CM弹塑性本构模型在FLAC^(3D)中的二次开发

显式有限差分程序FLAC3D由于自带的本构库多样性不足,无法统一描述超固结和结构性这两种自然界土体典型力学特性的本构模型.为了扩大FLAC^(3D)应用范围,更精确地模拟土体力学特性,本文基于其自带的二次开发平台,使用C++语言对交变移动(Cyclic Mobility,CM)弹塑性本构模型进行二次开发.首先推导该模型的基本公式;然后介绍FLAC^(3D)的工作原理和关键开发步骤;再通过不同应力路径下的测试,对比FLAC3D模拟值和该本构的理论值,验证开发的正确性;最后通过对一维固结试验数据、三轴排水压缩试验数据和不排水三轴循环加载试验数据的模拟,验证了二次开发模型能较好地模拟土体的力学行为.

基于3dxml格式的3DEXPERIENCE平台至FLAC^(3D)模型转换研究

为研究3DEXPERIENCE和FLAC^(3D)两款在不同领域作为设计工具的软件如何有效协同工作的问题,基于3dxml文件特征及网格模型生成技术,提出一种从几何模型至网格模型的转换方法。该方法包括对文件格式解析和数据结构进行映射,以保证3DEXPERIENCE平台模型中的几何形状和属性能够被正确存储;利用网格生成技术,生成了满足FLAC^(3D)仿真要求的网格模型,并编写自定义程序来完成转换功能。在实际应用中,分别以某水利工程大坝和大体积洞库为例,成功将3DEXPERIENCE平台的几何模型转换成FLAC^(3D)的网格模型。结果表明:该转换方法实现解析CAD几何模型、数据结构映射、生成四面体网格模型和文件保存等功能,完成3DEXPERIENCE平台至FLAC^(3D)模型的转换任务,从而简化水利工程设计及科学研究工作流程;与3DEXPERIENCE自有网格剖分程序相比,使用自编程序转换,可以在局部区域进行网格加密,使节点和单元数量增加了近5倍,更适合数值模拟计算。研究成果对CAD/CAE工具的协同工作以及提升水利工程设计工作效率具有重要的实用价值。

肾及肾上腺肿瘤高仿真3D打印模型在泌尿外科住院医师规范化培训教学中的应用效果

目的探讨肾及肾上腺肿瘤高仿真3D打印模型在泌尿外科住院医师规范化培训教学中的应用效果。方法将40名参加泌尿外科住院医师规范化培训的医师随机分为试验组和对照组,每组20名。收集肾及肾上腺肿瘤的CT影像资料,打印成高仿真3D模型。给予对照组传统教学,给予试验组传统教学联合高仿真3D打印模型教学。教学结束后,比较两组医师的理论知识考核成绩和对教学方法的评价。结果试验组医师的理论知识考核成绩,以及学习兴趣、解剖认识、知识记忆、医患沟通、临床思维、教学满意度条目得分高于对照组(P<0.05)。结论高仿真3D打印模型可以直观展示肾及肾上腺肿瘤的立体解剖结构,有助于加深医师对相关知识的理解、记忆,提高教学质量,是一种有效的教学方法。

3D模型重建技术结合思维导图在肝胆胰脾外科护理临床教学中的应用

目的探讨3D模型重建技术结合思维导图在肝胆胰脾外科护理临床教学中的应用价值。方法选取63名肝胆胰脾外科护理专业实习生作为研究对象,将其随机分为观察组(n=32)和对照组(n=31)。对照组予传统教学模式教学,观察组予3D模型重建技术结合思维导图法教学。对比两组理论考试成绩、操作考试成绩、综合评价分数及教学满意度。结果观察组护理专业实习生理论考试成绩、操作考试成绩、综合评价分数均明显高于对照组(均P<0.05)。观察组护理专业实习生对教学非常满意度的比例高于对照组(P<0.05),但观察组总体满意度(96.87%)与对照组(83.87%)差异无统计学意义(P>0.05)。结论在肝胆胰脾外科护理临床教学中应用3D模型重建技术结合思维导图的教学方法,能够有效缩短护理专业实习生的学习时间,加深其对理论知识的理解,促进其熟练掌握操作技能,提升实践动手能力和专科护理书写能力,提升教学质量,具有良好的推广前景。

