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关键词： 颞下颌关节   关节盘前移位   骨形态   应力分析  

摘要： 研究背景:颞下颌关节盘前移位是口腔颌面部最常见的疾病之一,可伴有颞下颌关节区疼痛、弹响及张口受限等临床症状,严重影响患者的生活质量。若不加干预,患者关节盘前移程度会随着时间的推移逐渐加重,最终造成严重的器质性改变。研究表明,关节盘前移位与颞下颌关节形态学及生物力学特征存在相关性,具体关系尚未完全清楚。目前基于关节盘的前移位程度对颞下颌关节形态学及生物力学特征进行研究的报道较少。探讨关节盘前移位的移位程度对关节骨形态和生物力学环境的影响,有利于了解该疾病进展过程中的临床表现和生物力学机制,并为临床关节盘前移位患者的诊断与治疗提供理论依据。研究目的:本研究的目的是探讨关节盘前移位程度对颞下颌关节骨形态和关节区应力分布的影响。研究方法:实验一:选取我院2020年1月至2021年12月因正畸治疗前疑似患有颞下颌关节紊乱病而接受了颞下颌关节CBCT和MRI检查的患者作为研究对象。根据纳入和排除标准,对最终选出的97例患者的178个颞下颌关节进行回顾性分析。根据矢状向MRI图像上关节盘的位置分成4组:对照组(关节盘无移位)、轻度组(关节盘轻度前移位)、中度组((关节盘中度前移位)和重度组(关节盘重度前移位)。将各组的关节CBCT数据分别导入Mimics软件进行颞下颌关节骨形态学测量,包括髁突线性尺寸(宽度、长度和高度)、髁突体积和表面积,关节窝的深度和长度,关节结节倾斜角,关节前、上、后间隙等,并对各组矢状向髁突位置进行评估;使用方差分析、非参数检验和卡方检验等比较各关节骨形态学参数的组间差异,采用相关性分析探索矢状关节盘位置与各关节骨形态测量项目之间的相关性。实验二:选择实验一对照组中的一例女性患者(30岁),将其拍摄的CBCT和MRI数据以DICOM文件格式分别导入Mimics软件进行颞下颌关节骨结构及关节盘三维模型重建。再经过Geomagic studio软件、NX软件依次处理,从而完成对照组三维模型的建立。参照实验一的分组标准,通过人为向前移动对照组关节盘的位置建立关节盘前移位组(轻度、中度和重度组)的三维模型。最后将以上4组模型分别导入Ansys软件中进行有限元运算,通过对各模型下颌骨上施加闭颌肌力,模拟牙齿紧咬过程。60秒后评估各组的关节软骨、关节盘和盘后组织区的最大等效应力。研究结果:实验一:1.髁突的线性尺寸、关节窝深度、关节倾斜角、关节间隙和矢状向髁突位置等在4组间均有显著性差异(p<0.0001),而关节窝长度在4组间差异没有统计学意义(p=0.1421)。2.相关性分析显示:髁突的线性尺寸、髁突的体积及表面积、关节窝的深度、关节结节倾斜角和关节上间隙与关节盘矢状位置之间存在显著负相关(p<0.01),而关节后间隙与矢状关节盘位置之间存在显著正相关(p<0.01),而关节窝长度(r=0.03073)和关节前间隙(r=0.02978)未发现与关节盘矢状位置的相关性。实验二:1.各组关节软骨表面最大等效应力明显大于关节盘表面,髁突软骨表面主要集中在髁突顶部和外侧部分,关节窝软骨表面主要集中在关节窝的前部偏外侧。紧咬结束时,对照组关节软骨表面最大应力降低约30～40%,而其他3组关节软骨表面应力无明显降低甚至增加。且随着关节盘前移位程度的增加,关节软骨表面应力明显增加,以重度组明显。2.各组紧咬结束时关节盘上下表面的最大等效应力均有所降低。随着关节盘前移位程度的增加,最大应力的集中位置由关节盘中间带偏外侧逐渐转移到后带或盘后区外侧,且应力值逐渐减小。3.在紧咬结束时,对照组关节盘后区最大等效应力下降约5%,主要位于盘后区内侧,而其他3组盘后组织应力较紧咬开始时明显增加,主要集中于盘后区外侧。此外,关节盘后区最大等效应力随关节盘前移位的程度的增加逐渐增大。研究结论:1.颞下颌关节骨形态与矢状关节盘位置具有显著相关性,随着关节盘前移位程度的增加,关节骨形态退行性改变越明显。临床应对关节盘前移位患者尽早治疗,避免疾病进展。2.矢状关节盘位置的变化对关节区的应力分布具有重要影响,随着关节盘前移位程度增大,关节软骨表面及盘后区的应力值显著增加,其中以重度组增加最为明显。

