不同内固定系统治疗股骨转子间骨折的力学稳定性

背景:股骨转子间骨折的骨折类型和固定方式多样,各固定系统间的力学稳定性相差较大。使用有限元分析方法对各固定系统开展生物力学研究具有科学的临床意义。目的:通过有限元方法对比分析多种内固定应用于股骨A031-A2.1型转子间骨折的力学稳定性。方法:在已验证有效性的股骨有限元模型基础上,对模型进行必要的切割,造模成股骨A031-A2.1型转子间骨折,模拟临床手术方法置入不同的内固定系统,分别建立股骨近端防旋髓内钉、动力髋螺钉、经皮加压钢板和股骨近端锁定钢板固定模型。约束4组模型股骨远端下所有节点,在股骨头上施加700,1400和2100N的压缩载荷,通过计算分析,观察各组模型的等效应力分布和压缩刚度,比较各组模型之间的力学稳定性。结果与结论:①通过计算分析,对比各组模型的变形量计算压缩刚度后,在各级载荷作用下,各组模型上压缩刚度呈现的趋势:生理组>股骨近端防旋髓内钉组>股骨近端锁定钢板组>经皮加压钢板组>动力髋螺钉组;完整的生理组模型的压缩刚度明显高于所有的手术组模型;②观察应力指标,因存在应力遮挡效应,致使各固定组的应力峰值均高于生理组,最大峰值均集中分布于各内固定上;其中股骨近端防旋髓内钉固定组应力峰值最小,动力髋螺钉固定组应力最高,应力分布趋势呈现:生理组<股骨近端防旋髓内钉固定组<经皮加压钢板固定组<股骨近端锁定钢板固定组<动力髋螺钉固定组;③分布于骨质模型的应力,因内固定置入位置不同呈现不同的分布结果;④提示对于股骨转子间骨折,各种内固定均能起到有效的固定,结合有限元分析结果得出股骨近端防旋髓内钉组是较好的一种内固定选择,呈现变形量小、应力峰值低,应力分布均匀的特性;经皮加压钢板组和股骨近端锁定钢板组的力学效果优良,固定效果接近股骨近端防旋髓内钉固定;动力髋螺钉固定效果欠佳,同比于其他内固定,其力学稳定性较差。

股骨转子间骨折内固定失效后的全髋关节置换:隐性失血的模型预测

背景:股骨转子间骨折在老年人和骨质疏松患者中尤为多见,治疗常需内固定手术来稳定骨折并促愈合。但内固定手术偶可失效,引发骨折不愈合、畸形愈合或再骨折等严重问题。目的:探讨股骨转子间骨折内固定后失效行人工全髋关节置换的效果及术后隐性失血的影响因素。方法:收集2019年5月至2022年9月于阳泉市第一人民医院治疗且随访资料完整的股骨转子间骨折内固定失效患者86例,采用人工全髋关节置换治疗,记录患者相关临床指标,对患者手术前后的Harris评分、疼痛目测类比评分以及SF-36评分进行对比分析。对全髋关节置换后隐性失血的影响因素进行单变量和多变量Logistic回归分析,建立Logistic回归模型和神经网络模型预测隐性失血,通过绘制受试者工作特征曲线对比2种模型的预测效能和准确性。结果与结论:(1)86例股骨转子间骨折患者在内固定失效后,均通过人工全髋关节置换手术成功治疗;(2)与术前相比,患者在术后3,6,12个月的Harris评分、目测类比评分、SF-36评分及患髋主动活动幅度均显著改善(P<0.05);(3)高隐性失血组的年龄、高血压比例、糖尿病比例、骨质疏松比例、手术时间、总失血量、术中失血量、术后引流量及血红蛋白下降量均高于低隐性失血组(P <0.05);低隐性失血组的骨水泥型假体构成比、前方入路构成比及2-3级髋关节间隙高于高隐性失血组(P <0.05);两组在性别比例、体质量指数、慢性支气管炎比例、侧别比例、麻醉方式及髋臼杯直径方面差异无显著性意义(P> 0.05);(4)通过多因素Logistic回归分析,年龄、糖尿病、骨质疏松、假体类型、手术入路、髋关节间隙、总出血量、术中出血量、术后引流量及血红蛋白下降量是全髋关节置换后高隐性失血的危险因素(P <0.05);(5)将影响因素纳入到Logistic回归模型和神经网络模型预测隐性失血,绘制2个模型受试者工作特征曲线的曲线下面积分别为0.882和0.923,灵敏度分别为0.879和0.886,特异度分别为0.854和0.908,约登指数分别为0.733和0.794,准确性分别为0.867和0.897;2个模型的曲线下面积、约登指数和准确性均为神经网络模型更高;(6)提示全髋关节置换在治疗股骨转子间骨折内固定术后失效方面具有显著的临床效果,髋关节活动度恢复较好;年龄、糖尿病、骨质疏松、假体类型、手术入路、髋关节间隙、总出血量、术中出血量、术后引流量及血红蛋白下降量是人工全髋关节置换后高隐性失血风险的重要因素,基于危险因素构建的Logistic回归模型和神经网络模型对隐性失血的预测结果相差不大,神经网络模型更优。