3D打印模型结合模拟教学在骨科实习教学中效果研究

目的:探讨3D打印模型结合模拟教学在骨科实习教学中作用。方法:42名实习医生均完成医学本科阶段理论学习,通过实习前准入资格考核。入科实习后按1:1比例随机分为两组,对照组进行常规实习带教教学,模拟教学组采用3D打印骨折模型的模拟教学进行实习带教。分析比较两组学生教学效果差异。结果:实习培训后,模拟教学组学生理论成绩、病史采集、体格检查、技能操作评分显著高于对照组(P<0.05);模拟教学组学生满意度评分明显高于对照组(P<0.05)。结论:3D骨折模型结合模拟教学方法能够有效提高骨科实习教学效果,提高实习生学习满意度,值得临床推广。

基于机器学习模型FY⁃3D MWRI海面风速反演

风云三号D星(FY-3D)微波成像仪(MWRI)L1级亮温数据可用于全球海面风速反演,本文讨论了在晴空区和云区使用多元线性统计回归模型和机器学习模型反演海面风速的情况,在晴空区将4 d测试集分别放入多元线性统计回归模型,采用随机森林(RF),支持向量回归(SVR),卷积神经网络(CNN)和Stacking融合(SF)模型对海面风速进行反演,最优的均方根误差(RMSE)分别为1.56、1.31、1.24、1.29和1.27 m/s;在云区2 d测试集上的最优RMSE分别为2.12、1.98、1.87、1.89和1.89 m/s。为了进一步验证晴空区海面风速反演的可靠性,选取美国国家浮标数据中心(NDBC)实测的浮标风速对海面反演风速进行验证,CNN反演风速与NDBC实测风速的RMSE为0.74 m/s,决定系数(R2)为0.80;SF反演风速与NDBC实测风速的RMSE为0.85 m/s,R2为0.74。结果证实了通过机器学习模型能够很好地完成FY-3D MWRI亮温反演全球海面风速的任务。

InfoWorks ICM-Delft 3D耦合模型在排水体系中点源污染溯源研究

城市排水的点源污染是引起黑臭水体的重要原因之一,该研究借助多元监测体系获得的水质数据,结合InfoWorks ICM-Delft 3D耦合模型及差分进化算法(DE)构建了污染溯源模型。以中山市某区域为研究对象,验证了耦合模型与DE算法对污染溯源的有效性。研究表明,连续排放污染源的位置、流量、污染物浓度的溯源精度较高,相对误差均在±0.12的范围内,并且污染溯源精度随着污染源流量增大而下降;随着污染流量增大,瞬时排放污染流量与浓度溯源的相对误差逐渐减小,模型对高流量污染事件的溯源精度较高。该模型体系的构建和应用为城市排水点源污染的溯源提供了科学指导。

3D打印仿真腭裂模型在腭裂实践教学中的应用

口腔颌面外科学作为口腔医学教育的重要组成部分,腭裂整复手术是其核心内容之一。然而,传统的腭裂实践教学存在诸多问题,如乏味枯燥、实验模具二维平面化、实验操作真实性差等。近年来,随着3D打印技术的发展,基于数字化技术实物模拟打印为腭裂实践教学提供了新的解决方案。本文结合现有研究成果,针对3D打印仿真腭裂模型在腭裂实践教学中的应用进行了综述和探讨。首先分析了传统教学方法的局限性,然后详细介绍了3D打印仿真腭裂模型的优越性,包括强化学生手部精细操作和手眼协调能力、助于理论知识和临床实践紧密结合、显著提高学生临床技能等方面。接着,阐述了3D打印仿真腭裂模型在腭裂实践教学中的应用,包括手术技巧训练、解剖学教育、个性化学习和评估等方面。最后,总结了3D打印仿真腭裂模型在腭裂实践教学中的重要作用,并展望了其未来的发展前景。综上所述,3D打印仿真腭裂模型在口腔颌面外科学教学中具有巨大的潜力,将为口腔医学教育带来革命性的变革和提升。

