关于ZT6500型煤矿液压支架三维结构模型有限元分析

液压支架是煤矿生产的重要设备,其设计和制造水平直接影响煤矿的安全生产和经济效益。以ZT6500/19.5/34液压支架为研究对象,利用三维建模软件SolidWorks建立了简化液压支架样机及其1∶5模型的三维实体模型,在ANSYS软件中导入三维实体模型,利用ANSYS软件对该型液压支架样机及其1∶5模型进行了基础扭转工况下的强度试验。找到了该型简化液压支架样机及其1∶5模型相应的总位移分布规律和等效应力分布规律,确定了该型简化液压支架样机与其1∶5模型的总位移和等效应力的比例关系。

建立基于浸入边界有限元法的三维静脉瓣流固耦合数值模型

目的 探究静脉内血液与瓣膜之间的流固耦合动态过程和保证血液单向回流的生理机制。方法 基于浸入边界有限元法,结合人体下肢静脉医学图像及牛大隐静脉的解剖结构和尺寸,采用超弹性本构模型描述静脉瓣膜在生理条件下不可压缩、非线性和超弹性力学响应,构建静脉血管和静脉瓣膜的三维数值模型。结果 研究结果可视化地展示静脉动态运输血液的过程以及静脉瓣膜防止反流的功能机制,再现静脉内瓣膜运动和血液流动的周期性特点,讨论和量化了整个心动周期内的重要生理数据,包括静脉内血液的压力、流速和流量以及静脉瓣膜的开口面积、静脉瓣膜表面的应力和应变分布等。结论 三维流固耦合模型可数值再现静脉内生理动态过程,为进一步揭示静脉疾病相关机制提供重要的参考和指导意义。

肱骨远端三维有限元模型的建立及生物力学分析

背景:采用有限元分析法进行骨与关节的生物力学分析得到了广泛应用,但是关于肱骨远端的有限元分析较少,且所建模型粗糙,方法繁琐。目的:建立肱骨远端的三维有限元模型,并模拟不同受力状态下的应力分布及应变特征。方法:通过对正常成年男性肘关节的多排螺旋CT扫描,获得连续断层图片,导入Mimics医学建模软件生成实体模型后,应用大型通用有限元分析软件ANSYS10.0,进行网格划分、材料属性赋值生成有限元模型。约束边界条件,模拟肱骨远端轴向受力,得出肱骨远端有限元模型上的应力分布与应变结果。结果与结论:建立的肱骨远端有限元模型总单元数为6292,总节点数为10232。肱骨远端在轴向载荷状态下的应力集中主要位于内、外侧柱区域。提示建立的有限元模型精确度高,符合肱骨远端的临床特点,较好地模拟了肱骨远端的生物力学特性。

定向井井壁稳定性三维有限元分析模型

对现有的井壁稳定弹性模型的局限性进行了分析,在空间坐标变换基础上,建立了新的定向井井壁稳定分析三维有限元模型,可适用于任意井眼轨迹。计算结果与解析解对比,其误差低于6%,说明所建模型是合理的,为进一步分析弹塑性地层的井眼稳定问题提供了有效工具。

三维有限元分析不同材料不同方法修复离体牙缺损模型的应力分布

背景:如何最大限度地保留根管治疗后的牙体组织,并能够保证修复后的强度是目前的研究热点。目的:使用有限元法分析不同方式修复离体牙缺损模型的应力分布情况。方法:收集北京市海淀医院口腔科因慢性牙周炎无法保留而拔除的上颌第一磨牙12颗,根管治疗后制备离体牙缺损模型,以钴铬合金、纯钛金属、二氧化锆、E.max全瓷为修复材料,每种材料分别进行嵌体、高嵌体、桩核冠3种修复方式。通过MicroCT扫描上颌第一磨牙修复模型,使用图像处理软件Mimics17.0及Geomegic Studio 2013重建牙体及修复体三维数字模型,采用有限元分析软件进行力学模拟,力加载方式设为:8点90°加载、3点90°加载、3点90°加载、3点0°加载。结果与结论:在各载荷条件下,桩冠组修复体边缘、预备体肩台、剩余牙本质颈部及桩核中部出现应力集中区;在各载荷条件下,嵌体组釉质的加载点出现应力集中区,并有将应力沿牙釉质传到至颈部的趋势,嵌体和预备体相对的龈壁和底面及二者移行处也出现应力集中区;在各载荷条件下,高嵌体组高嵌体与牙釉质接触处出现应力集中,预备体龈壁和底面及二者移行处,以及相对应的高嵌体髓腔内部分也出现应力集中的情况,但应力分布更为均匀;结果表明在上颌磨牙大面积缺损的修复方式中,高嵌体具有适用性和优势性。

