个性化下颌钛支架植入体的设计与生物力学评价

基于CT断层扫描图像数据,利用CAD、有限元分析技术重建正常下颌骨的三维几何、有限元模型.对模型进行分割,模拟下颌骨右侧体部缺损,参照天然下颌骨几何形态设计下颌钛支架植入体,并对其重建下颌骨的生物力学效果进行三维有限元分析.结果表明,钛支架植入体在咀嚼力作用下,义齿基桩颈部及预留种植孔周围应力较大,其他部位应力值较低且分布均匀;颈部的应力值随孔道直径的增加而明显降低,基桩高度与预留孔道深度的比例变化对应力大小及分布特性基本没有影响;钛支架植入体重建下颌骨在咀嚼力作用下,支架的应力比自然骨应力大1个数量级,呈现明显的应力遮挡效应;根据钛支架植入体上的应力分布状态对其进行镂孔设计,应力分析结果显示其强度依然满足功能要求.由以上分析结果可知,义齿预留孔道的深度在保证螺纹强度的前提下,可尽量减小,以减小钛支架的体积;钛支架植入体的镂孔设计在满足功能强度前提下,可以降低其整体尺寸,同时提高其结构生物相容性和临床实用性.     

基于ABAQUS的下颌骨生物力学分析

为解决游离腓骨瓣修复下颌骨缺损手术存在个体匹配差的问题,采用定制化修复钛板设计和制造方法.通过采集分析病人CT数据,利用可视化和CAD技术设计出符合病人生理结构的修复体模型.建立下颌骨的有限元模型,对比了修复前后的下颌骨的应力情况.利用快速原型技术制造出树脂模型用于手术指导,通过临床研究,该方法节省手术时间,提高手术成功率.下颌骨有限元分析结果表明:下颌骨应力集中区域主要分布于踝突区、下颌角、下颌骨修复处.随着加载力的增大,应力增加明显,特别是下颌骨修复处与踝突区应力分布增长明显.最大应力出现在下颌骨与腓骨的结合处,修复后的下颌骨高应力区泛化的现象得到明显的遏制,应力集中区域明显地减少.     

韧带-骨支架仿生界面设计与制造方法

针对当前软质韧带支架与硬质骨组织通过机械固定进行韧带修复存在的应力集中与疲劳断裂问题,提出了具有仿生界面的韧带-骨支架设计与制造方法。研究了自然韧带-骨界面的微观结构,通过工程简化设计了具有仿生界面的韧带-骨复合支架,提出了韧带-骨支架仿生界面的分层制造方法,从材料、力学及微观结构方面对所制备的韧带-骨支架仿生界面进行了分析评价。结果表明,所提出的分层制造方法可在软质韧带纤维支架与硬质陶瓷骨支架之间精确制造出所设计的仿生界面,其在材料成分、力学性能及微观结构上呈现分区变化特性。后期通过骨支架与自体骨融合生长以及仿生界面的多组织再生,有望实现韧带纤维支架与自体骨骨道的生理愈合及可靠固定,从而为临床韧带修复提供一种新思路。     

塑膜防渗筑渠机回土机构挖掘齿的设计与分析

为了减少塑膜防渗渠道筑渠机回土机构挖掘齿的土壤阻力和粘附,对挖掘齿采用了仿生设计,分析了挖掘齿的受力,并且通过ANSYS有限元软件对挖掘齿的设计进行分析,为今后塑膜防渗筑渠机的研发提供参考依据.     

图像处理技术在人工骨三维仿生设计中的应用

基于图像的人工骨三维仿生设计,包括两方面内容:在对图像数字化处理分析的基础上进行的人工骨外部结构三维重建和内部微观结构仿生设计.由此能够设计出具有与人体实际骨外部形状极其相似的人工骨.图像处理包括图像预处理、图像分割、三维可视化三个功能子集.     

