拟,结果表明该方法可得到较为准确的复合材料等效模量,并在一定程度上克服了一般等参元在模拟材料等效弹性常数所得结果过大,刚度过刚的弱点。     

弹体侵彻混凝土的三维数值模拟研究

随着技术的发展,弹体侵彻速度已经由低速侵彻(侵彻速度<900 m/s)向高速侵彻(1 200 m/s<侵彻速度<1 700 m/s)发展. 这将导致弹体的侵彻性能发生本质性变化,严重影响弹体在混凝土中的运动轨迹,甚至会导致弹体的破坏与失效. 侵彻过程中弹体所受到的压力极高,并且会产生大变形,对该过程进行全物理场的数值模拟需要处理大变形、多物质界面以及各类强间断的问题. 针对三维冲击问题数值模拟的困难,课题组设计了三维爆炸与冲击问题高性能仿真软件(Explosion-3D). 采用该软件对弹体高速侵彻混凝土进行数值模拟研究,弹体材料选用普通的45#钢,研究其在高速侵彻下的弹体形状的变化情况,采用对混合网格的处理来描述弹体的磨损. 数值模拟结果表明,对于45#钢这类普通材料,当其高速(1 400 m/s)侵彻混凝土时,弹体头部将出现严重变化且侵彻深度急剧下降.     

基于IFS的真实感分形植物仿真与实现

在vc＋＋中运用迭代函数系统实现了四川（川东）几种常见树木的真实感形态模拟,并给出了IFS码,通过改变仿射变换的系数,降低了运算量,为植物仿真提供了方法和思路．     

三维建筑造型系统的设计和实现

系统地介绍了三维建筑造型系统的设计方法,其中重点阐述了投影变换、消隐处理、绘制方法、构造方法、数据结构、系统结构及功能等问题。该系统已在VAX-11/780计算机上实现。     

基于三维节理网络模拟的顶煤块度预测研究

顶煤块度是放顶煤开采的关键,以往的块度预测方法主要是考虑节理裂隙影响的原始块度预测;而顶煤块度还与地应力及煤体的力学性质有关。以放顶煤开采的顶煤为研究对象,通过构建三维节理网络系统,对顶煤的原始块度、破断块度及放出块度的预测方法进行研究。统计分析原始构造面的空间分布状态和构造面几何参数的概率分布规律;通过Monte Carlo及破断块度修正系数模拟考虑地应力及煤体力学性质影响的三维节理网络系统;研究三维模型快速切割算法建立节理面切割的顶煤破断块度预测模型。通过提出的顶煤块度预测方法,为坚硬煤体放顶煤开采的放煤工艺过程研究提供理论和技术基础。     

AutoCAD 环境下弹簧模型的三维实现

针对不同的使用者,在进行弹簧类零件绘制时,可以采取不同的方法来实现它们的三维造型.通过三维多段线,手动完成螺旋线的绘制,也可以通过AutoLisp,使用程序方式实现螺旋线的绘制.为快速、精确地完成弹簧三维建模提供了简便、可行的实现方法.     

基于并行计算的盾构机过大堤三维数值模拟

针对某越江隧道工程,基于刚度迁移法及自适应接触算法,建立了盾构机-土体-大堤三者相互作用的三维非线性有限元模型.通过对盾构机穿越大堤这一连续的复杂物理力学过程作等效力学离散,提出了盾构机机身坡度、盾构机超挖、注浆时空效应、拖车作用等施工因素的数值模拟方法.通过将计算结果与试验段实测数据对比验证,预测了盾构机过大堤时对大堤的影响关系.同时,对该盾构法施工有限元模型在SMP与DMP并行计算平台下的并行计算效率、加速比进行对比分析,结果表明,迭代法并行计算效率远大于直接解法,DMP并行平台计算效率大于SMP并行平台.     

煤层体三维建模及可视化研究

针对目前三维地质建模面临的两大困难——数据获取困难和煤层空间关系复杂这两个问题进行了研究:对于第一个问题提出了钻孔数据、剖面图数据和等高线数据综合利用的解决方案,对于第二个问题提出把复杂煤层地质情况化为简单、容易的基本结构单元再分别建模的思路.在建模方法方面,根据煤层的地质特征,从体建模和面建模两大建模方法中选择基于面建模的煤层体建模方法,又从面建模中选择建模速度快、精度比较高的TIN模型.最后利用可视化开发工具VisualC++开发出一个实验系统来生成煤层体模型,并利用OpenGL对其煤层体的三维模型进行了可视化.