小转子重建人工股骨头置换治疗高龄Evans-Ⅲ型股骨转子间骨折

背景:人工股骨头置换是治疗高龄不稳定性股骨转子间骨折的有效方法,但是对于Evans-Ⅲ型股骨转子间骨折,人工股骨头置换术中同期行小转子重建与否对治疗效果的影响未见报道。目的:分析小转子重建对高龄Evans-Ⅲ型股骨转子间骨折患者长柄人工股骨头置换治疗效果的影响。方法:回顾性分析西安交通大学第二附属医院骨关节外科2017年6月至2021年5月因Evans-Ⅲ型股骨转子间骨折行双极长柄人工股骨头置换的45例高龄患者的病历资料,根据术中小转子是否重建(复位并固定)分为2组,小转子重建组25例,小转子非重建组20例。比较两组患者的手术时间、出血量、下床时间、住院时间、术后3,6个月的Harris评分以及随访期内的并发症发生情况。结果与结论:①小转子重建组需要的手术时间(99.72±13.41)min较非重建组(88.90±16.53)min更长(t=2.369,P=0.023),二者在出血量、下床时间和住院时间方面差异无显著性意义(P>0.05);②术后3个月时,重建组的Harris评分(69.06±5.64)分高于非重建组(63.35±5.93)分(t=2.982,P=0.005);术后6个月时,重建组的Harris评分(86.67±4.49)分也高于非重建组(82.34±5.68)分(t=2.782,P=0.009);③此外重建组和非重建组在随访期内的并发症发生率未见显著差异(χ2=0.008,P=0.927);④提示对于高龄Evans-Ⅲ型股骨转子间骨折患者,在人工股骨头置换过程中行小转子重建虽然延长了手术时间,但是明显改善了患者术后早期的髋关节功能,初步说明小转子重建在高龄Evans-Ⅲ型转子间骨折人工股骨头置换过程中的重要性。

电动汽车用新型模块化聚磁转子永磁电机设计及其对比分析

将轮辐型内置式转子和Halbach永磁阵列结合,并取消转子铁心加强筋,减小漏磁达到高聚磁同时兼顾凸极比,实现高转矩/功率密度和宽调速范围。在保证永磁体用量相同的情况下,建立新型高凸极比聚磁转子和V型转子两种电机模型,针对两者的分段转子拓扑,开展电磁性能对比分析,包括气隙磁密、凸极比、功率以及弱磁扩速能力等。同时,考虑到无转子铁心加强筋会导致转子分段存在结构强度问题,仿真验证新型高凸极比聚磁转子结构在最高转速6000 r/min时给予碳纤维护套保护下转子结构强度的可靠性;分析温度限制下新型高凸极比转子电机的功率输出。另外,对比两种不同电机结构的振动噪声情况。最后,研制一台16极/72槽新型高凸极比转子永磁电机样机,实验验证有限元分析结果的准确性。进一步说明了新型高凸极比转子永磁电机在转矩/功率密度和宽调速运行等方面的性能优势。

