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关键词： 严重腰椎骨折   有限元分析   生物力学   椎弓根螺钉   后路短节段   应力   邻近节段  

摘要： 背景:严重腰椎骨折的手术治疗以后路短节段固定为主,不同椎弓根螺钉内固定方式在生物力学性能上存在差异。目的:应用三维有限的元技术模拟3种不同螺钉内固定技术治疗L_(1)椎体严重骨折,在模拟脊柱运动过程中对比分析伤椎上下节段间盘、骨折椎体及内固定装置等的生物力学特征。方法:建立T_(11)-L_(3)脊柱三维模型并模拟L_(1)椎体重度不稳定骨折,在此基础上分别建立3种不同椎弓根螺钉固定方式:模型A,传统4钉固定(T_(12),L_(2)各2钉);模型B,通用脊柱系统4钉内固定(T_(12),L_(2)各2钉);模型C,经伤椎6钉内固定(T_(12)、L_(1)、L_(2)各2钉)。对各模型施加载荷和约束,模拟脊柱在前屈、后伸、左侧弯、右侧弯、左旋转、右旋转下内固定物的最大应力及最大位移情况,以及L_(1)椎体的位移、损伤椎体上下椎间盘的应力。结果与结论:①模型C在前屈、后伸、左侧弯、右侧弯、左旋转、右旋转不同的运动状态下,L_(1)椎体的最大位移及活动度最小,螺钉和连接棒的最大应力最小,邻近上下椎间盘最大应力最小;其次为模型B,而模型A的L_(1)椎体最大位移、活动度及螺钉连接棒应力、位移最大,生物力学稳定性最差,更容易发生邻近节段退变;②提示在治疗重度腰椎骨折时,相比通用脊柱系统钉和传统4钉固定,经伤椎6钉内固定在内固定物上的应力最分散,且椎体钉棒的位移和活动度最小,更可能减少内固定失败和邻近节段间盘退变发生。

关键词： 鼓网   轮毂   裂纹   修复   加固   应力  

摘要： 某电厂海水冷却系统鼓形滤网轮毂因设计缺陷而产生裂纹,不断拓展开裂,导致鼓网不可用,使机组因丧失海水冷却功能而无法正常运行。本文从材料、设计等角度对该问题进行了详细的原因分析,并根据现场实际情况,结合鼓网结构形式,采用有限元网格建模分析的方法,在充分论证计算的基础上,采用修复与加固的措施,通过全新的轮毂修复加固装置的设计和实施,成功解决该项重大缺陷,创造了一种新的轮毂缺陷处理方法,同时显著缩短了施工时间,为同类问题的解决处理提供了经验与借鉴。

关键词： 异形个性化钛板   传统重建接骨板   髋臼双柱骨折   骨折内固定   多体位   位移   应力   有限元分析   生物力学  

摘要： 背景:髋臼双柱骨折类型复杂且常见,目前治疗髋臼双柱骨折多采用传统重建接骨板,其与骨面的不匹配性会加大手术难度。个性化接骨板能够实现接骨板与骨面贴合,但个性化接骨板与传统重建接骨板固定髋臼双柱骨折的生物力学对比研究较少,且模拟的体位姿态较为单一。目的:采用三维有限元方法分析复杂髋臼双柱骨折不同内固定方式在各种体位下的生物力学特性,为临床应用提供必要的生物力学依据。方法:建立累及方形区的复杂髋臼骨折中最具代表性的双柱骨折模型,在此基础上建立异形个性化钛板固定(A组)、前后柱双钛板固定(B组)、前柱重建钛板+后柱拉力螺钉固定(C组)和前柱重建钛板+髋臼下螺钉固定(D组)4种不同内固定方式固定复杂髋臼双柱骨折的三维有限元模型,分别模拟静坐、站立、患侧前伸、患侧外展以及患侧单腿站立体位下对4种复杂髋臼双柱骨折模型进行有限元分析,比较4种内固定方式的生物力学性能差异。结果与结论:①在各种体位下,骨折线上节点位移以及平均位移均表现为A组0.05);在静坐、患侧前伸和患侧外展体位下,A组与B组、B组与C组、C组与D组无统计学差异(P>0.05),A组与C组、A组与D组、B组与D组之间差异有显著性意义(P<0.05);②A组各个骨折块所受最大应力相较于其他组更小,且骨折块所受应力分布更加均匀;内固定物应力主要集中于接骨板在骨折断端附近区域,其中A、B组内固定方式应力分布较为均匀,C、D组内固定方式应力集中较为明显,且A组相较于其他3组内固定物最大应力值减小了4.86%-54.61%;③在患侧前伸和患侧外展体位下,A、B组均具有较大的应力遮挡率,两组最大差值为5.67%;在患侧单腿站立体位下,A组内固定应力遮挡率最高,而D组应力遮挡率最小;④提示异形个性化钛板固定(A组)相较于其他3组传统重建接骨板固定具有更好的生物力学稳定性。

