顺行和逆行髓内钉治疗不同部位股骨干骨折的有限元分析

背景:髓内钉治疗股骨干骨折取得了较好的临床疗效,但仍有部分患者并发无菌性骨不连,其原因为机械性不稳定。股骨作为人体最长最大的骨骼,不同部位骨折是否具有不同的生物力学特征,及不同进钉方式对于不同部位骨折端稳定性存在何种影响均研究甚少。目的:分析顺行和逆行髓内钉治疗不同部位股骨干骨折的生物力学特点,评估最佳进钉方式,减少骨不连发生率。方法:选取一名志愿者CT资料导入Mimics 19.0和Geomagic studio 2017软件中进行提取、优化得到右侧股骨三维模型;运用Solidworks 2017软件画出顺行和逆行髓内钉模型并与不同骨折部位股骨干骨折模型按照标准手术技术装配,以STEP格式导入Abaqus 2017软件中设置材料属性参数、边界条件、施加载荷、提交运算,于可视化模块中查看结果。其中上段股骨干骨折顺行和逆行髓内钉分别为A1、A2模型,中段为B1、B2模型,下段为C1、C2模型。结果与结论:(1)A1、B1、C2模型股骨整体应力分布更为均匀,位移、骨折端间隙与成角、股骨近折端骨块内翻均更小;(2)对于上段和中段股骨干骨折,顺行髓内钉具有更好的生物力学效果;对于下段股骨干骨折,逆行髓内钉效果更优。

不同钉棒内固定方式在腰椎侧路融合中的有限元力学分析

背景:考虑到脊柱固定的稳定性,目前临床在进行侧路椎间融合时大多采用后路双边椎弓根螺钉固定的手术方式,且多数为两期手术完成。侧卧位的后路单侧、侧方椎体钉棒固定的固定方式,也有可能会提供较好的力学稳定性,所带来的手术时间缩短、风险与花费降低等获益考量值得进一步研究。目的:比较4种不同侧路椎间融合内固定方式的生物力学特性。方法:建立正常L3-5有限元模型,在验证其有效性基础上模拟4种不同内固定方式,即后路双侧椎弓根螺钉+侧路融合模型(Model A)、后路单侧椎弓根螺钉+侧路融合模型(Model B)、侧路双侧螺钉+侧路融合模型(Model C)及侧路单侧螺钉+侧路融合模型(Model D)。分别比较各模型在生理活动范围下的稳定性、螺钉内固定和椎间融合器的应力差异。结果与结论:①对所有重构模型,在融合节段(L4-5)的活动范围均显著下降,Model A的活动范围下降更明显;②在模型的屈伸、侧屈和轴向旋转运动状态,侧路置钉的峰值应力与后路置钉的峰值应力的差异分别超过67.74 MPa、80.10 MPa和43.95 MPa;③在不同重建模型内固定应力分布方面,Model A和Model B螺钉的应力分布主要集中在椎弓根螺钉的体部,而Model C和Model D的峰值应力主要集中在螺钉的尾部;④提示Model A能够获得最好的稳定性,并且能够降低cage下沉及移位的风险;而Model B亦能够提供较好的稳定性,在保证稳定和固定的前提下能成为侧路融合的替代选择;⑤此外在选择侧路置钉的内固定时,Model C能获得与Model D相似的效果,但在临床诊疗上面对腰椎后伸不稳定的患者需谨慎选择侧路的单侧内固定,亦应避免过度后伸以降低螺钉松动和疲劳断裂的发生率。

