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.     

黏弹性准饱和土中球空腔动力特性

在频率域内研究了内水压力作用下分数导数型黏弹性准饱和土中球空腔的稳态动力响应. 通 过引入与孔隙率有关的应力系数合理地确定了介质和孔隙水共同承担的内水压力值. 将土骨 架和衬砌分别视为具有分数导数本构模型的黏弹性体和多孔柔性材料, 基于Biot两相介质模 型, 通过引入位移势函数解耦得到了内水压力作用下分数导数型黏弹性准饱和土中半封闭球 形空腔的位移、应力和孔隙水压力解析表达式. 考察了物性和几何各参数对球形空腔动力响 应的影响, 结果表明: 分数导数本构模型更合理地描述了土体的动力学行为; 饱和度对应力 和孔隙水压力影响较大, 而对位移影响较小.     

Natural convection flow of a couple stress fluid between two vertical parallel plates with Hall and ion-slip effects

The Hall and ion-slip effects on fully developed electrically conducting couple stress fluid flow between vertical parallel plates in the presence of a temperature dependent heat source are investigated. The governing non-linear partial differential equations are transformed into a system of ordinary differential equations using similarity transformations. The resulting equations are then solved using the homotopy analysis method (HAM). The effects of the magnetic parameter, Hall parameter, ion-slip parameter and couple stress fluid parameter on velocity and temperature are discussed and shown graphically.     

金属材料脆性断裂机理的实验研究

材料的脆性断裂有许多准则和模型,但对脆断机理和变化规律缺乏合理的描述,给工程应用带来不便。本文对典型脆性材料球墨铸铁、灰铸铁分别进行了拉扭双轴断裂实验和常规拉伸、扭转破坏实验;对韧性金属材料合金钢进行了单轴拉伸颈缩破坏实验。通过上述实验分析了脆性材料和韧性材料发生脆性断裂的机理特征并选择应力三维度作为应力状态参数描述危险点的应力状态,同时考察了脆性材料和韧性材料发生脆性断裂的主导因素。结果表明:韧性材料45#钢和14CrNiMoV合金钢在颈缩断面心部应力三维度值较大时发生脆性拉断,而在颈缩断面边缘处应力三维度值较小时发生剪断;脆性材料球墨铸铁在应力三维度值为0.0～0.33之间变化时均发生脆性断裂;灰铸铁在应力三维度值大于0.0时发生脆性拉断,而在应力三维度值小于0.0时发生剪断。因此可以认为,材料的细观组织结构和危险点应力状态是影响断裂机理及变化规律的主要因素。对于同种材料,随着应力三维度代数值从小向大变化材料的断裂机制由塑性剪切断裂逐渐转变为脆性断裂。本文通过对几种材料的脆性断裂危险点和断裂方向的研究给出了脆断宏观破坏条件。     

高过载数据储存器缓冲隔振结构的优化设计

根据应力波理论设计储存器的缓冲隔振结构,同时兼顾缓冲与隔振、配置合理的广义阻抗比,从而 设计出复合减振结构,解决了狭小空间的抗冲击问题。再应用Isight与Ls-dyna联合优化,不以降低过载加 速度为指标,而选取最大动应力为目标,使被保护元件的最大动应力降低了约70.9%,储存器的质量下降了 约300g,最终进行了炮击实验,成功回收数据。     

SH波入射时半空间界面裂纹与圆形衬砌的相互作用

利用复变函数和Green函数法研究了双相介质半空间界面裂纹及界面附近圆形衬砌对SH 波的 散射与动应力集中问题。首先,采用映像思想构造满足自由边界条件的散射波表达式,进而求解所需的 Green函数;其次,采用裂纹切割技术构造裂纹,并根据连续性条件建立了求解该问题的无穷代数方程组; 最后,给出了不同入射波数时界面裂纹与衬砌的相互作用。结果表明,裂纹的存在显著放大了衬砌界面的动 应力集中。     

硅基底多层薄膜结构材料残余应力的微拉曼测试与分析

针对MEMS器件制备中两种典型的硅基底多层薄膜结构的残余应力问题,本文提出了利用微拉曼光谱技术测量其残余应力的方法,分析并给出了硅基底多层薄膜结构中的残余应力分布规律。实验结果表明,在硅基底和薄膜内存在较大的工艺残余应力,残余应力在基底内靠近薄膜两侧部分呈非线性变化,在基底内主要呈线性变化,并引起基底整体翘曲。基于实验结果分析,提出了硅基底多层薄膜结构的分层结构模型。本文工作表明微拉曼光谱技术是测量与研究硅基底多层薄膜结构残余应力的一种有力手段。     

广义扩展有限元法及其在裂纹扩展分析中的应用

结合广义有限元法(GFEM)和扩展有限元法(XFEM)的特点,提出了一种新的数值方法——广义扩展有限元法(GXFEM)。阐述了广义扩展有限元法的基本原理,对相关公式进行推导,探讨数值实施中需注意的重要问题,给出利用广义扩展有限元法进行断裂分析时应力强度因子的计算方法,编写了广义扩展有限元法程序。通过算例进行了应力强度因子的计算,模拟了结构裂纹的扩展过程。算例结果表明,利用广义扩展有限元法计算裂纹扩展问题,不需要进行过密的网格划分,且网格在裂纹扩展后无需重新剖分,具有相当高的计算精度。     

Axial Couette flow of an Oldroyd-B fluid in an annulus

This paper establishes the velocity field and the adequate shear stress corresponding to the motion of an Oldroyd-B fluid between two infinite coaxial circular cylinders by means of finite Hankel transforms. The flow of the fluid is produced by the inner cylinder which applies a time-dependent longitudinal shear stress to the fluid. The exact analytical solutions, presented in series form in terms of Bessel functions, satisfy all imposed initial and boundary conditions. The general solutions can be easily specialized to give similar solutions for Maxwell, second grade and Newtonian fluids performing the same motion. Finally, some characteristics of the motion as well as the influence of the material parameters on the behavior of the fluid motion are graphically illustrated.     

防止温度应力下海底管线发生整体屈曲的工程措施研究

为减小油气输送难度和避免原油固化,石油、天然气通常在高温高压下输送．输送过程中的高温和高压导致海底管线中产生较大的附加应力,附加应力的不断累积造成管线发生整体屈曲．对于埋地的海底管线通常会产生竖向屈曲大变形而影响使用甚至破坏．因此,需对有可能产生整体屈曲的管线采取工程防护措施．结合我国海洋工程中管线常用的铺设及保护措施,对处于保护状态下管线由温度应力引起的整体屈曲特性进行理论分析和数值推导,对沟槽保护、沟槽掩埋保护以及压块保护措施的有效性进行了系统分析和对比．