关键词： 喷放罐   疲劳分析   应力分析  

摘要： 本文采用ANSYS软件对某工程实际中使用的喷放罐进行了应力计算，根据该喷放罐的应力云图，对其进行了强度评定及疲劳寿命计算。理论与实践证明该分析过程是合理与可靠的。

关键词： 高压   钙钛矿   光致发光   应力   缺陷   结构相变  

摘要： 近年来,以全无机金属卤素钙钛矿为代表的半导体材料,因其在载流子扩散长度、电荷迁移率与吸收系数等方面具有卓越的表现,同时制造成本低廉,成为光伏领域的主要研究材料。本文将微纳光学表征技术与金刚石对顶砧技术结合,系统地研究了压力依赖的CsPbBr3单晶微米片光致发光（PL）光谱、PL寿命光谱、吸收光谱以及光学图片,揭示了其内部应力、光学性质与晶体结构随压力的演化过程。本文主要做了如下工作:（1）利用化学气相沉积法,通过控制石英管式炉内部的压力、反应温度、气体流速等参数制备出了几何形状均一,棱角锐利的CsPbBr3单晶微米片。（2）利用光致发光（PL）光谱和吸收光谱随压力的变化,确定了CsPbBr3单晶微米片的相变过程,在0.76 GPa附近发生了立方相的等结构相变,然后在1.92 GPa之后完全非晶化。（3）利用吸收光谱计算出电子带隙随压力变化的规律,通过吸收边的斜率表征出样品的应力随压力的变化过程。（4）利用吸收边斜率和PL寿命随压力的变化,确定了在0-0.76 GPa是由于压力导致样品的应力减小,使缺陷能级浅化从而导致激子复合变强,PL强度增加。总之,我们利用高压原位光谱测试系统对CsPbBr3单晶微米片压力依赖的光致发光性质进行了系统地研究,揭示了CsPbBr3单晶微米片中应力影响其光学性质的变化规律。这些结果为基于金属卤化物钙钛矿制造的光电器件结构优化和性能提升提供了新的理解。

关键词： 复合材料   单搭胶接   应力分析   夹杂层   渐进损伤  

摘要： 复合材料以高比强度、高比模量和可设计性等突出特点在航空航天领域中被广泛应用。胶接技术以维持复合材料完整性、减轻结构重量等优点,在选择复合材料连接方式上的优先级越来越高。因此研究复合材料胶接结构强度、破坏机理和破坏过程对保障飞机可靠性和安全性方面至关重要。本文通过理论分析和数值模拟研究分析了复合材料单搭胶接结构和含夹杂层胶接结构的应力分布状态和损伤过程,然后进行复合材料夹杂胶接试验以验证数值模型的有效性和适用性。重点研究了胶层厚度、夹杂层厚度、夹杂层材料和搭接长度等接头几何参数对单搭胶接接头强度的影响,并对胶接接头的渐进损伤过程进行可视化模拟。 基于弹性力学分析法建立复合材料单搭胶接结构应力分析理论模型,并拓展出胶层内嵌夹杂层的复合材料单搭夹杂胶接结构应力分析理论模型。基于三维Hashin复合材料失效准则、材料刚度退化模型和内聚区模型,在Abaqus软件环境中,通过自定义材料子程序的方式建立复合材料单搭胶接和夹杂胶接渐进损伤分析模型。通过该模型可获得胶接结构和夹杂胶接结构在单轴拉伸载荷下由胶层厚度、夹杂层厚度和夹杂层材料所影响的应力分布状态和搭接剪切强度变化规律,以及复合材料胶接结构的损伤变化过程。结果表明,胶接接头强度随胶层厚度的增大而减小,胶层剪切应力和剥离应力峰值均出现在胶接接头重叠区端部。夹杂层对胶层边缘应力峰值影响较大。夹杂层可降低胶接结构胶层边缘峰值应力,使胶接接头极限拉伸载荷随夹杂层厚度的增而增大。此外,当夹层材料弹性模量大于胶黏剂时,接头极限载荷要大于纯胶接结构。 通过复合材料夹杂胶接实验研究了搭接长度对接头的影响。结果表明,接头承载能力随搭接长度的增加而增加,夹杂胶接接头的主要失效形式是复合材料层压板的分层和表层层内失效。通过复合材料夹杂胶接有限元模型对更大搭接长度下的接头强度和损伤行为作出预测。研究得出当搭接长度超过一定值时,搭接接头拉伸载荷基本不再增加,同时接头的主要破坏形式会转变为复合材料层压板断裂。