动力髋结合转子稳定钢板与Gamma钉内固定治疗股骨转子间骨折的比较

背景:股骨转子间骨折患者在早期积极有效的内固定治疗可以获得良好的疗效。目的:探讨动力髋螺钉+转子稳定钢板与Gamma钉置入内固定治疗EvansⅢB型、IV型股骨转子间骨折的比较。方法:选取上海交通大学医学院附属新华医院崇明分院2009年2月至2012年11月收治的67例EvansⅢB型、IV型股骨转子间骨折患者,其中动力髋螺钉+转子稳定钢板治疗28例,Gamma钉治疗39例。所有患者治疗后常规使用抗生素和功能锻炼。回顾性分析两组患者治疗时间、治疗中出血量、骨折愈合时间以及Harris髋关节功能评分。结果与结论:所有患者随访6-45个月,平均随访21个月。①动力髋螺钉+转子稳定钢板组出现感染1例,经换药半年后拔除内固定治愈,Gamma钉1例肥胖患者治疗后3周下床活动时再次受伤,出现远端锁钉处骨折,经更换长Gamma钉后愈合,Gamma钉组有4例患者因大转子固定欠稳定,卧床时间超过6周出现重症肺炎,经转内科治疗后治愈。②动力髋螺钉+转子稳定钢板组治疗后出现髋内翻畸形2例,Gamma钉组3例,所有患者骨折均愈合。③动力髋螺钉+转子稳定钢板组较Gamma钉组治疗时间更长,治疗中出血量明显增多(P<0.05),骨折愈合时间及Harris髋关节功能评分,两组比较差异无显著性意义(P>0.05)。动力髋螺钉+转子稳定钢板和Gamma钉均是治疗EvansⅢB型、IV型股骨转子间骨折的有效方法,选择合适的内固定物要根据骨折的稳定性、骨折愈合状况、骨质疏松程度等综合分析。

双转子发动机转子-机匣碰摩振动特征研究

双转子发动机发生转静碰摩时,会出现高低压转子组合频率(频率和、频率差),但无法区分高、低压转子碰摩。采用简化的动力学模型,讨论双转子发动机转子与机匣碰摩的情况,认为碰摩力往往是一个旋转的力,并对碰摩的三种形式进行了理论分析和数值仿真。发现高压转子发生碰摩时,会出现高压转子的整数倍频NΩH及组合频率NΩH±ΩL的频率成分;低压转子碰摩时,则会出现低压转子的整数倍频NΩL及组合频率NΩL±ΩH的频率成分。组合频率成分在转子上反映并不显著,在机匣的振动响应中则会很突出。开展了双转子碰摩实验研究,实验结果和发动机实测结果均验证了上述结果的正确性。

倾斜偏心对同步发电机转子力学特性的影响

气隙偏心是一种常见的发电机机械故障。已有研究主要关注正常和轴向气隙均匀偏心对转子受载和振动特性的影响,较少关注轴向气隙非均匀偏心,即转子倾斜偏心。作为补充,全面分析转子倾斜偏心状态下故障程度差异对同步发电机转子力学特性的影响。其中,转子力学特性包括转子不平衡磁拉力激励特性和振动特性。以一台5kVA的两极故障模拟发电机为研究对象,分别进行理论分析、有限元仿真计算和实验验证。结果表明:正常情况下转子不平衡磁拉力为零,转子振动频率以常规基频和定子传递的各偶次谐波为主。在转子发生倾斜偏心故障后,转子不平衡磁拉力/振动以二次谐波为主。随着偏心程度增加,转子不平衡磁拉力/振动的二次谐波幅值将增大。此外,转子不平衡磁拉力沿轴向非均匀分布,在气隙越小的位置不平衡磁拉力越大。

供电电压闪变对异步电动机转子故障在线检测的影响及应对

供电电压闪变可能对异步电动机转子故障在线检测产生不利影响,导致基于定子电流信号分析(motor current signature analysis,MCSA)的转子故障在线检测方法失效。通过理论分析,揭示供电电压闪变恶化转子故障在线检测性能的机制。提出免于供电电压闪变影响的异步电动机转子故障在线检测方法,首先,根据转子故障主特征频率分量预判转子健康或故障;继而,根据转子故障独有的辅助特征频率分量进一步确认转子健康或故障。仿真与实验结果证明了该方法的有效性。