仿生种植牙模型的三维有限元分析与结构优化

目的:研究不同弹性模量和厚度的仿生牙周膜对仿生种植牙模型骨界面应力分布的影响,优化仿生种植牙模型的结构.方法:对仿生种植牙三维有限元模型施加100N的载荷,应用三维有限元方法,分别对6种不同弹性模量和5种不同厚度的仿生牙周膜的仿生种植牙三维有限元模型的骨界面进行应力分析.结果:当仿生牙周膜弹性模量为689MPa、膜厚0.25mm左右时,骨界面上的应力最小且分布均匀.结论:在仿生种植牙模型中,取仿生牙周膜厚为0.25mm、弹性模量为689MPa时,能达到模型的结构优化.     

利用布尔运算的定制化下颌骨替代物设计方法

为了使下颌骨替代物体具有特定的形状,并与相邻骨骼具有正确的相对位置和精确的连接方式,提出了利用布尔运算的定制化下颌骨重建方法.采用医用CT扫描的方法获得原始骨骼数据,从而保证了骨替代物的数据原始性以及与原骨骼形状的匹配性.以布尔运算为主要的重建设计手段,始终采用原始数据进行假体的设计,将STL的文件格式贯穿整个设计过程,从而避免了数据因格式转换而失真,确保了假体与原骨骼形状的匹配,使以人骨骼表面的自由曲面进行骨替代物的空间定位成为可能.该方法设计出来的人工下颌骨假体定位正确、连接精确,其形状与原骨骼匹配良好,因此可成功应用于临床实践.     

基于ANSYS的复杂箱形截面预应力混凝土简支梁分析

应用ANSYS对复杂箱形截面预应力混凝土简支梁进行了受力全过程的模拟,结合了实际工程中的一些具体情况,对复杂箱形截面预应力简支梁受力时的应力分布进行深入的研究。结果表明,ANSYS能较好地模拟实际工程中简支梁的受力情况,为复杂箱形截面简支梁的有限元分析提供了参考。     

基于ANSYS的某型飞机液压管路应力测试

为了优化液压管路应力测试,减少测点数量,提高测试准确度,提出在应力测试前用ANSYS对管路进行受力分析,试验后用试验数据进行模型修正。通过对管路进行三维建模,将模型导入ANSYS,分析管路振动时应力分布,根据受力情况确定传感器的安装位置。后将测得的数据修正模型参数,通过模型计算最大应力。通过ANSYS优化应力测试,减少了传感器布置的数量,提高了测试的准确度。     

增材制造医用多孔钛合金研究与应用现状

钛合金具有良好的力学性能和生物相容性,被认为是一种理想的植入体材料。但致密钛合金的弹性模量较高,在植入人体后与骨之间存在应力遮挡现象,易引发植入体松动。采用增材制造技术制备的多孔钛合金能够很好地解决这一问题。从多孔结构的设计方法与增材制造的原理入手,综述了增材制造多孔钛合金在力学性能方面的研究现状以及在生物医疗领域的研究与应用进展,并对其未来的发展趋势进行了展望,指出今后可在以下4方面对医用多孔钛合金展开深入研究：1）研发更先进的成型设备以提高多孔钛合金的成型质量与成型效率;2）对多孔结构进行仿生化设计,将高力学性能与高生物性能有机结合;3）通过对Gibson-Ashby模型进行修正,可获得更为准确的力学性能预测结果;4）开发新型钛合金材料以提高多孔钛合金的生物相容性。     

下颌后牙单端桥及其支持组织修复前后有限元模型建立

目的:建立下颌后牙单端固定桥及其支持组织修复前后的三维有限元模型.方法:以人类正常牙列完整的下颌骨标本为建模基础,采用CT扫描技术,利用AutoCAD与ANSYS软件建立左侧下颌后牙单端固定桥及其支持组织修复前后的几何模型和三维有限元模型.结果:构建的下颌后牙单端固定桥修复前后的几何模型接近中国人牙齿的实际尺寸.修复前、后牙体、牙周膜及牙槽骨的三维有限元模型分别划分为142 640个节点、101 938个单元和168 756个节点、119499个单元.结论:采用CT扫描技术,结合AutoCAD与ANSYS软件所建模型结构层次清晰、单元划分精细,具有良好的形态相似性和还原性,能够满足模拟加载的需要.     