关键词： 锂硫电池   铋基化合物   硫正极材料   电化学性能   应力  

摘要： 在能源危机的驱使下,电动汽车以及大型储能装置的快速发展需要新一代二次电池来实现,锂硫电池因具有高能量密度,被认为是储能器件的潜在候选材料,且单质硫具有储备充足、成本低和无毒等优点,有助于锂硫电池更具有商业竞争力。然而,电导率低、穿梭效应、体积膨胀和锂枝晶等问题的存在成为锂硫电池商业化进程中的阻碍,其中最为严重的是穿梭效应。因此,限制锂硫电池的穿梭效应是研究的热点。此外,对锂硫电池在机械载荷下的力学性能和电化学性能也将提出更高的要求。为解决上述问题,本文设计制备了铋基复合正极材料,研究了Bi2S3和Bi2O3对锂硫电池电化学性能的作用。在此基础上又研究了电池对应力的敏感性,对锂硫电池结构的优化提出策略。（1）通过醇热法和熔融扩散法制备了硫@钴/氮-碳纳米管@硫化铋（S@Co/N-CNTs@Bi2S3）和硫@钴/氮-碳纳米管@氧化铋（S@Co/N-CNTs@Bi2O3）复合正极,与硫@钴/氮-碳纳米管（S@Co/N-CNTs）和硫@碳纳米管（S@CNTs）正极相比,铋基复合正极展示出显著的电化学性能。在1.0 C下900次循环中,S@Co/N-CNTs@Bi2S3和S@Co/N-CNTs@Bi2O3复合正极每周容量衰减率分别为0.038%和0.056%,表明其循环稳定性能良好,这可归因于氧化铋（Bi2O3）和硫化铋（Bi2S3）对多硫化物的强吸附,抑制了它们的溶解和扩散。（2）探索铋基锂硫扣式电池在不同应力下的力学、热学、电化学特性,对锂硫扣式电池进行平面压缩实验和局部压缩实验,采集实验过程中的实时温度和电压,测试不同工况后电池的电化学性能,研究不同应力下电池容量、库伦效率和循环寿命的变化情况,并结合力-变形响应、电压和温度的关系分析电池在不同应力下的电化学衰减。结果表明:电池在平面压缩10%、30%和50%后的初始放电比容量分别为928.6、816.8和777.6 m Ah/g,而局部压缩10%、30%和50%后电池的初始放电比容量分别为869.6、660.2和467.2 m Ah/g,两种压缩下的电池容量均有不同程度的降低,压缩越大,降低的程度也越大,对电池内部结构的损坏也越大;而且,局部压缩会比平面压缩产生更显著的影响。（3）根据（2）的结论数据对电池结构进行优化策略研究,思路是将刚度可调的负泊松比超结构和超材料以及智能仿生结构应用在锂硫电池中,对开发高导电抗冲击型电池保护壳提供参考。

关键词： 拱形连续梁   合龙   应力   施工技术  

摘要： 桥梁的合龙工序作为桥梁在设计及施工中的重要环节，不同的合龙工序对桥梁结构的受力、成桥线形及施工控制都有很大的影响。对拱形连续梁在不同合龙工序的情况下，对主梁结构的受力、位移等的影响进行阐述，以期为本类桥梁合龙方案的选择提供一些借鉴。

