人耳传声数值模型

根据健康志愿者(右耳)完整的CT数据,建立了包括外耳道、鼓膜、听骨链、中耳韧带/肌肉以及内耳液体在内的有限元模型,真实完整地再现了其复杂结构及边界约束. 通过鼓膜和镫骨底板位移模拟结果和文献实验数据的比较,说明了本数值模型是可信的. 利用模型进行了外耳、中耳和内耳的声固耦合分析,研究了外耳道、镫砧关节和内耳液体对传声机制的影响. 研究结果表明建立的人耳三维有限元模型对研究其声学力学特性是有效的.      

泡沫铝填充薄壁圆管的三点弯曲实验的数值模拟

泡沫金属填充薄壁结构的应用日趋广泛,建立合理的数值计算模型对结构设计和工程应用非常重要.该文通过对泡沫铝填充薄壁铝合金圆管的三点弯曲实验的数值模拟,研究了它的力学行为.采用ABAQUS软件,建立了空管和泡沫铝全填充管的有限元模型,并对这两种结构在三点弯曲下的力学行为进行了数值模拟,所得结果与实验结果符合得较好.通过数值模拟分析了结构的承载机理和不同压头直径对结构承载能力的影响.此外,还研究了泡沫铝部分填充圆管的三点弯曲行为,分析了不同填充长度对结构承载能力的影响.     

立井冻土爆破冻结管振动力学响应研究

以赵固二矿西风井冻结爆破掘进施工为背景,对爆破作用下冻结管的振动力学响应进行了研究。依据爆炸应力波理论,分析了考虑P波垂直入射时冻结管的力学响应机制。采用ANSYS/LS-DYNA有限元分析软件模拟了冻结管受爆炸作用下的振动响应规律:振动波入射冻结管同一截面各测点振动速度相差不大,背爆侧振动速度最大,与P波入射成45°附近处冻结管振动速度较小。拟合出拉应力与振动速度的关系式。结合理论分析与数值模拟,得出冻土爆破时冻结管的安全阈值为64.76cm/s。研究成果可为类似工程爆破设计与振动控制提供参考。     

Casimir力和静电力驱动下同轴圆柱管模型的GHz振动

提出了一种双层同轴圆柱管振动的力学模型，并用连续介质力学的方法分析了该模型分别在Casimir力和 静电力驱动下的振动特性. 计算结果表明，在理想情况下，如果模型管间距达到1纳米量级， Casimir力和静电力有可能驱动该模型达到GHz甚至更高量级频率的振动，这说明Casimir 力和静电力驱动GHz的振动具有理论上的可行性.     

剪切流场中含内流立管横向涡激振动特性

立管是海洋工程中输送油气或其他矿产资源的必备结构, 外部洋流引起的立管涡激振动影响着立管的疲劳寿命, 危害深海资源开发. 本文基于欧拉?伯努利梁方程, 结合半经验时域水动力模型, 建立剪切流与内流耦合作用下海洋立管涡激振动预报模型, 运用有限元方法和Newmark-β逐步积分法求解方程, 首先将数值模拟结果与实验数据进行对比, 验证模型正确性. 然后, 运用此模型, 对剪切流作用下含内流的顶张立管在不同内流速度和密度下的横向涡激振动响应特性进行研究, 主要分析了立管的横向振动模态、振动频率以及均方根位移等涡激振动参数随内流速度和密度等参数的变化规律. 结果表明, 在剪切流场中, 含内流海洋立管在横向上表现出多模态多频率的涡激振动;立管横向振动的最大均方根位移随内流速度和密度的增大而增大, 特别是当内流速度较大时, 横向最大均方根位移增大明显;立管横向振动的主导频率随内流速度和密度的增大而减小, 并且内流密度的增大同样会引起模态转换和频率转换.      

针对有砟道床动力特性分析的嵌入式离散元-有限元耦合方法

在离散元-有限元耦合方法中,离散元和有限元交界面处的耦合方式对整体有砟道床的力学行为影响显著.采用基于球形单元的镶嵌单元或粘结单元模拟有砟道床时,由于球形单元和有限单元表面的自锁能力较差,使道砟层在列车载荷作用下容易产生侧向滑移,导致数值模型不稳定.此外,在实际铁路道床中,底部道砟均不同程度地嵌入路堤.为此,发展了一种嵌入式离散元-有限元耦合方法,通过设置一层嵌入地基有限元模型中的球形颗粒传递离散元域和有限元域间的力学参数,实现离散元和有限元方法的耦合.数值结果表明,嵌入式离散元-有限元耦合模型能够有效降低有砟道床的侧向位移,数值结果更加稳定,在处理与有砟道床类似的连续介质与散体介质的耦合问题时推荐采用嵌入式耦合算法.     