关键词： 椎弓根螺钉   腰椎   脊柱固定   应力分析   拔出强度   改道置钉   有限元分析   生物力学  

摘要： 背景:目前,椎弓根螺钉固定技术被公认为腰椎后路融合的金标准,然而,该技术也存在一些负面并发症,例如置钉方向不理想、螺钉松动、断裂等。针对这一问题,有必要对螺钉重新置钉的力学特性进行深入研究,优化置钉方案提高手术的成功率和安全性。目的:通过结合有限元分析和生物力学实验验证,对传统轨迹椎弓根螺钉在多次拔出过程中的力学性能进行对比分析,以揭示螺钉在多次拔出过程中拔出强度的变化规律,为临床提供关于椎弓根螺钉重新置钉的安全性和有效性方面的科学依据。方法:基于CT扫描数据三维重建L4腰椎模型,利用3D打印技术打印生物实验样本,并按照置钉方案进行拔出实验。根据CT数据和标准椎弓根螺钉参数,建立L4腰椎有限元模型和椎弓根螺钉模型(直径为6.0 mm,长度为45 mm),根据置钉角度和次数将模型分为5种工况,建立有限元模型来模拟轴向拔出力实验,通过观察椎体的应力分布以及螺钉的轴向最大拔出强度,将3D打印力学实验结果与仿真结果进行对比分析。结果与结论:①设计并搭建了一套椎弓根螺钉拔出实验装置;②3D打印力学实验中对比正常置钉和一次不理想置钉工况下的4组模型,正常置钉组模型展示了最大抗拔出力,为(1422.63±23.80)N,且随着置钉偏移角度的增大,各组模型的最大抗拔出力逐渐减小;③对比一次不理想置钉和修正置钉工况,当不理想置钉偏移角度大于3号模型的角度时,重新以正常角度置钉有助于提升螺钉的抗拔出力;④对比二次不理想置钉和再次修正置钉工况,重新以正常角度置钉工况降低了螺钉的抗拔出力,不更换螺钉情况下不建议进行第3次置钉;⑤3D打印力学实验得出的拔出强度与有限元模拟得出的拔出强度具有较高的相关性,相关系数为0.98,两种方法的结果无显著差异(P>0.05)。

关键词： 化学离心泵   管道热膨胀   应力分析   柔性补偿   布置优化  

摘要： 化工装置中的离心泵与配套管道在温升工况下产生热位移与附加内力,应力路径由支承约束与设备接口边界共同决定。若柔性不足,泵口载荷与局部截面应力会出现超限风险,诱发泄漏与疲劳损伤。面向系统整体与关键节点两个尺度,本文构建位移控制与力控制并行的分析框架,给出热伸长通道识别、支承拓扑优化与泵口载荷约束的统一思路,提出以自然补偿与构件补偿协同的柔性设计方法,并将施工偏差与运维变更纳入边界假设,实现从建模、评估到监测、校准的闭环。方法强调分层建模、等效刚度与可观测性在工程中的落地价值,兼顾安全、成本与可维护性。

