上尖牙远中移动施力方式的光弹性研究和临床实践

本文利用三维光弹性冻结切片法，研究了在各种不同施力方式下，牙周组织的应力分布规律。研究对象是我国１２～１５岁儿童牙齿。光弹模型采用了牙齿、牙周膜和牙槽骨的组合式模型。得出了施加一个水平力的同时再加一个力偶为最佳施力方式，在正畸矫治中它能使牙齿产生较快整体移动的效果。临床实践证明该方法可行疗效显著。     

计算杆件结构的自由度

为了简化和统一结构力学教材中杆件体系计算自由度W的算法,本文提出了"直接法"。该方法以相邻节点间的杆件和结点为分析对象,对于含m根杆件、g个单刚结点和h个单铰结点的平面杆件体系,直接法给出计算自由度公式W=3m-(3g+2h)。相比于已有方法,直接法研究对象清晰,数学运算统一,适合于编程计算,便于初学者准确而快速计算复杂体系的W;也为结构超静定次数的确定提供了一种简单有效的数值算法。     

激光陀螺惯组系统级标定方法

针对激光陀螺惯性测量组件在传统的分立式标定中受橡胶减震器影响的问题,从系统的角度对激光陀螺惯性测量组件的标度因数误差、安装误差传播规律进行分析。通过分别绕三只陀螺敏感轴转动激发激光陀螺的标度因数误差、安装误差,通过三只加速度计敏感轴分别指天激发加速度计的标度因数误差、安装误差和零位,从而完成激光陀螺惯性测量组件的系统级标定。在未进行温控及温补的情况下,陀螺仪标度因数误差重复性在3.5×10~(-6)以内,安装误差重复性在3″以内,加速度计标度因数误差和零位在其性能指标内,安装误差在4.5″以内。试验结果表明,该方法满足高精度、长期稳定性好的惯导系统工程应用要求。     

射频非平衡磁控溅射WS_2薄膜的结构及其摩擦学性能研究

采用射频非平衡磁控溅射技术制备了具有不同(002)择优取向程度的WS2薄膜,研究了Ar流量对薄膜成分、微观结构、力学性能和摩擦学性能的影响.研究表明:随Ar流量的增大,WS2薄膜的S/W原子比和(002)衍射峰强度均表现出先降低后升高的变化趋势,而硬度和弹性模量表现出先升高后降低的变化趋势.在大气环境下,WS2薄膜的(002)择优取向程度、S/W原子比以及硬度对薄膜的摩擦学性能均具有显著影响,当S/W原子比较低、(002)择优取向度弱、硬度较高时,薄膜脆性较大,易于发生润滑失效;当S/W原子比、(002)择优取向度和硬度均较高时,薄膜结构致密,且摩擦过程中在对偶表面易于形成有效的转移膜,薄膜表现出较好的减摩、抗黏着特性和优异的抗磨性能.     

带斜置元件的光纤陀螺捷联惯组标定方法

采用冗余传感器的捷联惯性测量组合能有效提高可靠性,并为降低测量误差和提高导航性能提供必要条件,但同时对标定提出了新问题。给出了一种具有斜置陀螺和加速度计的光纤陀螺捷联惯组标定方法。首先利用陀螺(加速度计)特性:只响应角速率(加速度)在其输入轴方向的投影分量,推导了该传感器输入轴方向的方向余弦与其安装方式的对应关系,建立了组合误差模型。用最优估计理论推导模型参数解算方法,同时考虑了地球转速及重力加速度对标定过程的影响;整个试验过程不增加标定工作量,无需北向基准。试验证明,该方法是一种高精度的工程实用标定方法,由交耦系数换算后的安装误差角符合实际情况,陀螺和加速度计的斜轴综合测量误差分别不大于0.140(°)/h和6.442E-5g。     

中频磁控溅射制备不同S/W原子比WSx薄膜的结构和摩擦学性能研究

采用中频磁控溅射制备了WS_x薄膜,通过X射线衍射 (XRD)、场发射扫描电子显微镜(FESEM)、原子力显微镜(AFM)和X射线光电子能谱 (XPS)对其结构进行了分析,采用纳米压入仪(Triboindenter)和真空球-盘摩擦试验机分别考察了薄膜的力学性能和摩擦磨损性能.结果表明:改变溅射功率密度和气压,将引起选择性溅射与薄膜氧化程度的变化,致使薄膜S/W原子比随之变化,薄膜的S/W原子比随着溅射功率密度的增加先减小后增大,而随着溅射气压的增大逐渐增大.薄膜S/W原子比较低时,薄膜W含量较高,薄膜结构较致密、硬度较高,但摩擦系数较大、耐磨性能较差;随着S/W原子比的增大,薄膜中WS₂含量显著增加,W含量明显下降,摩擦系数降低,耐磨性能明显改善.     

