THE EFFECT OF THE ACL SINGLE-BUNDLE/DOUBLE-BUNDLE RECONSTRUCTION ON THE BIOMECHANICS OF TIBIO-FEMORAL JOINT AT DIFFERENT FLEXION ANGLES 1）

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 collateralligament）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.     

外支架对移植静脉力学特性的影响

自体静脉移植是动脉粥样硬化等血管阻塞疾病的主要治疗手段之一,但移植静脉重建引起的再狭窄严重影响通畅率。研究表明,静脉和动脉之间几何尺寸与力学性质的不同以及力学环境的差异是吻合口再狭窄的主要原因。在动脉环境下,静脉桥路被严重扩张,桥路的内半径要比宿主动脉的大很多,这不仅大大提高了桥路管壁中的应力水平,而且也促使吻合口附近涡流的形成。管壁中增高的周向应力和由于涡流引起的紊乱的切应力是静脉桥路再狭窄的主要原因。为了提高静脉桥路的通畅率,外支架的技术日益引起人们的重视。外支架除了可以加强静脉桥路壁强度,降低管壁中的周向应力外,还可以消除吻合口附近的涡流,从而起到保护作用。本文将综述外支架保护静脉桥路的研究历史以及目前现状。     

EFFECTS OF 2-TUNNEL AND 3-TUNNEL FIXATION ON BIOMECHANICS OF TIBIOFEMORAL JOINT

基于正常膝关节4个屈曲角度(0°, 25°, 60°, 80°)下的磁共振(MR)图像数据, 建立正常/两隧道固定/三隧道固定内侧半月板移植术后的胫股关节模型. 对各屈曲角度下的4种模型分别施加单一轴向压载和压扭组合载荷进行有限元仿真, 得到各模型在2种载荷作用下的应力及位移分布. 提取关节软骨、半月板表面的等效应力以及半月板的最大位移进行对比分析, 得到内侧半月板移植术后两/三隧道固定对胫股关节中软骨及半月板的影响. 总体上讲内侧半月板移植中的三隧道固定要优于双隧道固定, 更利于胫股关节恢复正常的应力特性.     

薄板刚度对点焊接头强度特性影响

本文介绍了三种形状的薄板材料点焊接头试件的拉伸试验及疲劳试验结果,探讨了改变薄板刚度对点焊接头静强度和疲劳寿命的影响。应用断裂力学理论及有限单元法计算焊核周围裂尖各点的应力强度因子K_Ⅰ、K_Ⅱ、K_Ⅲ及有效应力强度因子K_(φθmax),并用这些力学参数分析了不同刚度点焊接头试件的静强度和疲劳寿命。结果表明有效应力强度因子K_(φθmax)是评价拉剪点焊头疲劳寿命的有效力学参数。     

不同节理角度和地应力条件下岩石双孔爆破的数值模拟

在采矿工程、地下交通工程和水利水电工程等岩体开挖工程中,爆破法仍是一种主要的破岩方法. 实际天然岩体中存在的裂隙、节理等不连续面和所处的地应力场环境,都会对爆破荷载传播过程和最终的破碎效果产生重要影响. 本文把岩石爆破视为爆炸应力波动态作用和爆生气体压力准静态作用两个独立的先后作用过程,同时考虑初始应力场的静态作用,建立岩石爆破的力学模型. 基于渗流方程描述爆生气体在爆生裂纹中的传播过程,进而基于流固耦合理论实现爆生气体准静态压力对裂纹尖端的力学作用. 爆炸应力波主要在孔周引起压碎区和径向微裂纹区,随后爆生气体压力楔入径向裂纹尖端,促使裂纹进一步扩展,形成径向主裂纹. 数值模型可以再现孔周压碎区、径向微裂纹区、径向主裂纹区萌生、扩展的完整演化过程. 针对不同节理角度和地应力条件下岩石双孔爆破过程的数值模拟结果表明,初始地应力场的压应力作用不利于爆生裂纹的萌生与扩展,但节理的存在对裂纹的扩展具有明显的导向和促进作用,有利于爆生裂纹沿节理面方向的扩展.      