关键词： 泵站   桩基础   有限元   应力   安全评价  

摘要： 软土地基的陶家路江排涝泵站易产生基础不均匀沉降和混凝土结构开裂的病害,叠加结构主体处于海水的弱腐蚀工作环境,其结构存在安全风险。文章通过建立软弱地基桩基础泵站结构非线性有限元分析模型,并对不同设计工况下泵站结构-地基系统应力变形进行计算,得出泵站结构和混凝土钻孔灌注桩桩基的应力、位移等力学指标的量值和空间分布规律;评价泵站结构安全性和基础处理方案合理性。研究成果可为类似泵站工程建设与运用提供借鉴。

关键词： 牙槽骨高度   种植修复体   上颌窦内提升   动态载荷   咬合   应力   骨组织   植骨   有限元分析  

摘要： 背景:在口腔种植修复领域,上颌后牙区域常面临由多重因素交织导致的骨量萎缩问题,这一现象极大地提升了手术的复杂性。为了增进手术远期成功率,缓解患者承受的不适,同时追求手术流程的简化与时间的缩短,上颌窦内提升技术是无需额外植骨的即刻负重方法,已成为一种广泛应用的策略。针对不同剩余牙槽骨高度的个体情况,精准选择适宜的种植修复方案,对于确保种植体的长久稳定性和维持周围骨组织的健康水平而言,具有至关重要的决定性作用。目的:利用三维有限元法分析不同牙槽骨剩余骨高度条件下植骨或不植骨时,上颌磨牙即刻负重模拟口腔动态咬合过程对种植体、骨组织应力分布的影响。方法:获取1例需提升上颌窦区域行种植修复患者的锥形束CT数据,通过Mimics 21.0软件建立上颌骨模型。将颌骨模型导入Solidworks 2017软件后,分别构建上颌第一磨牙牙槽骨高度10 mm常规单冠修复体模型和牙槽骨高度7,5,3 mm植骨或不植骨单冠修复体模型。在ANSYS Workbench 17.0软件中模拟后牙动态咬合过程,分别在上颌第一磨牙功能尖颊舌斜面进行动态加载,分析不同牙槽骨高度植骨与否在即刻动态加载下周围骨组织的应力分布情况。结果与结论:①在不同牙槽骨高度组中,种植体于咬合周期各阶段均显示应力集中于颈缘骨组织;②对于植骨与不植骨各剩余牙槽骨高度的情况,种植体周边骨应力增长最大幅度均现于第三阶段(>0.150-0.260 s),在第四阶段(>0.260-0.300 s)等效应力均达峰值;牙槽骨高度3 mm时,不植骨组各咬合阶段等效应力峰值均较植骨组增大;牙槽骨高度5 mm时,不植骨组在第三、四阶段周围骨应力较大;牙槽骨高度7 mm时,植骨与否对应力分布不足以引起关注;③在不植骨情况下,随剩余牙槽骨高度减少,应力分布范围扩大,最大应力范围更为集中,特别是牙槽骨高度3 mm及5 mm时,应力分布范围不仅限于种植体颈部,还扩展至上颌窦底。

关键词： 等壁厚螺杆马达   橡胶衬套   过盈量   弹性模量   壁厚   应力  

摘要： 等壁厚螺杆钻具单级马达承压能力强、输出扭矩大,在深井、超深井钻探过程中具有广阔的应用潜力。建立了等壁厚螺杆马达有限元分析模型,着重考察了定转子间过盈量、橡胶弹性模量、橡胶壁厚等因素在定转子啮合过程中对定子橡胶衬套受力的影响规律。结果表明,过盈量、橡胶弹性模量及壁厚对等壁厚螺杆马达啮合过程中橡胶衬套受力均存在显著影响。随着过盈量、弹性模量增加,橡胶衬套所受应力增加;随着橡胶壁厚减小,衬套所受应力增加,对橡胶衬套的磨损和密封的影响呈现出一定差异性。研究成果可为等壁厚螺杆马达设计提供借鉴。

