动态冲击兔脊柱单椎体:不同冲击速率、网格数量及材料属性变化对椎体应力分布的有限元分析

背景:车祸和高空坠落时有发生,其中大部分造成严重的脊柱损伤,因此研究脊柱在冲击载荷作用下的损伤特性至关重要,也为脊柱的损伤防护和修复提供生物力学依据。目的:通过有限元方法分析兔脊柱单椎体受到冲击载荷时的损伤特性及规律,分析不同冲击速率、网格数量及材料属性变化对椎体应力分布的影响。为单椎体的动态冲击实验及脊柱节段实验和模拟分析提供依据。方法:利用Mimics、HyperMesh 和Abaqus 建立兔单椎体T12 的有限元模型,首先进行网格的敏感性分析,选择合适的网格数量,然后在不同冲击速率下对椎体进行竖直方向的冲击有限元分析和模拟,并通过调节材料属性数值可模拟骨质疏松患者的椎体在受到冲击载荷下的应力分布,最后通过兔单椎体的冲击实验对模型进行验证。结果与结论:①通过敏感性分析发现当网格数量为74 224 时,有限元分析的结果比其他网格数量下的分析结果要合理,因此实验以网格数量为74 224 的前提下进行分析;椎骨材料跟大多数脆性材料一样,当受到垂直载荷作用时可发生45°角的破坏形式,并且最大应力值主要集中在椎体两端,应力传递方向与骨小梁的走向趋势一致;②结果表明,通过敏感性分析选取合适的网格数量,使有限元分析结果更加可靠;通过实验验证了该有限元模型的可靠性,有限元分析结果可在一定程度上反映椎体在不同冲击速率下和骨质疏松椎体在受到冲击下的真实情况;有限元分析方法是一种比较经济、参数易于调节和控制、适用性较强的研究方法。

兔单椎体压缩性骨折的应力-应变关系

背景:脊柱是人体的中轴,结构复杂且功能多样。脊柱损伤,不但对感觉、运动系统等产生影响,甚至可能造成终生残疾或危及生命。目的:通过单轴压缩破坏实验,分析兔椎体的生物力学特性及压缩载荷下的应力-应变关系,探讨兔龄、椎体类型等因素对椎体极限载荷、应力、应变等的影响,为临床上人脊柱压缩性骨折的预测和防护提供生物力学参考。方法:通过材料性能试验机进行椎体轴向和侧向压缩实验,在椎体腹侧中部粘贴应变计,记录试验机的载荷以及应变计的应变等数据;通过对兔脊柱进行CT扫描,获得椎体的横截面积。结果与结论:(1)兔龄对极限载荷的影响较显著,且随着兔龄增加,多数同名椎体可承受的极限载荷也相应增加;(2)脊柱生理弯曲转折位置的椎体易发生骨折或破坏;(3)此文的研究结果也可用于兔椎体压缩有限元分析的模型验证。

兔脊柱节段压缩的生物力学研究

目的通过进行动物脊柱的轴向压缩实验,探究脊柱损伤的病理机制,为脊柱损伤的治疗、预防和研究提供参考。方法通过轴向压缩实验对兔脊柱节段进行生物力学研究,同时利用数字图像相关(digital image correlation,DIC)技术记录压缩过程并进行应变分析。结果沿脊柱从上向下,节段的极限载荷和承载能力均不断增加;相对应的单椎体的平均极限载荷明显大于节段;椎间盘在水平和竖直方向的应变明显大于上下椎体。结论在脊柱承受压应力的过程中,应重点考虑椎间盘的承载能力,脊柱节段的损伤主要表现为椎间盘异常。研究结果有助于脊柱压缩性骨折的预防和治疗,以及相关治疗器械和辅助器械的设计。

浅析山西高速公路的路域经济发展措施与路径

文章通过分析山西省现状,尤其是对高速公路收费稽核专项提升在路域经济发展中的措施进行了详细的分析,阐述了山西高速公路路域经济的具体发展路径,包括加强路域环境整治、加强路况安全整治、加强公路路产维护等,以期为路域经济一体化提供借鉴。