关键词： 选区激光熔化(SLM)   IN738合金   数值模拟   温度场   应力场  

摘要： 选区激光熔化(Selective Laser Melting,SLM)是一种利用金属粉末材料直接从数字模型中成形复杂零件的增材制造技术,具有生产周期短、材料利用率高、结构设计自由度大等优点,该技术为传统棘手金属零部件的制造提供了新的途径,在航空航天领域具有广阔的潜力和应用前景。但选区激光熔化成形过程中极大的温度梯度和熔池凝固过程中急剧的收缩会导致零件中存在很大的残余应力,进而在组织中产生许多微裂纹,对部件的可靠性和装配带来诸多难点,此外,由于成形过程中的微观现象无法通过现有的检测手段进行准确表征,因此,其显微组织的控制、内部缺陷的形成以及成形件变形开裂等方面的深入研究变得十分困难。有限元数值模拟方法能够更为全面地揭示加工过程中复杂的温度场及应力场变化,该方法已经在选区激光熔化成形过程模拟中有较多的应用,有效地减小了工艺参数优化成本。为此,本文以选区激光熔化成形IN738LC镍基高温合金过程中熔池内温度场和应力场为研究对象,应用有限元模拟软件ANSYS中的APDL命令化程序语言和生死单元技术,建立三维瞬态有限元模型,研究选区激光熔化过程中工艺参数对熔池温度场、应力场,单熔道成形形貌及熔池尺寸产生的影响,并通过选区激光熔化成形实验验证模拟结果。有限元建模过程中考虑了激光与粉床之间的相互作用、粉末材料物相转变产生的热物理性能变化、熔池表面张力梯度引起的马兰戈尼效应、粉末材料在激光能量作用下产生的熔化、蒸发和凝固等现象。探讨了扫描速度、激光功率与温度场和应力场之间的关系。通过对比不同工艺参数下温度分布的特征发现:扫描速度和激光功率对熔池尺寸和瞬时最高温度影响较大。采用间接耦合法将温度场模拟数据加载到应力场上,分析某一时刻热应力的演化过程及不同工艺参数对残余应力分布的影响。结果表明:在激光热源中心附近,温度梯度相对较大,快速达到最高温度,此时合金粉末受热熔化,该区域受到周围未熔化低温粉末的约束,从而产生压应力,同时高温区域也会对低温区域施加一个相应的拉应力;工件表面残余应力为拉应力,且应力值随着激光功率增大而增大,随着扫描速度的增加,表面残余应力先增大后减小。通过观察不同工艺参数下单熔道成形形态及熔池尺寸,发现增大激光功率和减小扫描速度均使激光输入能量增加,熔池内温度升高,粉末熔融量增加,熔池深度和宽度变大,单熔道成形形态良好;通过X射线衍射法对选区激光熔化成形件的表面残余应力进行测量并与模拟结果对比发现,两者在数值上存在一定的偏差,但在允许的误差范围内。另外,残余应力的存在使工件表面发生宏观失效(开裂等),工件表面的致密度下降,影响其力学性能。本次研究中有限元模型的建立与实验校核过程吻合较好,为进一步探索选区激光熔化成形IN738LC合金材料最优工艺参数奠定了基础。