螺杆机用并轴双转子永磁电机齿槽力矩机理分析与抑制

针对并轴双转子永磁电机过大的齿槽力矩以及转矩脉动大等电磁问题,采用传统单个槽齿槽转矩理论以及双转子电机边端力矩波动理论进行分析,计算了并轴双转子电机齿槽力矩的特殊组成成分以及其各部分转矩的谐波阶次。分析改变磁极偏心距和转子斜极对电机齿槽力矩和转矩特性的影响。采用响应面法构建电机的多目标优化模型,通过改变永磁体偏心距和斜极块数来约束电机的优化变量,并采取约束关系以及优化目标求解出最优转子结构参数。构建有限元模型,验证齿槽力矩理论的正确性。对比采用最优转子结构参数下电机的电磁性能与优化前电机的电磁性能,优化后电机的齿槽力矩、转矩脉动等电磁性能进一步提升,验证了采用磁极偏心和转子斜极复合结构的有效性。

不同转子结构无刷双馈电动机的仿真研究

阐述了无刷双馈电动机的工作原理和不同转子结构特点,采用Ansoft软件对磁障、笼型、凸极、凸极加导条4种不同转子结构的无刷双馈电动机进行了建模仿真,通过二维瞬态电磁场有限元计算出了不同转子结构无刷双馈电动机的磁力线分布及气隙磁场谐波的频谱图,揭示了不同转子结构对无刷双馈电动机磁场调制效果的影响,得出磁障转子无刷双馈电动机对磁场的调制效果最好、笼型转子无刷双馈电动机对磁场的调制效果最差的结论,为深入研究无刷双馈电动机转子结构的优化设计奠定了基础。

基于带相移角双输入陷波器的磁悬浮转子转速估计方法

针对磁悬浮转子在主动振动抑制过程中需要获取转子的实时转速信息,而某些情况下存在转速传感器失效或无法安装转速传感器的问题,提出了一种带相移角双输入陷波器的磁悬浮转子转速估计方法。首先,对磁悬浮转子进行了动力学建模,建立了转子广义坐标系和传感器坐标系的变换关系;然后,经过理论推导验证了该算法可以利用转子径向两通道位移输出相互正交的特性,准确估计出转子的转速,并在调整相移角后于整个转速范围内实现了转速估计的目的;此外,为了提高转速估计的准确性,在转速估计中加入了一阶惯性环节;最后,在磁轴承平台上进行了实验验证,尤其是对于磁悬浮转子转速极低的情况进行了验证。研究结果表明:该算法在2400 r/min和3000 r/min转速下的收敛时间分别提升了0.21 s和4.01 s,精度提高了87.4%,当转速发生变化时最快仅需0.15 s即可响应变化,且在极低速时仍可完成对转速的估计;该算法能够实现对转子转速的快速高精度估计。

励磁系统交流侧接地对转子接地保护的影响

励磁系统交流侧接地将引起注入式转子接地保护、乒乓切换式转子接地保护误动作。本文介绍了一起相关案例,并对引起误动的基本原理进行了深入分析和定量计算,总结了励磁系统交流侧接地引起采样数据变化的典型特征,提出了关于缩小转子接地保护定位范围的思考。当转子一点接地保护动作后,应首先根据采样数据的变化,对故障点位于励磁系统交流侧还是直流侧做出初步判断,缩小故障定位范围,为快速查找故障提供决策依据。

基于磁热双向耦合的PMSM转子动态偏心研究

针对外转子永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor,PMSM)在制造、装配及使用过程中负载作用引起的动态偏心的影响,以120槽48级PMSM为研究对象,使用一种考虑温度变化对电机材料属性影响并反馈到电磁分析中进行多次迭代计算的磁热双向耦合分析方法,通过建立PMSM磁热双向耦合模型,基于额定工况对模型进行仿真计算,求解并分析了转子动态偏心对PMSM各部分损耗、温升、电磁性能及径向不平衡磁拉力的影响规律。研究表明,随着偏心率的增加,气隙磁密出现不均匀分布,并产生径向不平衡电磁力,其中径向电磁力密度谐波起主要作用的为低次、奇数谐波;磁密变化造成PMSM损耗和温升增加。通过对比表明,磁热双向耦合与单向磁热耦合相比更接近真实数据,具有更高的分析精度和可靠性。

