基于功能截面分解的大型横梁拓扑优化

针对复杂载荷工况下横梁等大型三维结构件拓扑优化结果可读性差、无法对结构优化提供有效指导的问题,提出基于功能截面分解的拓扑优化方法。基于力的分解与等效原理,将三维实体分解为三个平面内的二维功能截面,根据各功能截面的受力方式确定其抗弯或抗扭属性;在此基础上,分别对两个主要承载的功能截面进行二维拓扑优化分析,并综合二维功能截面分析结果完成三维实体的整体拓扑优化,实现了将三维实体拓扑优化问题转化为二维功能截面的拓扑优化问题。以CXK5463车铣加工中心横梁为例,对结构拓扑优化效果进行了验证,仿真实验结果表明,功能截面分解方法可以得到清晰的应力传递路径,在保证横梁静动态特性基本稳定的基础上,横梁减重12.67%,优化效果较为明显。提出的方法可为大型、重型复杂结构件的拓扑优化研究提供借鉴与参考。

椎旁肌功能横截面积预测骨质疏松性椎体压缩骨折

背景:骨质疏松性椎体压缩骨折是继发于骨质疏松症的常见骨折,目前尚缺乏有效的骨质疏松性椎体压缩骨折预测指标及方法。目的:探讨椎旁肌退变、功能横截面积及脂肪浸润百分比对骨质疏松性椎体压缩骨折的预测作用。方法:纳入2018年1月至2022年6月确诊的骨质疏松患者224例,随访时间2年以上,根据是否发生椎体骨折分为骨折组和非骨折组,收集患者人口学资料、体质量指数、椎体骨密度等详细信息,测量并计算L2椎体下终板层面双侧腰大肌及背伸肌(竖脊肌和多裂肌)功能横截面积和脂肪浸润百分比。结果与结论:①224例患者中有126例发生骨折为骨折组,98例未发生骨折为非骨折组,两组年龄、性别、身高、体质量、体质量指数、骨折节段比较差异均无显著性意义(P>0.05);②骨折组骨密度显著低于非骨折组(P<0.05),骨折组腰大肌、背伸肌功能横截面积显著低于非骨折组(P<0.05),骨折组背伸肌脂肪浸润百分比显著高于非骨折组(P<0.05),两组腰大肌脂肪浸润百分比差异无显著性意义(P>0.05);③受试者操作特征曲线分析显示椎体骨密度、背伸肌脂肪浸润百分比、背伸肌功能横截面积和腰大肌脂肪浸润百分比的截断值分别为0.903 g/cm2,35.426%,418.875 mm2,6.375%;曲线下面积分别为0.634,0.755,0.876,0.585;④结果表明:椎旁肌退变与骨质疏松性椎体压缩骨折的发生密切相关,背伸肌功能横截面积可以有效预测骨质疏松性椎体压缩骨折的发生,有助于早期防治骨质疏松性椎体压缩骨折。

功能性相对椎旁肌横截面积对腰椎间盘突出症的诊断价值及与椎间盘退变的关系

目的研究功能性相对椎旁肌横截面积对腰椎间盘突出症(LDH)的诊断价值及与椎间盘退变的关系。方法选取2020年6月—2023年8月,以LDH收治入我院的96名患者为观察组;选取同期行腰椎MRI的50名体检者(无腰椎退行性疾病)作为对照组。根据Pfirrmann分级将观察组L_(4)/L_(5)和L_(5)/S_(1)层面椎间盘进行分级;使用Image J软件测量2组研究对象椎旁肌横截面积、肌肉脂肪化横截面积和椎间盘横截面积,并计算对应层面功能性相对椎旁肌横截面积。比较2组研究对象功能性相对椎旁肌横截面积;采用受试者工作特征(ROC)曲线分析功能性相对椎旁肌横截面积对LDH的诊断价值;比较不同椎间盘退变程度等级患者对应的功能性相对椎旁肌横截面积;分析椎间盘退变程度等级与功能性相对椎旁肌横截面积的相关性并分析功能性相对椎旁肌横截面积的影响因素。结果对照组研究对象L_(5)/S_(1)、L_(4)/L_(5)层面功能性相对椎旁肌横截面积均大于观察组,差异均有统计学意义(P<0.05)。观察组不同椎间盘退变程度等级患者的功能性相对腰大肌横截面积、功能性相对多裂肌横截面积、功能性相对竖脊肌横截面积差异均有统计学意义(P<0.05)。相关分析结果显示,在L_(5)/S_(1)平面上,功能性相对腰大肌横截面积、功能性相对多裂肌横截面积、功能性相对竖脊肌横截面积与腰椎间盘退变程度等级的相关系数rs值分别为-0.388、-0.344、-0.360(P<0.001);在L_(4)/L_(5)平面上,功能性相对腰大肌横截面积、功能性相对多裂肌横截面积、功能性相对竖脊肌横截面积与腰椎间盘退变程度等级的相关系数rs值分别为-0.500、-0.489、-0.501(P<0.001)。在L_(5)/S_(1)平面,功能性相对腰大肌横截面积、功能性相对多裂肌横截面积、功能性相对竖脊肌横截面积诊断LDH的曲线下面积(AUC)分别为0.892(95%CI:0.830~0.937)、0.911(95%CI:0.852~0.951)、0.640(95%CI:0.557~0.718);在L_(4)/L_(5)平面上,功能性相对腰大肌横截面积、功能性相对多裂肌横截面积、功能性相对竖脊肌横截面积诊断LDH的AUC分别为0.850(95%CI:0.782~0.904)、0.919(95%CI:0.862~0.958)、0.848(95%CI:0.780~0.902)。回归分析结果显示,腰椎间盘退变程度等级是功能性相对椎旁肌横截面积的独立影响因素(P<0.05)。结论功能性相对椎旁肌横截面积对临床LDH的诊断具有重要参考价值,且其与椎间盘退变程度等级存在负相关,同时腰椎间盘的退变是椎旁肌退变的独立影响因素。