关键词： 二维宽带隙半导体   异质结   应力   光生电流效应   紫外光电探测  

摘要： 基于二维半导体材料的光电探测器具有高响应率、超快的响应速度及低暗电流等优异的光电性能,吸引了广泛的研究兴趣,但是目前还无法做到一款光电探测器同时具备多项优异性能,因此有待引入新的光电探测机理解决这一问题。本论文采用非平衡格林函数方法结合第一性原理计算,研究二维宽带隙半导体材料单层MgCl2与单层ZnBr2所构成的MgCl2/ZnBr2垂直异质结及面内异质结的光生电流效应（Photogalvanic effect）,为高性能紫外探测提供理论参考。主要研究内容及结果如下:首先,研究了二维MgCl2/ZnBr2垂直异质结的光生电流效应。二维单层MgCl2、ZnBr2的带隙分别为6.0 eV和3.55 eV,它们构成的AA堆叠垂直异质结的带隙为3.47 eV,对应紫外波段。这种异质结属于非空间反演的C3v点群,故在线偏光的照射下可激发光生电流效应,无需外电场或内建电场即可得到恒定的光电流。我们研究了沿扶手椅（armchair）方向零偏压下线偏光照射时的光电流。光子能量范围为3.8～6.0 eV。研究发现,光电流的大小随线偏振光的偏振角度θ呈余弦变化规律,正比于cos（2θ）。进一步考虑了应力对光电流的影响规律。研究发现,当给异质结施加均匀拉伸应力时（5%拉伸度）,光电流随偏振角的变化规律依然为cos（2θ）形式,且光电流大小没有明显变化;当施加非均匀应力时,即部分拉伸（5%拉伸度）、梯度拉伸（3%～5%）、梯度压缩（3%～5%）,光电流均显著增大,在某些光子能量下可提高3个数量级,但仍保持余弦变化规律。分析表明,这是由于非均匀应力极大的降低了器件的对称性,导致光电流显著增强。我们还考虑了门电压对光电流输运性质的影响,发现门电压可明显提升光电流的偏振敏感度,消光比最大可达约10～3,但光电流大小无显著变化。其次,研究了二维MgCl2-ZnBr2面内异质结的光生电流效应。该面内异质结具有Cs对称性。我们计算了零偏压下线偏光照射时的光电流,光子能量范围为5.5～7.0 eV。研究表明,光电流随偏振角呈现cos（2θ）函数的变化规律,相比于垂直异质结,在相同光子能量下光电流最大能增加约200倍,但光电流的消光比有所下降,最大约为2.8。光电流增加的原因主要是因为面内异质结的对称性相比于垂直异质结明显降低。本论文的研究结果表明,非均匀应力可显著增强光生电流效应,面内异质结比垂直异质结有更大的光电流,门电压可以显著提升光电流偏振敏感度。由光生电流效应驱动的二维宽带隙半导体MgCl2/ZnBr2异质结的光电探测器可同时具备自供能、高偏振敏感、宽频域及日盲的紫外光电探测。研究结果可为设计相关二维高性能紫外探测器提供理论参考。

关键词： 非龋性颈部缺损   修复方式   静动态加载   应力分析  

摘要： 目的建立右下颌第二前磨牙三维有限元模型,在此模型的基础上分别模拟缺损程度为中度和重度两种病变程度的牙体颈部缺损,并运用不同方式修复,比较在静动态载荷下各模型组修复前和修复后剩余牙体组织及修复体的应力变化规律及应变分布情况,以期为临床修复非龋性颈部缺损提供力学依据。材料与方法1.构建下颌第二前磨牙有限元模型,CBCT机扫描获取患者牙齿影像数据,获取的CT影像导入Mimics 17.0中,以右侧下颌第二前磨牙为研究对象,建立包含牙釉质、牙本质和牙髓腔等各部分的实体模型,Geomagic Studio 2013精细修整模型使其光滑平整。而后将其导入Unigraphics NX 10.0软件中加工处理。2.建立下颌第二前磨牙中度颈部缺损(缺损深度=1 mm)的有限元模型,数据参数为碟形,深度1 mm、病变轴向高度7.5 mm、洞缘角度120°。以缺损模型为对照组,而后利用IPS ***(A组)、Celtra Duo(B组)、树脂块(C组)、Lava Ultimate(D组)和Filtek Supreme XT(E组)五种材料修复缺损获得5个实验组,以待进一步分析。3.建立下颌第二前磨牙重度颈部缺损(缺损深度=2.5 mm)的有限元模型,并对其进行桩核冠修复。建立纯钛金属桩、纤维桩、全冠等结构的三维有限元模型,其中桩道直径设置为根径的1/3左右,根尖的牙胶尖封闭长度保留4 mm。全冠预备体的聚合度为5°,(?)面全瓷冠厚度为2 mm,直角肩台宽度约为1 mm。全瓷冠颊侧边缘位于缺损下界,肩台宽约0.5 mm。以重度颈部缺损行根管治疗后未做任何处理的模型为对照组,而实验组则是按照根管治疗后修复方法的不同所建立,分别为:单纯树脂充填(A组)、桩修复后树脂充填(B组)、树脂充填后全瓷冠修复(C组)、树脂充填后桩冠修复(D组),最后根据桩材料的不同将B、D两组分为纤维桩(B1组、D1组)和纯钛桩(B2组、D2组)。4.模拟临床正常咬合情况,在建立的下颌第二前磨牙中重度颈部缺损模型及不同方式修复后的模型上进行静动态加载,利用ANSYS软件绘制出各种载荷下牙体组织的等效应力云图,同时计算分析对照组及实验组剩余牙体组织及修复材料的Von Mises应力峰值和最大主应力,以及力学加载后的颊尖位移值。结果1.不同材料修复中度颈部缺损前后,对同一模型组而言,静态加载时各模型组剩余牙体组织应力峰值从大到小均为舌向颊45°>颊向舌45°>垂直加载;动态分析阶段,各模型组应力值从大到小为第Ⅳ阶段>第Ⅲ阶段>第Ⅱ阶段。不同方式修复重度颈部缺损前后,对同一模型组而言,静态加载时各模型组剩余牙体组织应力值从大到小为颊向舌45°>舌向颊45°>垂直加载;动态分析阶段,各模型组应力值从大到小为第Ⅲ阶段>第Ⅳ阶段>第Ⅱ阶段。2.不同材料修复中度颈部缺损后,静动态加载时不同加载阶段,各实验组牙体及修复材料的剩余牙体组织Von Mises应力峰值及最大主应力均较对照组低,但各组间数值接近;各实验组应力变化趋势相同,均为A>B>C>D>E。3.不同方式修复重度颈部缺损后,静动态加载时不同加载阶段,各实验组剩余牙体组织Von Mises应力峰值及最大主应力均较对照组显著降低;其中全冠及桩冠修复组应力值远小于其余组。不同桩修复组中,纤维桩组应力值较小,等效应力云图显示应力分布更加均匀;但其位移值较纯钛桩组大。结论1.当加载方式不同时,各模型组在非轴向力,即斜向加载条件下各项应力值结果最高,说明其对颈部应力集中的影响最大。因此临床修复时应注意去除咬合干扰,避免颈部应力集中。2.不同材料修复中度颈部缺损时,与牙体组织弹性模量相接近或更低的材料在受力时能获得更类似于健全牙齿的应变规律,不会产生较大的变形差异,可减少牙体及材料本身折裂的风险。3.不同材料修复重度颈部缺损后,静动态载荷下,各实验组剩余牙体组织Von Mises峰值和最大主应力均较对照组降低,其中全冠修复组和桩冠修复组应力值下降显著,且两者之间的结果相差很小。因此,对于重度颈部缺损,根管治疗后应行全冠修复;若根管内需置桩,纤维桩应为首选。