全腰椎三维有限元模型的构建及仰卧位屈曲模式下椎间盘蠕变的生物力学分析

有限元分析（finite element analysis,FEA）作为生物力学研究方法之一,已经广泛用于腰椎生物力学分析研究。以往的建模多集中在运动节段的模型建立,无法体现腰椎整体运动时各节段相互关系,椎间盘的建立以后期软件制作为主,本研究通过椎体骨及椎间盘不同的CT值来区分和获取腰椎全节段（含椎间盘）数据,建立L1至S1全腰椎三维有限元模型,使得模型工况更接近客观结构。

猫视乳头三维模型重建及有限元分析

背景:青光眼是一种以视野缺失为特征的不可逆性致盲眼疾病,临床研究表明,眼底视乳头组织早在视野缺失前已经发生了变化,而且视乳头中各组织的形态变化已经成为目前青光眼早期诊断以及确定病情发展的关键参考点,因此研究高眼压下视乳头各组织的形态变化具有重要的意义。目的:建立包含筛板、视网膜和脉络膜的视乳头组织三维模型,分析急性高眼压下视乳头各组织的厚度变化。方法:1选择健康家猫,排除屈光介质不清等各种眼疾,利用深度增强的频域相干光断层扫描成像技术获得猫在正常眼压下眼底视乳头组织的断层序列图。2分别获得视网膜、脉络膜和筛板的三维结构模型,并组装视乳头三维模型。利用有限元方法分析不同眼压下视网膜、脉络膜和筛板的厚度变化。3通过前房灌注的方法制造急性高眼压动物模型,利用深度增强的频域相干光断层扫描成像技术获得猫眼在不同眼压下的断层序列图。测量不同眼压下脉络膜、视网膜和筛板的厚度变化,并与有限元计算结果进行比较。结果与结论:随着眼压的逐渐升高,脉络膜、视网膜和筛板呈变薄趋势,视乳头的杯盘比逐渐变大。而关于脉络膜、视网膜和筛板的厚度变化,测量结果与有限元计算的结果趋势程度相一致,因此利用光学相干断层扫描仪获得的断层序列图对眼底各组织进行三维重建来分析高眼压下眼底各组织的形态变化可行,用有限元分析的方法可以对眼底各组织在高眼压下的形态变化进行预测,这对确定青光眼的病程发展有一定的指导意义。

仿生种植牙模型的三维有限元分析与结构优化

目的:研究不同弹性模量和厚度的仿生牙周膜对仿生种植牙模型骨界面应力分布的影响,优化仿生种植牙模型的结构.方法:对仿生种植牙三维有限元模型施加100N的载荷,应用三维有限元方法,分别对6种不同弹性模量和5种不同厚度的仿生牙周膜的仿生种植牙三维有限元模型的骨界面进行应力分析.结果:当仿生牙周膜弹性模量为689MPa、膜厚0.25mm左右时,骨界面上的应力最小且分布均匀.结论:在仿生种植牙模型中,取仿生牙周膜厚为0.25mm、弹性模量为689MPa时,能达到模型的结构优化.

基于三维实体有限元模型的谐波齿轮装配状态应力分析

为准确地反映谐波柔轮的齿廓及齿根的应力状态,提出了基于真实齿廓信息的柔轮三维实体的建模方法.以渐开线齿形为例,利用APDL语言建立包括渐开线齿廓、齿厚和齿根倒圆等参数的实体模型.定义波发生器与柔轮筒内表面间接触,求解获得波发生器作用下的柔轮应力,与基于圆环理论的理论值比较分析;为更真实反映柔轮在装配状态下的应力分布,构建柔轮三维实体模型,求解柔轮应力.通过路径定义,提取与理论计算截面相对应的中截面上的应力,与平面齿圈的有限元结果和理论值比较分析.研究发现:平面齿圈有限元实体模型中,沿周向应力波动均值与理论值基本吻合,验证了文中的有限元实体建模方法的有效性.三维实体模型周向应力比平面齿圈周向应力大,且最大周向应力发生在顶层.