并列双椭圆柱绕流的格子Boltzmann-虚拟区域方法的模拟研究

采用格子Boltzmann-虚拟区域方法对并列双椭圆柱绕流进行了模拟研究。首先,通过与并列双圆柱的结果进行对比,验证了数值方法的有效性。其次对雷诺数为200时两种间距(g=0.5a和2.0a,g为柱体表面间距,a为椭圆长轴)的情况进行了研究,考察了椭圆长轴与短轴之比,即α值对柱体升阻力系数及涡结构的影响。研究发现,与圆柱相比,对于g=0.5a椭圆柱的升阻力系数可能出现两种变化,一是升阻力随时间演化较规则,接近周期性;二是流场可能长时间偏向于其中一个椭圆柱,这些变化与α的值有关。对于g=2.0a,两个椭圆柱后的某一区域内会出现四列涡街,经过一段时间,四列涡街又会演化成两列向两侧扩张的涡街。     

Hopkinson压杆技术的推广应用

简要介绍了Hopkinson杆的几种工程应用,包括:(1)用同步组装系统进行高温、高应变率耦合作用下材料动态力学性能的测试;(2)在Hopkinson压杆技术中实现单脉冲加载及其在动态损伤力学中的应用;(3)用Hopkinson压杆加载三点弯曲试样测定材料的动态起裂韧性;(4)用Hopkinson压杆技术对加速度传感器在3 000~200 000g范围内进行g值校准。还介绍了这些应用的基本原理、测试方法及所取得的成果。     

原位合成M23C6-WC双相碳化物协同增强激光熔覆层摩擦磨损行为的研究

选用W-Fe60-C合金粉末作为原材料,利用激光熔覆技术以最佳工艺参数(激光功率1.5 kW、扫描速度4 mm/s和送粉率10 g/min)在16Mn钢表面制备M₂₃C₆-WC (M: Cr, W, Fe)双相碳化物增强铁基熔覆层,并对其微观结构与物相进行表征,以及在商用铁基合金数据库的基础上,使用Thermo-Calc软件进行热力学计算来研究熔覆层的凝固过程. 此外,还对比研究了纯Fe60合金熔覆层、WC增强铁基熔覆层和M₂₃C₆-WC双相碳化物增强铁基熔覆层的显微硬度和摩擦磨损行为. 结果显示:M₂₃C₆-WC双相碳化物增强铁基熔覆层主要以α-Fe枝晶为基体、W、WC和M₂₃C₆复合碳化物为增强相. M₂₃C₆碳化物以连续网状结构分布在α-Fe枝晶间,WC颗粒以残留W为形核核心生长成块状分布在熔覆层中. 微观结构结合热力学计算结果表明:激光熔覆过程中M₂₃C₆-WC双相碳化物增强铁基熔覆层的凝固过程为液态+W→液态+W+WC→液态+W+WC+γ-(Fe,Ni)枝晶→W+WC+γ-(Fe, Ni)枝晶+M₂₃C₆→W+WC+α-Fe枝晶+M₂₃C₆. 根据显微硬度和磨损率测试可知:M₂₃C₆-WC双相碳化物增强铁基熔覆层的平均显微硬度为835.3 HV_0.5,比纯Fe60合金涂层(604.6 HV_0.5)和WC增强铁基熔覆层(658.9 HV_0.5)分别增加了约230 HV_0.5和180 HV_0.5. M₂₃C₆-WC双相碳化物增强铁基熔覆层的磨损率为3.44×10?6 mm3/(N·m),比纯Fe60合金熔覆层[8.51×10?5 mm3/(N·m)]和WC增强铁基熔覆层[7.98×10?6 mm3/(N·m)]分别减少了约24.7倍和2.3倍.      

S弯进气道流动控制技术的试验研究

在低速风洞中采用微型叶片作为涡流发生器对某S弯进气道进行流动控制,通过风洞试验研究了微型叶片的不同参数(包括叶片高度、轴向位置、安装组数)对进气道气动特性的影响。试验测量了来流风速V=60m/s、模型攻角α=8°的条件下有/无微型导流叶片时进气道出口截面的总压和静压分布,并由此计算得到进气道出口截面的总压恢复系数和畸变指数。试验结果表明:微型叶片的不同参数(包括叶片高度、轴向位置、安装组数)对进气道流动有明显影响;通过在进气道第一弯道处安装合适高度和组数的微型叶片涡发生器,可以明显改善进气道出口流动;在现有的试验条件下,叶片高度h/Ri=0.02、轴向位置Xvg/Ri=1、组数Nvg=8是相对较优的流动控制方案,主要表现为:与未安装微型叶片相比,进气道流量系数φ=0.8时出口畸变指数降低了0.051,总压恢复系数提高了0.007。     