关键词： 新丰江水库   地震重定位   震源机制解   应力场   破裂方向性   发震构造  

摘要： 1962年3月19日，位于广东省河源市的新丰江水库在首次蓄水接近满库峰时诱发6.1级地震，成为我国记录到的最大水库诱发地震之一，也是全球范围内为数不多的6级以上水库地震.自该次主震以来，库区至今中小地震不断，地震活动频度高、分布广.由于库区地质构造复杂，多条断裂交汇，节理裂隙发育，发震机制尚不明确.目前多数研究集中于M≥4.0的地震，而对于M3～4地震仍缺乏系统研究.为揭示库区主要发震构造及水库地震的复杂成因机制，本文对2008—2023年的中小地震开展了系统的震源参数研究.利用双差地震定位方法对M≥1.0地震事件进行重定位，应用CAP方法对M≥3.0地震事件进行震源机制解和震源深度反演，并基于区域应力张量阻尼方法反演了库区的应力场特征；同时，应用震源时频特征方法反演了M≥3.0地震事件的破裂方向性参数，以克服震源机制解中两个节面的不确定性，识别真实发震断层.研究结果显示，新丰江库区的地震活动存在明显的空间分异特征，整体发震构造呈北西向展布.锡场镇和鱼坑村区域现今的地震类型均以走滑型为主，大坝区域以正断型为主.库区整体应力场与华南地区一致，表现为NW-SE向最大主压应力σ1；局部应力场存在差异，最大、最小主压应力由南向北存在约10°的偏转.锡场镇附近R值分别为0.26和0.22，鱼坑村附近为0.32，大坝区域为0.1和0.06，库区整体应力状态偏向于拉张性质，大坝区域拉张性质更加显著.结合破裂方向性参数可知，锡场镇区域存在两条相交的深度约10 km的北西向右旋走滑型断层和北东东向左旋走滑型断层；鱼坑村区域存在一条深度在8～10 km的北北西向先存左旋走滑断层；老回龙村区域存在一条深度约5 km的北西向裂隙；大坝北部存在一条深度约10 km的北西向走滑型断裂，与人字石断裂相交；大坝南部存在一条深度在6～10 km北西西向走滑型断裂；大坝东南部区域存在一条深度约10 km的北东东向左旋走滑断裂，与河源断裂相交.综合研究表明，新丰江库区现今地震活动受区域构造背景与水库长期蓄水作用共同影响，导致原有断层被激活或发生性质转变，进而引发频繁的小震群活动.本研究成果为深入理解水库诱发地震的机理、评估区域地震危险性提供了重要的地震学依据.

关键词： 高压截止阀开启过程瞬态模拟   动网格技术   单向流固耦合模型   应力分析   Box-Behnken响应面优化   最大等效应力  

摘要： 针对钢厂热轧除鳞系统中高压截止阀开启时产生的局部应力集中问题，提出了一种结合流体力学仿真与响应面优化的结构设计方法。首先，以DN150高压截止阀为研究对象，基于ANSYS Workbench平台建立了单向流固耦合模型，并通过对比分析，验证了模型的准确性；然后，采用动网格技术对高压截止阀开启过程进行了瞬态模拟，分析了流场中的速度与压力分布规律，以及结构场中的应力与变形演变特征；最后，通过单因素实验确定了优化变量，并利用Box-Behnken响应面法优化了阀门内部结构，以抑制屈服现象的发生。研究结果表明：阀芯与阀座间的过流区域及节流出口侧形成了高速流动区，并伴有明显压力波动，该现象揭示了高压工况下阀门开启过程中流固耦合应力的共性规律；通过响应面优化得到的最佳参数组合为阀套节流孔直径52 mm、导流盘偏角33°、阀芯端面倒角4 mm，在此组合下，阀套与阀芯的最大等效应力较原始设计降低了22.87%。该流场-结构场耦合仿真与响应面参数优化相结合的方法，对高压截止阀的优化设计具有重要参考价值。