3D打印实物模型在颈椎疾患住院医师规范化培训教学中的应用和探讨

目的探讨3 D打印实物模型在提高颈椎疾患住院医师规范化培训(简称住培)教学效果中的作用。方法选取参加骨科住培的颈椎疾患学习的住院医师80名为研究对象,随机分为两组,观察组(40人)以幻灯讲解加3 D打印实物模型教学,对照组(40人)采用幻灯讲解教学。课后即时和课后1月分别对住院医师的知识掌握情况和诊疗技术进行现场测试,利用问卷的形式对住院医师的满意度和参与兴趣(10分法)进行调查。结果课后即时观察组的知识掌握情况和对照组相当(P>0.05),但是观察组的诊疗技术测试成绩显著高于对照组(P<0.05),观察组的满意度和参与兴趣评分均显著高于对照组,两者对比差异有统计学意义(均P<0.05);课后1月时,观察组的知识掌握情况和诊疗技术测试成绩均显著高于对照组(均P<0.05)。结论3 D打印实物模型应用于颈椎疾患住培的带教中,可显著提高教学效果,提升住院医师的满意度和参与兴趣,值得在住培教学中推广。

基于3D还原模型的驾驶舱眼位点反推

为获得飞机驾驶舱眼位点数据,本文研究了驾驶舱眼位点的反推。首先,通过建立某综合程序训练器的3D还原模型和简易飞机驾驶员模型,反推实际眼位点;其次,对实际眼位点和标准要求的参考眼位点进行对比分析,得到预测误差;最后将真实驾驶舱实测数据与该训练器数据进行对比分析,得到实际误差进行验证。结果表明:预测误差与实际误差相符,在纵向上预测误差为105.2 mm,实际误差为80 mm,在垂直和水平方向上存在细微误差。通过3D还原模型反推眼位点的方法能够反应综合程序训练器与真实驾驶舱之间存在的误差,可作为综合程序训练器鉴定等工作的参考依据。

基于Delft3D的珠江前航道尸体模型漂移轨迹预测

为预测珠江前航道中尸体的漂移轨迹,帮助当地水警确定溺亡者尸体的具体位置,利用Delft3D构建珠江前航道水动力模型,并使用尸体模型进行了多次现场漂移试验。通过对珠江前航道表层流速进行拟合,建立了尸体模型漂移的预测模型,R^(2)为0.88。研究结果表明,珠江前航道释放的尸体模型受潮汐和径流作用沿河道做往复运动,并呈逐渐漂向下游的趋势;漂移模型验证中尸体模型的漂移速度和方向基本与潮流一致,模拟结果的误差在1 km以内,终点距离误差率小于15%;实例验证中成年女性尸体的模拟结果误差约为300 m;游船所引起的波浪力等外力导致漂移轨迹呈现出南北方向性的偏差,需要进一步提升模拟效果。该漂移模型的推导模式同样适用于其他感潮河段,可使尸体的漂移轨迹变得可测,为尸体打捞工作和警方的案件处理提供了便利和参考。

3D打印模型结合翻转课堂在脊柱外科微创培训中的应用

目的探讨翻转课堂联合3D打印模型教学在脊柱外科微创培训中的应用效果。方法选择2020年5月—2022年5月在浙江大学医学院附属第二医院脊柱外科微创中心进修的42名学员为研究对象,随机分为研究组和对照组,研究组21名进修学员采用翻转课堂联合3D打印模型教学,对照组21名进修学员采用单纯翻转课堂方法进行授课讲解。2组学员分别进行了出科考试测验和满意度问卷调查。结果2组进修学员培训前检测成绩、微创理论知识成绩,差异无统计学意义(P>0.05)。研究组学员在培训结束后其出科脊柱微创临床知识成绩及微创基本技能操作、微创手术技巧提高和总体满意度均高于对照组,差异均有统计学意义(P<0.05)。结论应用3D打印模型教学结合翻转课堂可明显提高脊柱外科进修学员的学习质量和总体满意度,提升脊柱微创培训的效果。为脊柱外科微创培训的一种新型教学模式。