应变花埋丝技术在齿科修复学上的应用研究

本文通过采用三维应变花埋丝技术，对固定义齿修复的牙周应力分布进行了定量分析研究，绘制了修复前后牙周的应力分布随基牙倾斜角度的变化曲线，测得下颌第二磨牙用作固定桥基牙时近中倾斜的最大角度为７０度，从生物力学的角度证明，固定义齿修复有利于倾斜基牙牙周组织健康、为齿科临床上广泛开展倾斜基牙固定修复提供了依据。     

非滑移刚度理论下的空缆线形半解析算法

为设计阶段更简洁和准确地计算悬索桥空缆线形,提出了一种锚跨水平张力-预偏量-修正水平力迭代过程的非滑移刚度理论计算方法。基于分段悬链线理论,探讨了空缆线形计算存在的三种不同情况,并以此为计算思路。在任一锚跨水平张力作用下,考虑鞍座对空缆线形的影响,以各跨无应力索长不变与鞍座两侧的力或力矩平衡为准则,推导了各跨左右鞍槽接触段和悬空段的内力与线形平衡方程,以及迭代过程中待求参数之间的影响矩阵及修正方法,以右边塔索鞍处不动点里程坐标误差为收敛条件,采用了二分法迭代出理论的左锚跨水平张力,进而得到空缆状态下各索鞍的预偏量以及各跨索段内力与线形。通过算例比对,验证了本文方法的可靠性。结果表明,在成桥状态下结构参数已知的基础上,仅需求解左锚跨水平张力一个变量参数,即可得到各跨索股线形与内力以及鞍座预偏量。相比传统的滑移刚度理论方法,本文方法迭代过程方便简洁,易收敛且精度高,无需往复固定或释放一个鞍座约束进行迭代求解,提高了计算效率,适用于任意跨对称或非对称空缆线形的计算。     

Photoelastic Analysis of the Effects of Tooth Position on Apical Stress

The anatomical form of the teeth and the density of the base bone differ greatly at different tooth positions. Thus, it is necessary to investigate the effect of tooth position variation on the apical occlusal stress because it would be helpful to understand the mechanism of occusal force transduction along the mandible. Epoxy resin models of seven different occlusal types set up with identical plastic teeth were employed to determine the stress directions and magnitudes in the apical area under 2.0 Kg of vertical load. Both the values and directions of the main stress were measured. Our results indicated that variation of the tooth position had no effect on the directions of principle stress around the apex area in the symmetrical occlusal type. For the asymmetrical occlusal type, the mesio-distal and the lingual-buccal directions of anterior teeth were found to be affected by variations in tooth position. The magnitude of the apical main stress was also apparently altered with changes of tooth position, but the differences were insignificant with occlusal types. Therefore, we conclude that variation in the tooth position could affect the direction of the main apical stress when the symmetry of the occlusion type was also involved. In contrast, the apical stress magnitude was much more related to tooth position than to occlusal symmetry.     

N表面张力对近固壁二空化泡影响的数值研究

在忽略浮力下，用边界积分方法数值模拟了表面张力对固壁之上且靠近固壁的二轴对称空化泡生长和溃灭的影响，发现在下空泡最大等效半径为上空泡一半情形，若固壁对下空泡的Bjerknes力大于上空泡对下空泡的Bjerknes力，则表面张力的作用将使下空泡溃灭加速，使其向下的液体射流变强变宽；若固壁对下空泡的Bjerknes力小于上空泡对下空泡的Bjerknes力，则表面张力的作用将使下空泡溃灭变慢，使其向上射流变弱变细长；若这两个Bjerknes力近于相等，则表面张力将会对下空泡溃灭有重大作用，如改变下空泡射流的方向甚至形式(如由环状变向下或由向上变环状)，当上空泡等于或小于下空泡时，表面张力将不会对这两个空泡的行为产生显著影响，定性地分析了表面张力作用的机理。     

考虑载荷特性的骨重建力学调控机制

骨组织具有适应变化力学环境的能力.通过分析骨组织适应力学环境的调控机制,吸纳工程强度设计准则思想,提出考虑载荷特性的骨重建力学调控机制,探讨载荷特性对力学激励的影响,对牙槽骨“张力区骨增生和压力区骨吸收”的现象进行分析和数值模拟.结果表明考虑载荷特性的骨重建力学调控机制是合理的,是骨重建力学调控机制理论的补充和完善.     