基于机器视觉的水电厂机械转子自动吊装系统

为帮助水电厂中发电机转子完成精准自动吊装,利用机器视觉方法中的相机标定与二进制编码方法,设计水电厂发电机转子自动吊装系统。硬件分为上机位模块与下机位模块,主控有远程操控、多数据存储、快速通信等功能,可辅助完成高精度、高速度的定位吊装运动。软件部分将设计的标识点固定在发电机转子顶部,通过解码处理检测到多个标识点角点;利用欧拉角函数转换平移旋转矩阵与平移旋转向量,完成相机标定;使用姿态解算得到被吊装的发电机转子和目标位置间距离,通过远程操控和标定实现自动吊装。实验结果表明,所设计系统的视觉误差速度曲线为最佳状态,位姿定位精度较高,可以实现发电机转子的精准吊装。

不确定转子系统动力学降阶模型构建与模型散度参数辨识

在航空、航天、船舶等领域的实际工程转子系统中,广泛存在高维复杂的非线性系统。在航空发动机转子系统、燃气轮机转子系统等重点研究领域,通常还难以对高维复杂非线性系统进行直接的数据处理和分析统计。针对不确定性转子系统的模型维度较高等问题,提出了一种模型不确定性动力学降阶计算模型构建和模型散度参数辨识方法。首先,根据确定性动力学模型和静态矩阵降阶方法,完善了确定性动力学降阶模型;然后,基于随机矩阵理论和非参数动力学建模方法,提出了不确定性动力学降阶模型;最后,利用系统确定性模型的一阶临界转速、振型和实验数据,对不确定性动力学模型的散度参数进行了辨识;为了验证散度参数辨识方法的有效性,笔者又在转子实验平台上进行了实验验证。研究结果表明:实验结果与降阶之后振动响应均值的差异性较小,且与不确定性动力学模型相差不超过10%,表明所采用的理论模型在描述转子系统行为方面具备了较高的准确性和可靠性,该模型可以为深入研究模型不确定性转子系统提供参考。

基于感应电机启动电磁转矩Hilbert-Huang变换的转子断条故障诊断

该文提出了一种感应电机转子故障诊断新方法。当感应电机转子出现断条故障时,转子绕组的不对称将会使电磁转矩谱中引入2sfs(s为转差率,fs为电网频率)谐波分量。利用Hilbert-Huang变换中经验模态分解(EMD)方法对启动电磁转矩信号进行了分解,得到若干本征模态函数(IMF)。通过计算包含故障信息的IMF分量的瞬时频率,可以检测出转子断条故障。同时,根据包含故障信息的IMF的幅值可以进一步判断出转子断条根数。实验结果证明该方法是可行的。

基于发电机转子接地保护的可靠性分析与建议

上海某燃机电厂的发电机转子接地保护配置了两套注入式保护,分别为工频电压注入式及1~3 Hz低频方波注入式。由于两套转子接地保护之间在原理上相互影响,因此在运行中只投运一套(以1~3 Hz低频方波注入式转子接地保护为主),另一套保护备用。近期该厂#4发电机1~3 Hz低频方波注入式转子接地保护出现过两次保护回路故障报警,均由发电机转子接地碳刷接触不良引起。通过对该保护原理及保护回路逻辑的介绍,找出了转子接地保护回路故障的原因,并对发电机转子接地保护的可靠性进行分析,提出了相应的建议与措施。