彩色显像管设计中的若干力学问题

论述了彩色显像管设计中的若干力学问题，包括玻壳生产过程中热应力有限元分析及玻壳防爆设计，荫罩热变形的有限元分析，荫罩结构固有振动特性及荫罩抗颤噪设计以及其它与显像管设计相关的力学问题，同时通过数值算例对解决这些问题的措施进行了相应的研究．     

心肌细胞大变形黏弹性模型及在实验中的应用

在衡量单个细胞力学行为的研究中,越来越多地采用结合实验的数值模拟方法. 在连续介质力学框架下,发展了一种新的心肌细胞本构模型,并与微管吮吸实验结合,探讨了心肌细胞的力学特性. 本构模型是对普遍使用的仅能用于小变形分析的标准线性固体模型的一种扩展,它将超弹性性能引入到黏弹性模型中,用以描述细胞的大变形黏弹性效应. 基于改进的本构模型,对心肌细胞微管吮吸实验过程进行了有限元模拟,并将计算结果与实验结果以及经典理论解进行了对比. 结果显示发展的本构模型适合细胞大变形问题的有限元数值模拟.      

基于流固耦合方法的水轮机蜗壳结构振动及损伤机理研究

蜗壳流道内的内水压力是引起外围混凝土发生损伤的主要原因.基于流固耦合理论,并引入混凝土弹塑性损伤模型,建立了流体与蜗壳结构耦合振动分析的理论框架,提出了一套水轮机流道内水体流动诱发蜗壳外围混凝土振动损伤的数值计算方法.首先基于有限体积法建立水轮机蜗壳流道流动的数值模型,同时采用有限元方法建立蜗壳结构固体区域的三维有限元模型;进而将流体区域边界上动水压力作为外荷载实时传递给固体区域边界进行三维有限元非线性损伤瞬态分析,实现了大型水轮机蜗壳结构中流体流场到固体应力、位移场的单向耦合三维数值分析.通过计算分析得到了水体流动诱发蜗壳外围混凝土振动的响应规律以及混凝土损伤的发展规律.     

复合材料胶接结构有限元分析方法研究进展

胶接结构的强度分析方法可以分为解析法和数值法两类,数值法主要是有限元方法.本文综述了复合材料胶接结构的有限元分析方法,按照胶接结构有限元模型建立的物理机理,将胶接结构力学分析模型分为基于有限元应力分析模型、基于断裂力学模型和基于损伤力学模型3类.详细介绍了这3类模型中的主要有限元建模分析方法:三维应力分析方法、虚拟裂纹闭合技术方法和内聚力模型方法,介绍了每种方法的基本思想、适用范围、优缺点、改进和扩展、有限元建模的实施步骤,以及有限元分析中应用该方法所取得的成果.第五部分从适用范围、应力奇异和破坏判据3个方面对这几种分析模型进行了对比分析.最后,对该领域发展趋势进行了展望.      

人耳鼓膜穿孔对中耳传声影响的数值模拟

鼓膜穿孔是一种非常普遍的中耳疾病,其对人中耳传声的影响并没有得到很全面的研究。本文根据健康志愿者(右耳)完整的CT数据,建立了包括外耳道、鼓膜、听骨链、中耳韧带/肌肉、中耳腔以及内耳液体在内的有限元模型,真实完整地再现了其复杂结构及边界约束。利用模型进行了外耳、中耳和内耳的声固耦合分析,研究了鼓膜穿孔位置和穿孔大小对中耳传声的影响。研究结果表明了本文建立的三维有限元模型对研究鼓膜穿孔对中耳系统传声的影响是可行的。     

Numerical analysis of ossicular chain lesion of human ear

Abstract Lesion of ossicular chain is a common ear disease impairing the sense of hearing. A comprehensive numerical model of human ear can provide better understanding of sound transmission. In this study, we propose a three-dimensional finite element model of human ear that incorporates the canal, tympanic membrane, ossicular bones, middle ear suspensory ligaments/muscles, middle ear cavity and inner ear fluid. Numerical analysis is conducted and employed to predict the effects of middle ear cavity, malleus handle defect, hypoplasia of the long process of incus, and stapedial crus defect on sound transmission. The present finite element model is shown to be reasonable in predicting the ossicular mechanics of human ear.     