脊柱胸腰段应力分布与骨折相关性的三维有限元分析

目的:观察脊柱胸腰段骨折与椎体骨性结构及韧带间应力分布的相关性,探索脊柱胸腰段椎体骨折的力学机制。方法:招募8名健康男性青年志愿者,行脊柱全长X线片和CT检查排除脊柱畸形、肿瘤及骨病,对脊柱各椎体及股骨行骨密度测定排除骨质疏松。均行自T11椎体上终板至L2椎体下缘CT薄层扫描,将8名志愿者CT图像参数导入ABAQUS 2016软件中进行标准化,并进行有限元网格化构建。应用MIMICS 17.0、GEOMAGICS 15.0和PRO/ENGINEER 5.0软件处理,建立脊柱胸腰段有限元模型,测量模型相关参数,并验证模型有效性。在T11椎体上终板上加载竖直轴向载荷500N、附加扭矩10N·m模拟垂直压缩、前屈、后伸、左右侧屈、左右旋转7种运动状态,使用ABAQUS软件对有限元模型7种运动状态下的应力分布特点及变化规律进行分析,观察应力分布与脊柱胸腰段骨折的相关性。结果:建立的三维有限元模型共有309583个节点和428760个单元,包括4个椎体、3个椎间盘、前纵韧带、后纵韧带、横突间韧带、棘间韧带等结构。7种运动状态下的数据与文献报道的数据无明显偏差,模型有效。T11~L2椎体椎弓根截面积分别为135mm^(2)、154mm^(2)、105mm^(2)、139.2mm^(2)。应力云图结果显示各运动状态下高应力区存在于椎体的松质骨、椎弓根及其周围骨皮质。在垂直压缩状况下,T12椎体所受应力最大(617.4MPa),前屈状态下T11所受应力最大(200.7MPa),后伸、左右侧屈和左右旋转状态下L1椎体所受应力最大(314.2MPa、574.4MPa、626.2MPa、641.3MPa、527.1MPa),且前屈体位时椎体所能承受的应力最小,左旋转时所能承受的应力最大。垂直压缩状况下T12椎体发生骨折,前屈状态下T11发生骨折伴韧带损伤,后伸、左右侧屈和左右旋转状态下L1椎体发生骨折伴韧带损伤。骨折发生时,前纵韧带在后伸、左右侧屈状态下存在高应力区,后纵韧带在前屈状态下存在高应力区,横突间韧带和棘间韧带在前屈、左右侧屈、左右旋转状态下存在高应力区。结论:在构建包括重要韧带、椎间盘等软组织结构的脊柱胸腰段三维模型中,椎体松质骨、椎弓根及其周围骨皮质、韧带均存在高应力区,不同状态下所受应力最大椎体不同,发生骨折的椎体和韧带损伤也不同;L1椎弓根截面积最小,最易发生骨折。

尺骨鹰嘴三维有限元模型的力学分析

为探讨尺骨鹰嘴骨折发生的机理 ,在计算机上进行尺骨鹰嘴三维有限元造模和力学分析 ,结果表明尺骨鹰嘴骨折是由于肱二头肌、肱三头肌的肌力和肘关节的反作用力共同形成的剪切弯曲应力所致。

径向摩擦焊夹持模型三维有限元分析

应用ANSYS有限元分析软件,对弹带径向摩擦焊的夹持模型进行了三维非线性接触摩擦有限元分析,着重研究了传统和改进后的夹持模型中不同受力状态下保持弹体与夹持机构间相对静止所允许的最大摩擦扭矩的变化规律,为径向摩擦焊夹持防扭提供了理论依据。

三维建模及有限元分析在制盐设备研发中的应用

有限元分析在受力分析及失效分析应用广泛,在设备研发中,三维图纸的优势是可以更直观地模拟设备装配中可能存在的问题,制盐行业设备普遍存在设备研发技术性差、劳动密集型企业技术研发能力弱的问题,并且在日常设备研发中有大量模拟仿真及力学校核需求,故有限元分析应用到制盐及化工设备是相当有必要的,可极大提高设备研发效率以及缩短设备研发周期。