关键词： 松辽盆地北部   青山口组   应力场   裂缝预测   有利区  

摘要： 近年来,页岩油地质评价与勘探开发技术取得重要进展,页岩油已经是油气勘探开发的又一新领域。松辽盆地上白垩统青山口组是典型的低孔、低渗岩层,发育高台子油层储层,页岩油资源丰富,裂缝是青山口组泥页岩油气主要的渗流通道和重要的储集空间。本文旨在利用数值模拟结果对青山口组裂缝分布进行预测,为研究区进一步油气勘探提供依据。通过对松辽盆地北部青山口组基础地质调查及岩心资料的收集分析,探讨了裂缝的发育特征、类型,并利用测井资料识别了研究区的裂缝发育情况。采用有限元数值模拟方法结合岩石破裂准则预测了研究区裂缝发育有利区。在岩石破裂有利区预测的基础上,利用青山口组有机碳含量与有机质成熟度分布图,对研究区的油气勘探有利区进行了预测,研究成果对松辽盆地北部青山口组页岩油储层的裂缝研究与页岩油气勘探具有重要意义。主要认识如下:(1)松辽盆地北部青山口组裂缝以高角度裂缝为主,所占比例达到77%,低角度裂缝不发育。(2)青山口组泥页岩以构造裂缝为主,同时发育少量的沉积成岩缝,裂缝优势方位以NWW向和NEE向为主,NNW向和NE向次之。泥页岩裂缝的有效性主要由构造作用和成岩作用控制,松辽盆地青山口组泥页岩裂缝主要为构造成因。(3)古近纪末和现今应力场对青山口组裂缝发育控制作用显著。(4)根据应力场模拟结果结合岩石破裂准则,划分出了1个Ⅰ级破裂区,3个Ⅱ级破裂区。综合青山口组有机碳含量与有机质成熟度分布图,在破裂率发育有利区预测的基础上,划分出1个一类油气勘探有利区及4个二类油气勘探有利区。