不同髓内固定方式治疗股骨转子间骨折的临床观察

目的:探讨股骨近端防旋髓内钉(proximal femoral nail antirotation,PFNA)、InterTan髓内钉和股骨近端仿生型髓内钉(proximal femoral bionic intramedullary nail,PFBN)治疗股骨转子间骨折的临床疗效。方法:回顾性分析2020年1月至2021年1月收治的120例接受闭合复位髓内钉内固定术股骨转子间骨折患者的临床资料,根据内固定方式分为3组。PFBN组25例,女16例,男9例,年龄69~79(73.67±5.16)岁;PFNA组55例,女38例,男17例,年龄68~80(74.23±5.57)岁;InterTan组40例,女26例,男14例,年龄68~79(73.45±5.34)岁。比较3组手术时间、术中出血量、切口长度、术后住院时间、负重时间及骨折愈合时间和并发症发生情况,分别于术前和术后1、6、12个月采用髋关节功能Harris评分进行临床疗效评价。结果:3组患者顺利完成手术,术后均随访12个月以上。3组住院时间、手术时间、术中出血量、切口长度比较,差异无统计学意义(P>0.05)。PFBN组、InterTan组负重时间[(7.98±1.34)d、(8.22±0.46)d],早于PFNA组(10.27±0.66)d(P<0.01);PFBN组、InterTan组骨折愈合时间[(10.14±2.33)周、(11.87±2.48)周],优于PFNA组(13.68±2.36)周(P<0.01)。术后1个月,PFBN组、InterTan组Harris评分[(70.52±5.34)分、(69.81±6.17)分],高于PFNA组(51.46±5.36)分(P<0.01),PFBN组和InterTan组比较,差异无统计学意义(P>0.05)。3组术前及术后6、12个月Harris评分比较,差异无统计学意义(P>0.05)。InterTan组、PFNA组并发症发生率低于PFNA组(P<0.05)。结论:PFBN和InterTan髓内钉治疗股骨转子间骨折较传统PFNA具有骨折愈合更快、负重时间更早且术后并发症更少的优势,但3种术式均可达到较高的有效率且远期效果无明显差异。

柔性转子弹性对行波旋转超声电机接触特性的影响

转/定子间动态接触过程决定行波旋转超声电机(TRUM)的输出性能,但是柔性转子弹性在以往界面接触特性研究中常被忽略.本文中基于建立的考虑柔性转子和摩擦层三维弹性的转-定子动力学耦合模型,从接触界面的接触状态、速度、接触应力、摩擦应力驱动和阻碍子区等空间分布角度,研究了柔性转子弹性对TRUM摩擦界面的动态接触行为和摩擦损耗的影响.结果表明:柔性转子在轴向、径向和切向均呈现出一定的振动速度,且在接触界面沿圆周方向与定子各向速度形成一定的相位关系,显著影响界面动态接触特性、摩擦特性和摩擦损耗;柔性转子与定子轴向位移分布的相位一致性表明,定子与摩擦层的接触界面具有类齿轮啮合机制;与以往中间驱动两端阻碍的分布结果不同,考虑转/定子动力学耦合的接触区摩擦应力分布为一端驱动和一端阻碍的新机制.计算结果表明在建模过程中忽略柔性转子弹性得到的界面摩擦损耗要比考虑柔性转子弹性获得的摩擦损耗大得多,主要原因:(1)柔性转子径向刚度小,摩擦力作用下接触区的运动方向与定子相同,从而减小了径向速度差和径向摩擦损耗;(2)柔性转子界面的切向振动特性,改变了接触界面黏-滑子区分布,使得行波远离端的摩擦应力阻碍子区消失,且摩擦层界面切向剪切变形长度增大,从而减小了切向滑动和摩擦损耗.研究结果将有助于更好地理解TRUM中的动态接触特性,并指导摩擦界面的设计.

双并列转子永磁直驱电机转子不平衡力分析与优化

双并列转子永磁直驱电机受轴间距限制,设计时会切掉部分定子铁心和绕组,造成转子电磁力不平衡。为最大限度地抑制转子所受的不平衡电磁力,该文从双并列转子结构出发,分析了电机绕组电感参数不对称的原因,提出通过合理设计线圈跨距和分布平衡三相电感。在此基础上,构建转子所受总电磁力的数学模型,理论分析各个分力的来源及影响因素,研究各个分力对转子所受总电磁力的影响,提出了优化占空角、优化耦合间距、采用定子端部不对称结构、采用转子偏心结构和切除部分单元电机五种优化方法,实现对转子所受电磁力的优化,探讨了不同方法的优化效果,以及其对转矩脉动的影响,总结了不同优化方法的优缺点。