困难气道患者三维有限元模型解剖差异的分析

背景:近年来随着科学技术的发展,三维模型越来越多的运用到医学领域中。气道管理是麻醉手术中最重要环节之一,而在国内外较少见有关人体气道三维有限元模型的研究。目的:应用MRI检查获得的二维断层图像重建人体气道三维有限元模型,分析困难气道三维模型的解剖差异。方法:纳入手术麻醉过程中确定为正常气道和困难气道患者各20例,获取其头颈部核磁共振二维图像数据,应用Mimics10.01软件重建包括整个下颌骨、舌骨及上气道等在内的三维实体数字化模型,利用Mimics自带测量软件测量相关指标,同时对正常人体体表标志进行测量并获得相关数据,与模型所测指标行配对比较,分析困难气道患者与正常气道患者的解剖差异。结果与结论:(1)正常气道患者下颌距离的三维模型组测量值较正常人体体表测量组偏小(P <0.01);困难气道患者下颌距离的三维模型组测量值较正常人体体表测量组偏大,但差异无统计学意义(P> 0.05);正常气道、困难气道患者下颌角角度的三维模型组测量值较正常人体体表测量组偏大,但差异无统计学意义(P>0.05);(2)在平卧位及嗅花位时,正常气道组口咽角角度、矢状切最小横截面积均大于与困难气道组(P <0.05),两组冠状切最小横截面积比较差异无显著性意义(P> 0.05);(3)结果表明,运用MRI人体气道数据可建立较为真实可靠的三维有限元模型,利用三维有限元模型可有效分析困难气道患者的解剖差异,为以后临床上工作中预测困难气道提供参考。

电机温度场分析中三维有限元模型网格划分方法

针对电机温度场分析中三维有限元模型网格划分对分析结果造成的影响,提出一种变密度六面体对称网格划分法。以交流牵引电机为例,首先建立交流牵引电机的三维有限元模型,然后针对其主要发热部件电机定子绕组采用变密度六面体对称网格划分,其余部件采用四面体自动网格划分,并采用有限元法对其进行三维温度场分析,同时与电机定子绕组采用传统六面体网格划分法作了对比研究,最后通过实验对上述变密度六面体对称网格划分法作了实验验证,结果表明,所提出的变密度六面体对称网格划分法有效提高了电机温度场分析的准确性,电机各主要部件如绕组端部、定子铁芯及机壳温升相对于实验结果的相对误差分别降低了0.62%、0.88%及0.96%,因而具有较好的应用价值。

基于子模型法的高拱坝导流底孔预应力闸墩三维有限元分析

高拱坝导流底孔预应力闸墩受力比较复杂且直接影响到坝体在施工和运行中的安全,对它进行三维(3D)有限元分析很有必要.本文以某高拱坝的6号导流底孔为研究对象,采用子模型法对其进行了全面地三维有限元分析,得到了其在3个典型工况下预应力闸墩主要部位的应力分布规律.计算结果表明:子模型法是分析孔口应力的有效途径;U型锚固体系改善应力状态具有较大的优势;预应力锚索的效果是显著的;在设计预应力锚索吨位时,应重点考虑施工期高水位时的情况;闸墩与坝体的结合处存在应力集中,可采取相应的加固措施.全部成果可为闸墩的设计提供参考和借鉴.

桡骨头三维有限元模型建立及生物力学分析

目的:构建起肘关节三维有限元模型,借助三维有限元法对桡骨头在各种损伤程度下、各种位置上及肘关节各种屈曲程度下生物力学改变的情况进行分析,为研究桡骨头病理形态及生理功能变化提供实验依据。方法:将1名身体健康的成人志愿者作为研究对象,不考虑肘部的所患有的疾病,前薄层扫描CT图像扫描右肘及前臂,在软件中导入Mimics、ANASY、LS.DYNA97数据以构建起肘关节三维模型,开展装配、分配网格、将属性赋予材料以及有限元计算等工作。结果:所构建起来的肘关节三维有限元无限接近实体解剖标本,对桡骨头实际解剖状态与生物力学行为进行了全面真实的体现,同时与CT切片图相对比以验证了其精确性。结论:借助三维有限元模型将生物力学模型可以为桡骨头正常力学行为以其病变、损伤的临床诊疗提供病理形态及生理功能变化基础,为临床诊疗奠定更坚实基础。