人体下颌骨前伸后的骨应力研究

通过CT技术获取人体下颌各层面的解剖轮廓图,经三维重建从生物力学角度分析下颌前伸后下颌不同部位的应力情况.选择一处于生长发育高峰期的典型Ⅱ类患儿,采用CT技术对整个下颌骨进行断层扫描,将其输入计算机给定前伸条件咬合重建,在CAD软件中建立几何模型,将其导入MSC.PATRAN建立有限元模型.结果显示髁突后缘及下颌体磨牙区出现拉应力集中区,下颌骨下缘及下颌角区为压应力集中区.本实验对下颌前伸后下颌内部的应力情况进行了客观分析,从理论上推断并支持了功能矫治后下颌骨的生长改型变化.     

下颌前牙固定桥基牙及其支持组织的三维有限元模型的建立

目的：建立下颌前牙双端固定桥的三维有限元模型,为分析下颌前牙固定桥的生物力学特征提供数字模型。方法：采用正常人的下颌骨标本,进行CT断层扫描得到包含下颌前牙的35幅图像,通过计算机图形转换软件和3D建模软件获取图像的边界信息,应用ANSYS有限元建模模块处理。建立了包括牙齿、牙周膜和牙槽骨固定桥修复前及修复后的几何模型和三维有限元模型。结果：固定桥修复后。有限元模型包括牙体、牙槽骨、牙周膜在内共41648个节点,27269个单元。结论：CT辅助有限元建模技术能精确建立下颌前牙及其支持组织的三维有限元模型。     

制动盘表面微结构仿生构建与应力场分析

制动盘摩擦磨损不均匀易引起制动失效,导致重大交通事故的发生。基于蝗虫体表因具有非光滑表面结构而表现出的良好耐磨特性,应用SolidWorks三维制图软件建立了不同制动盘表面微结构仿生模型。运用ANSYS Workbench仿真软件,对不同表面微结构制动盘在不同初始速度下摩擦制动过程中的制动时间及应力分布情况进行了分析。得到了仿生制动盘表面结构的变化对制动性能和耐磨性能的影响情况,表明直沟槽表面制动盘的制动性能和耐磨性能相对较好。该研究结果对寻求一种制动性能和耐磨性能良好的仿生制动盘表面优化设计方法提供了理论基础。     

异构双腿行走机器人动力学建模与仿真

为了实现异构双腿(人工腿和仿生腿)行走机器人的自立行走,并跟踪期望的轨迹,在仿生腿的膝关节处采用一种特殊的结构多轴闭链结构,但这种结构给系统建模带来了困难·针对这一闭链并含冗余坐标的完整系统的特点,采用罗司方程建立了异构双腿行走机器人动力学模型,给出了异构双腿关节运动和力矩之间的关系以及动力学正逆问题的求解方法,并利用典型步态数据对所建模型进行了仿真计算·结果表明,此方法可以规避难以消解的约束方程,简化模型求解,为研究异构双腿行走机器人的运动、控制、感知等功能奠定了基础·     

基于Pro／E和ANSYS的齿轮仿真分析研究

Pro／E拥有强大的实体和曲面造型功能,ANSYS具有完善的有限元分析功能。结合两软件的优点,首先给出基于Pro／E和ANSYS的齿轮仿真分析流程,然后按照流程对一对圆柱齿轮进行了仿真分析。分析结果显示,齿轮接触应力和齿根弯曲应力与用赫兹公式计算的结果相一致,提高了齿轮参数化设计与优化设计的效率和质量,降低了设计研制成本。