椎旁肌改变与年龄及椎间盘退变程度的关系

目的分析椎旁肌的退行性改变与年龄及椎间盘退变程度的关系。方法回顾分析140例腰椎间盘突出症患者的影像资料,使用ImageJ软件测量患者MRI影像上L4~S1层面椎间盘及同层面椎旁肌横截面积,并计算功能性相对椎旁肌横截面积;同层面不同腰椎间盘退变程度间、各年龄组间的功能性相对椎旁肌横截面积的差异用单因素方差分析进行比较;同层面椎间盘退变程度及年龄与功能性相对椎旁肌横截面积的相关性用Spearman相关性分析进行研究;采用多因素线性回归研究功能性相对椎旁肌横截面积的影响因素。结果L5/S1、L4/L5层面上,腰椎间盘的不同退变程度间、各年龄组间的功能性相对椎旁肌横截面积的差异均存在统计学意义,腰椎间盘退变程度及年龄与同层面的功能性相对椎旁肌横截面积均存在负相关(P<0.001),年龄、腰椎间盘退变程度是功能性相对椎旁肌横截面积的影响因素。结论椎旁肌退变与年龄和椎间盘的退变有关。

大跨距龙门木工机床横梁高刚度轻量化设计

大跨距龙门木工移动机床是在木门加工过程中完成不同工序转换的装备,其横梁作为主要承载结构和运动部件,具有跨距大、重量大以及惯性载荷大等特点,高刚度、轻量化设计是其追求的目标。针对横梁直接拓扑优化存在结果难以辨识等问题,首先分析横梁的承载特点,建立功能截面对其进行拓扑优化降维处理;其次,将移动载荷简化为多工况载荷,采用折衷规划法建立综合评价函数来表征横梁多工况受力特点;然后建立横梁多工况拓扑优化数学模型,通过优化获取横梁筋板最佳布局型式;最后,运用NSGA-Ⅱ型遗传算法进行多目标尺寸优化,结果表明:横梁重量减轻的同时,刚度、强度分别提高了10.15%、20.25%。

基于Xilinx型FPGA系统单粒子效应评估方法研究

Virtex-5系列芯片没有官方提供的专用软错误缓解(Soft Error Mitigation,SEM)IP核,需自行设计故障注入系统.本文选用XC5VFX130T型现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA)芯片利用单帧部分重构功能达到等同于SEM IP故障注入效果,实现对FPGA电路系统的抗单粒子翻转能力评估测试.利用逐位注入故障模式对XC5VFX130T型FPGA的配置位逐个注入故障,获得待评估电路的敏感配置位信息;对待测电路进行三模冗余防护加固,利用累积故障注入模式连续随机注入模拟单粒子辐照试验环境,得到待评估电路的功能中断截面,进而实现对基于XC5VFX130T型FPGA系统的抗单粒子翻转加固效果的评估.研究表明,基准电路(移位寄存器链等)评估得到的功能中断截面与实际辐照试验中的功能中断截面曲线变化一致,为机载电子的单粒子效应适航评估提供了支持.

退行性腰椎侧凸与多裂肌退变的关联性研究

目的通过磁共振(magnetic resonance imaging,MRI)对退行性腰椎侧凸(degenerative lumbar scoliosis,DLS)患者腰部多裂肌进行评估,分析其不同腰椎节段凸凹侧多裂肌退变特点及其与脊柱畸形程度的相关性。方法采用横断面研究设计方案,2019年3月至2021年6月于陆军军医大学第一附属医院公开招募45例退行性腰椎侧凸受试者(DLS组)和42例健康受试者(对照组)为研究对象。应用Image J软件测量计算两组人群磁共振T2WI上从L1~L2到L5~S15个节段椎间盘中央层面椎旁两侧多裂肌横截面积(cross-sectional area,CSA)、功能横截面积(functional cross-sectional area,FCSA)和脂肪浸润率(fat infiltration ratio,FIR),通过脊柱全长X线片测量DLS组腰椎冠状位侧凸Cobb角。分析DLS组腰椎各节段多裂肌退变特点及其与腰椎侧凸Cobb角的相关性。结果DLS组L4~L5、L5~S1节段凸、凹侧多裂肌FCSA均小于对照组相同节段左右侧多裂肌FCSA均值,差异有统计学意义(P<0.05)。DLS组L1~S1节段凸、凹侧多裂肌FIR均大于对照组相同节段左右两侧多裂肌平均FIR,差异有统计学意义(P<0.05)。DLS组L3~L4、L4~L5、L5~S1节段凹侧多裂肌FCSA小于凸侧,差异有统计学意义(P<0.05)。DLS组Cobb角与L4~L5、L5~S1节段凸凹侧多裂肌FCSA差异指数(FCSA difference index,FDI)呈正相关(r=0.310、0.559,P<0.05)。结论DLS患者下腰椎(L4~L5及L5~S1)节段对应的多裂肌退变程度与侧凸畸形的程度呈正相关,且凹侧重于凸侧,提示多裂肌退变不是DLS的始动因素,可能是其代偿因素。