检验人工听骨力学性质的解析方法

传导性耳聋多由鼓膜或听骨链病变所致,人工中耳已在临床上广泛应用于传导性耳聋治疗.根据人工中耳结构试验和力学假设,用变分原理建立在任意时刻$t$点,人工鼓膜受迫振动位移与激发声压的关系,推导控制方程. 采用分离变量法及贝塞尔函数对方程求解,得到鼓膜和听骨位移的解析解. 通过与文献试验数据比较,感觉曲线形状与走势基本一致,证明了该方程是正确的,能够反映声音的传导机制. 利用方程计算得到:质量小的材料传音效果好于质量大的;顶盘面积一定时,质量为某一特定值时传音效果更佳; 该结果与相关文献的试验结果相符合. 研究表明: 该方程对于人工中耳数据的获得非常方便,并且能够优化人工听骨材料,特别是对质量的控制能达到科学的效果,避免测量因素及其他因素的干扰.该方法为耳生物力学的研究及应用提供了新的视点.      

蜗窗激励评价的有限元计算模型研究

蜗窗驱动是实现中耳听力装置与耳蜗耦合的新途径. 利用外耳道、中耳和耳蜗集成有限元模型, 分别模拟外耳道声激励经听骨链、前庭窗传入内耳的正向传递过程和蜗窗机械激励在耳中逆向传递过程, 计算获得中耳和耳蜗的传递函数. 比较蜗窗激励和外耳道激励下耳蜗基底膜的振动, 提出了以基底膜最佳反应部位位移相等为准则的蜗窗等效激励力计算方法. 理论计算获得的蜗窗等效激励力与相关文献根据实验数据预测结果一致. 计算结果还表明耳蜗窗正、逆向激励时, 基底膜上最佳反应部位无变化, 但在蜗窗逆向激励耳蜗时, 低频下驱动基底膜运动的效率比高频时低. 所获得的理论结果可为蜗窗驱动的听力装置设计和现有装置的应用提供参考.     

Static analysis of tympanic membrane in aero-otitis media by three-dimensional model of the middle ear

The three-dimensional (3D) model of the middle ear is of great significance to the research of middle ear related diseases. The particular focus of this work is to simulate the impact of aircraft altitude and speed changes on the tympanic membrane (TM) during the descent phase, so as to analyze the pathogenesis of aero-otitis media and the mechanical response characteristics of TM under static pressure. The simulations showed that the stress and strain of TM increase as the altitude difference and speed of the aircraft increase, and the maximum stress and strain areas are consistent with the clinical observation of TM hyperemia. Therefore, among many prevention and treatment measures of aero-otitis media, it is a therapeutic method to directly balance the pressure difference between the inner and outer TM.     

Hybrid-Trefftz displacement element for spectral analysis of bounded and unbounded media

The hybrid-Trefftz displacement element is applied to the elastodynamic analysis of bounded and unbounded media in the frequency domain. The displacements are approximated in the domain of the element using local solutions of the wave equation, the Neumann conditions are enforced directly and the surface forces are approximated on the Dirichlet and inter-element boundaries of the finite element mesh. Two alternative elements are developed to model unbounded media, namely a finite element with absorbing boundaries and an unbounded element that satisfies explicitly the Sommerfeld condition. The finite element equations are derived from the fundamental relations of elastodynamics written in the frequency domain. The numerical implementation of these equations is discussed and numerical tests are presented to assess the performance of the formulation.     

基于显式有限元方法的两相介质弹塑性动力反应计算分析

针对增量形式的流体饱和两相多孔介质弹塑性波动方程组,运用基于显式逐步积分格式的时域显式有限元方法对该波动方程组进行求解,并应用基于SMP破坏准则的弹塑性动力本构模型描述两相介质的动力反应性质,对两相介质在输入地震波作用下的弹塑性动力反应进行计算和分析,将计算结果与相应的弹性动力反应的计算结果进行对比;对本文应用的弹塑性...     

Mechanical model of round window membrane under reverse excitation

According to the vibration characteristics of the round window, a mechanical model of a round window membrane is established. The Euler equation of the round window and the complementary boundary conditions are derived by the variational principle. Combined with the Bessel function, an analytical solution of the round window displacement is obtained by MATHEMATICA. Combined with clinical characteristics of round window membrane lesion, the effect of sound transmission due to thickening of the round window membrane caused by the otitis media, shrinkage of the round window membrane area caused by otosclerosis, and hardening of the round window membrane itself is analyzed. The results show that with thickening of the round window membrane, the displacement of the round window membrane is decreased. In the meantime, with hardening of the round window membrane and shrinkage of the membrane area, the maximum displacement of the round window membrane is gradually reduced, leading to a decrease in sound transmission. Thus, the analytical analysis can avoid interference of environment and the technical level of personnel, and it can evaluate transmission performance of the round window membrane efficiently, providing a theoretical basis for the reverse excitation of artificial prosthesis.