随机缺陷对蜂窝结构动态行为影响的有限元分析

通过对胞壁随机移除的蜂窝结构动态变形过程的有限元模拟,分析了随机缺陷对蜂窝结构变形模式的影响,得到蜂窝结构在两个加载方向上的变形模式图及不同模式间转换的临界速度. 对含缺陷蜂窝结构平台应力的研究发现,当变形模式为过渡模式或动态模式时结构平台应力与冲击速度的平方成线性关系. 相同密度下,低缺陷蜂窝结构的平台应力在由过渡模式向动态模式转变的临界速度附近高于规则蜂窝结构,较高的随机缺陷则使蜂窝结构的平台应力在由准静态模式向过渡模式转变的临界速度附近显著下降.关键词:多孔材料,蜂窝,缺陷,平台应力,有限元分析      

EFFECT OF LOADING TYPE ON FATIGUE CRACK GROWTH BEHAVIOR OF SOLDER JOINT IN ELECTRONIC PACKAGING

Fatigue cracking tests of a solder joint were carried out using in-situ scanning electron microscopy （SEM） technology under tensile and bending cyclic loadings. The method for predicting the fatigue life is provided based on the fatigue crack growth rate of the solder joint. The results show that the effect of the loading type on the fatigue crack growth behavior of a solder joint cannot be ignored. In addition, the finite element analysis results help quantitatively estimate the response relationship between solder joint structures. The fatigue crack initiation life of a solder joint is in good agreement with the fatigue life （N50%） of a totally electronic board with 36 solder joints.     

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利用有限元软件,通过对撑竿跳高过程的大变形动力学数值模拟,得到了不同材料 撑竿的变形过程、跳高成绩,以及能量的转化效率指标. 通过截面尺寸设计,预测了不同材 料撑竿所能达到的最大高度. 最后以布勃卡的体能参数为标准,为其设计能越过最大高度的 等截面和变截面碳纤维复合材料撑竿.     

不同应力三维度条件下孔洞的演变及修正的Gurson模型

本文对含不同形状孔洞的幂硬化材料的圆柱体胞模型，运用控制宏观应力三维工的方法进行了有限元分析。计算结果表明：１．孔洞初始形状，应力三维度对孔洞的长大有重要影响；２．Ｇｕｓｏｎ模型对孔洞长大规律的描述是不准确的，不准确度与孔洞初始形状，应力三维度有关，修正后的Ｇｕｒｓｏｎ模型与有限元结果吻合较好；３．在低应力三维度区，孔洞以及形状改变为主，在高应力三维度区，孔洞以扩张为主；     

悬浮振子对中耳声传播特性影响的数值研究

为研究悬浮式中耳植入式助听装置中悬浮振子对中耳声传播特性的一些影响,建立了包括绑定悬浮振子的中耳有限元模型. 该模型基于一无任何听力损伤病史的成年志愿者的左耳,利用CT扫描和逆向成型技术建成. 模型的可靠性通过鼓膜及镫骨底板的位移计算结果与国外文献实验测得数据进行对比加以验证. 研究结果表明:悬浮振子的绑定会显著恶化中耳的高频传输特性;振子输出8.9\times10^5N的激振力才能激起100dB声压所对应的激振效果;振子在砧骨长突上的绑定位置离砧镫关节越近,高频段激振效果越好.      

THE INFLUENCE OF GLOBAL-DIRECTION STENCIL ON GRADIENT AND HIGH-ORDER DERIVATIVES RECONSTRUCTION OF UNSTRUCTURED FINITE VOLUME METHODS 1)

模板选择方式对非结构有限体积方法的计算准确性会产生显著影响. 在之前的工作中, 基于局部方向模板存在的问题, 我们探索了一种更加简单有效的全局方向模板选择方法, 并将其应用于二阶精度非结构有限体积求解器. 基于该方法找到的模板单元均沿着壁面法向与流向, 可有效捕捉流场变化, 反映流动的各向异性, 并且模板选择过程脱离了对网格拓扑的依赖, 避免了局部方向模板选择方法中复杂的阵面推进与方向判断过程, 克服了在大压缩比三角形网格上模板单元偏离壁面法向的现象, 同时在二阶精度求解器上得到了较高的计算精度与计算准确性. 为了进一步验证全局方向模板在高阶精度非结构有限体积方法中应用的可行性, 本文初步测试了该模板对变量梯度及高阶导数重构的影响. 经检验, 在不同类型的网格上, 采用全局方向模板得到的变量梯度与高阶导数误差明显低于局部方向模板, 同时也低于共点模板的计算误差. 此外, 在高斯积分点处由全局方向模板得到的变量点值与导数误差同样在三种模板中最低. 因此该模板选择方法在非结构有限体积梯度与高阶导数重构方面具有较好的数值表现, 具备在高阶精度非结构有限体积求解器中应用并推广的可行性.