基于信息量-Scoops3D联合模型的地质灾害易发性评价

贵渝管道沿线地势险峻、构造活跃、雨量集中,崩滑流等地质灾害十分发育,科学开展管道沿线地质灾害的易发性评估工作对确保其安全运行至关重要。本研究在查明管道沿线自然地质环境及地质灾害分布的基础上,结合管道沿线地形地质特征、管道展布与斜坡体的相互空间位置关系划分了101段适合管道工程特点的评价单元,基于信息量数理统计模型与Scoops3D物理力学模型对管道沿线地质灾害的易发性进行了评价。评价结果表明管道沿线地质灾害的高易发区主要集中在遵义及桐梓县附近,其中7段处于极高易发区,26段处于高易发区,20段处于中易发区,30段处于低易发区,18段处于极低易发区。通过ROC曲线分别求得信息量、Scoops3D以及二者联合模型的AUC值分别为0.796、0.683和0.803,结果表明信息量-Scoops3D联合模型的评价准确性最高。

可拆卸式3D打印模型在翼腭管解剖教学中的应用研究

目的探讨可拆卸式3D打印模型在翼腭管及翼腭窝解剖教学中的应用效果。方法选取2020级昆明医科大学口腔医学专业学生40名,采用简单随机法将其分为对照组和观察组,每组20名。观察组采用可拆卸式3D打印模型进行授课,对照组采用传统幻灯片和实物模型进行授课,比较2组考核成绩,并采用问卷对观察组进行教学效果调查。结果观察组考核评分为(8.01±0.97)分,高于对照组的(6.42±0.53)分,二者比较,差异有统计学意义(P<0.05)。学生对可拆卸式3D打印模型认可度较高。结论可拆卸式3D打印模型可帮助学生更好地了解翼腭管和翼腭窝解剖结构,提高学生学习兴趣和效率。

基于猪模型和腔镜模拟训练器的3D腔镜系统对比评价

基于文献分析、小组讨论、德尔菲法(专家咨询法)等方法,确定了3D腔镜系统评价指标,制定了评价标准及专家评价表,邀请多家医院、多个研究领域的临床专家对品牌A和品牌B两款产品基于猪模型以及腔镜模拟训练器进行对比评价。在该研究样本量下,结果显示:在动物实验中品牌A共计25项指标中的24项指标评分结果与品牌B没有显著性差异,在立体感这一指标上显著优于品牌B;在腔镜模拟训练器下,品牌A的视野、清晰度、景深等15项指标的评分结果与品牌B差异无统计学意义,但分辨能力、抗反光能力、图像保真性、视疲劳以及总体印象这5项指标的评分与品牌B差异有统计学意义。该研究采用t检验统计学方法分别对比了在动物实验研究中以及腔镜模拟训练器下,专家对品牌A和品牌B各项指标的评分结果以及参评专家对两款设备的总体表现、景深等方面发表的个人建议,可为企业在设备功能和性能改进方面提供参考。

基于TRIZ理论的3D打印抗震模型设计与制作

目前,市面抗震模型存在整体性不足、节点设计不科学等问题,文章基于TRIZ理论提出具有创新性、系统性、普适性的技术发明方法论,结合大众的主观经验与技术手段解决问题,利用矛盾分析法、物—场模拟法系统地剖析现有模型的构造柱及圈梁等关键节点,进行创新改动。结果表明,3D打印抗震模型具有更好的整体性,且可以更真实地模拟地震情景。

基于Three.js的虚拟模型3D交互展示研究及实现

WebGL的开源框架Three.js是轻量级的3D库,该技术的易用性降低三维空间技术的学习成本,并且极大程度上提高3D显示性能,故被广泛使用。经研究,可以应用Three.js技术实现虚拟数字模型的网页3D展示效果,以交互热点为索引将虚拟模型嵌入至Pano2VR制作的实景漫游系统,实现在网页实景VR里进行虚拟模型3D交互展示,多维度丰富虚拟模型的视觉展示效果。