An accurate interface reconstruction method using piecewise circular arcs

A novel piecewise circular interface construction (PCIC) method for accurate reconstruction of interface in a two‐phase flow problem is proposed. This is under the framework of a fixed grid, volume of fluid approach applied on a two‐dimensional semistaggered structured grid. Fluid interface in each mixed cell is represented using a geometric template of piecewise circular arc. Data corresponding to arc center coordinates and radius are first predicted using curve fitting methods and corrected with the help of volume fraction constraints. Further corrections are carried out to achieve function (c0) continuity at cell boundaries. The proposed method does not require additional calculations for the determination of curvature (for calculation of surface tension force), since it is obtained as part of reconstruction process itself. For dynamic interface construction, simple analytical expressions are derived to construct edge matched flux polygons. Area of intersection of flux polygons with area covered by primary fluid is determined to effect geometric advection across a PCIC interface. Accuracy of this method is demonstrated by the reconstruction of standard static and dynamically evolving interface problems. Accuracy levels superior to most interface reconstruction methods using PLIC and schemes using higher order curves are established. Finally, the capability to handle a complex two‐phase flow problem simulation viz the four‐vortex flow field, where interface undergoes breakage and coalescence, is also demonstrated.     

载重子午线轮胎帘线受力的有限元分析

以10.00R20轮胎为原型,针对特定的断面轮廓形状和帘线结构形式建立了轮胎结构计算的有限元模型,着重研究了额定充气压力状态以及受静负荷作用时各部分帘线受力的基本特征。结果表明:(1)充气状态下胎冠部和胎圈部的帘线结构参数之间的相互影响很小,因而在分析设计中可以相对独立地考虑;(2)静负荷作用下帘线受力在接地面附近的分布情况较复杂,尤其是负荷较大时可能出现胎冠中部帘线张力不足甚至受压以及0°带束层边缘受拉力过大的情况,这些对轮胎使用性能不利的受力状况可以通过帘线结构的合理设计来克服。     

Fringe element reconstruction for front tracking for three‐dimensional incompressible flow analysis

Fringe element reconstruction technique for tracking the free surface in three‐dimensional incompressible flow analysis was developed. The flow field was calculated by the mixed formulation based on a four‐node tetrahedral element with a bubble function at the centroid (P1+/P1). Since an Eulerian approach was employed in this study, the flow front interface was advected by the flow through a fixed mesh. For accurate modelling of interfacial movement, a fringe element reconstruction method developed can provide not only an accurate treatment of material discontinuity but also surface tension across the interface. The effect of surface tension was modelled by imposing tensile stress directly on the constructed surface elements at the flow front interface. To verify the numerical approach developed, the developed algorithm was applied to two examples whose solutions are available in references. Good agreement was obtained between the simulation results and these solutions. Copyright © 2005 John Wiley & Sons, Ltd.     

ACL单束/双束重建对多屈曲角位姿的胫股关节力学特性影响

进行膝关节的轴移仿真, 在证实了单例个体膝关节的重建模型能反映不同重建术后膝关节力学特性有效性的基础上, 应用SONATA MAESTRO 1.5T扫描得到的屈曲角位姿为0°/25°/60°/80° 的膝关节MRI图像数据, 建立了对应屈曲角的正常/ACL(anterior cruciate ligament)单束/双束重建胫股关节3D模型, 通过对该系列关节模型施加轴向压力与压扭载荷, 来分析多屈曲角度位姿的ACL单束/双束重建法对胫股关节软骨、半月板和韧带应力分布影响及韧带张力特性影响. 结果表明: (1) ACL单束/双束重建关节的软骨与半月板上的应力分布改变跟屈曲角度相关, 某些角度位姿下软骨应力分布改变显著; (2) 单束重建关节的软骨和半月板上的最大等效应力有较明显的增大, 最大增幅达40%左右; 双束重建关节在各屈曲角位姿下软骨和半月板上的最大等效应力值更接近于正常关节; (3) ACL单束重建虽降低了PCL(posterior cruciate ligament)的最大等效应力值, 却使高屈曲角位姿的内侧/外侧副韧带等效应力明显增大; 双束重建后MCL(medial collateral ligament)上的最大等效应力随屈曲角的变化明显, 但LCL(lateral collateral ligament)和PCL的最大等效应力随屈曲角度的变化趋势与正常关节相一致性; (4) 单束/双束重建后MCL上平均张力要高于另外两条韧带, 而双束重建的韧带张力特性比单束重建更接近于正常关节. 总之, 综合ACL重建后软骨、半月板和3条韧带随屈曲角度的等效应力分布、张力变化等多种特性表明: ACL双束重建的胫股关节力学特性比单束重建更接近于正常关节, 且无论ACL单束还是双束重建, 都引起术后关节软骨与韧带上应力分布变化与等效应力峰值增大, 这将是诱发术后关节慢性退变与膝关节并发症的根源.