砂型3D打印材料在岩体物理模型试验中的应用研究及展望

无法获得内部结构高度一致的岩体试样以及预制缺陷制作困难一直是岩石室内物理试验中面临的关键问题。3D打印技术作为近年来快速发展的先进制造技术,可以作为有效方法实现对复杂结构的制备,目前已经有众多研究学者将其应用于岩石室内物理试验中。为了寻求最接近于天然岩石细微观结构特征以及脆性特征的3D打印类岩石模型,相关学者采用了砂型材料对类岩石模型进行打印以达到代替天然岩石进行试验的目的,相关研究成果证实砂型3D打印材料具有与天然岩石材料相似的脆性特征、表面粗糙度特征、细微观结构特征、裂纹扩展规律等,为砂型3D打印类岩石模型开展岩石室内物理试验奠定了基础。基于此,根据近年来国内外相关研究以及本课题组近六年的研究成果,对基于砂型3D打印材料的岩体模型在岩石室内试验中的研究成果进行了总结分析,指出了现有研究存在的问题和局限性,并对未来砂型3D打印材料应用于岩石室内物理试验中的前景进行了展望。

经天路图-FLAC^(3D)接口程序研发

针对经天路图软件不能对多层状地质体的地基承载力进行快速分析的问题,基于3D WinForms控件Eyeshot,利用C#语言在Visual Studio 2019平台上研发了经天路图与地基承载力分析软件FLAC^(3D)之间的接口程序。研发中采用了三角网算法、多层状地质体可视化算法和网格优化算法等。所研发的接口程序具有图形化显示界面,能够从经天路图读取多层状地质体地形数据,并根据地质勘探数据对地质体分层,能够在ANSYS中自动建立有限元网格模型,基于FLAC^(3D)命令流自动完成网格模型读入与转换、材料属性和边界条件的定义等前处理工作并执行求解,能够自动导出常用分析结果并回传至经天路图。算例验证表明,采用接口程序对多层状地质体进行地基承载力分析,极大地提升了设计人员的工作效率。

3D打印脊柱侧弯矫形器治疗青少年脊柱侧弯的多准则决策模型评价

背景:传统脊柱侧弯矫形器存在制作工艺流程复杂、加工周期长、贴合性差等缺点,3D打印脊柱侧弯矫形器具有制造精度高、个性化等优势。目的:基于多准则决策模型评价3D打印脊柱侧弯矫形器治疗脊柱侧弯的疗效。方法:回顾性收集2019年1月至2022年10月收治于中山陈星海中西医结合医院的72例脊柱侧弯患者的临床资料,根据治疗矫形器的不同分为2组,研究组23例采用3D打印脊柱侧弯矫形器治疗,传统组49例采用传统的聚丙烯脊模塑柱矫形器治疗。比较两组患者临床疗效以及并发症发生状况;建立3D打印脊柱侧弯矫形器治疗脊柱侧弯的多准则决策模型,并对两组效益值、风险值及决策模型的稳定性进行评价。结果与结论:①研究组患者治疗6个月后,顶椎偏移距离、Cobb角、顶椎旋转度、功能性运动评分、目测类比评分以及总有效率与传统组相比均显著改善,差异有显著性意义(P<0.05);②效益指标中对患者病情影响最大的是Cobb角,风险指标影响较大的是呼吸困难;③研究组和传统组治疗脊柱侧弯效益值分别为79和64,风险值分别为74和57,综合效益和风险值发现研究组治疗方法的效益-风险值比传统组高出16;④在0-100%风险相对权重范围内,研究组的效益-风险总值总是高于传统组,证明多准则决策模型的稳定性较好;⑤提示3D打印脊柱矫形器能够更好地恢复脊柱侧弯青少年的脊柱生理弯曲,提高治疗有效率。