案例教学法在有限元分析课程的探索与实践

目的有限元分析课程是一门理论和实践并重的课程,旨在提高学生的实操能力和解决问题的能力。医学相关专业学生的数理基础相对薄弱,为此,教研组将案例教学法引入有限元分析课程的教学,以提高教学效果。方法教研组结合教学大纲、学生的专业特点及作者的科研工作积累,建立了5个与医学问题相关的有限元分析教学案例、1个细胞生物力学教学案例及1个流固耦合教学案例,配备了包括几何模型建立、力学特性设置、载荷及边界条件的施加、结果分析等内容的分析流程及操作视频。然后,教研组将教学案例引入有限元分析课堂,教师组织学生对分析流程中的参数设置等进行讨论,并对案例进行总结。结果通过学生对自拟题目的有限元分析展示检验教学效果,结果表明学生能独立完成问题的有限元分析,可以对参数进行合理设置,并对结果进行查看和正确解读。结论有限元案例教学的实施,提高了学生的相关软件操作技能,加深了对有限元方法理论和参数设置的理解,使学生基本具备了通过有限元方法解决医学问题的能力,为后期的科研和临床工作奠定了一定的基础。

基于向量式有限元的网壳结构地震易损性分析

为解决网壳结构地震易损性研究中,增量动力分析(incremental dynamic analysis,IDA)所面临的结构非线性分析耗时长且求解困难的问题,提出了一种基于向量式有限元的IDA方法。首先,以一个Kiewitt-8型单层球面网壳为例,验证了向量式有限元方法求解结构地震响应的准确性,其次选取12个不同参数的Kiewitt-8型单层球面网壳为研究对象,并考虑材料不确定性进行IDA分析,以地震峰值加速度与结构最大节点位移比为参数,绘制了结构在地震作用下的IDA曲线和轻微破坏、严重破坏及倒塌这三种性态下的易损性曲线。结果表明:向量式有限元能高效且准确的求解网壳结构的地震响应,屋面质量和矢跨比的增加均会增加三种性态点的超越概率;对于本文的网壳结构算例,求解时间仅为传统有限元方法的1/15,误差在3%以内,屋面质量和矢跨比的改变导致地震危险性最大增加了75%。

超短种植体配置下穿颧骨种植定位方案的三维有限元分析

目的:探究上颌窦沟槽(sinus slot,SS)技术和经上颌窦外(extra sinus,ES)技术结合超短种植体行穿颧种植修复后的生物力学分布特点,为功能性修复上颌骨重度萎缩提供理论基础。方法:通过患者的高分辨计算机断层扫描(computed tomography,CT)资料建立有限元分析模型,虚拟化穿颧种植体分别置于SS和ES模型,并结合使用2枚或4枚超短种植体。分析种植体von Mises应力值及牙槽骨中的主应力值。结果:配置2枚超短种植体+2枚ES穿颧种植体的von Mises应力最大(292 MPa);而4枚超短种植体+2枚SS穿颧种植体的最小(184 MPa)。配置2枚超短种植体+2枚SS穿颧种植体的最高主应力值最大(31 MPa);而4枚超短种植体+2枚ES穿颧种植体的最小(12 MPa)。配置4枚超短种植体+2枚SS穿颧种植体的最低主应力值最小(-58 MPa);而2枚超短种植体+2枚ES穿颧种植体的最大(-81 MPa)。结论:2枚SS穿颧种植体结合4枚超短种植体可能在生物力学方面更安全地用于修复重度萎缩的上颌骨。

颈椎前路椎体次全切除减压融合钛笼倾斜角度与术后钛笼下沉的有限元分析

背景:颈椎前路椎体次全切除减压融合是治疗颈椎退行性疾病的常规手段,钛笼是椎体次全切后维持颈椎稳定的重要植入物,近几年临床发现,术后很多患者出现钛笼下沉等并发症,其原因存在很大争议。目的:探讨颈椎前路椎体次全切除减压融合钛笼倾斜角度与术后钛笼下沉的内在生物力学关系。方法:通过正常人体颈椎CT图像建立C_(4)-C_(6)节段三维有限元模型,在三维模型中模拟颈椎前路C5椎体次全切除减压融合,并模拟置入不同倾斜角度的钛笼(-6°至-1°称之为负角度,即钛笼前缘短于钛笼后缘为负角度;1°-6°称之为正角度,即钛笼前缘长于钛笼后缘为正角度)。在C_(4)椎体上分别施加预载荷50,100和150 N的应力作用,记录钛笼与C_(4)下终板和C_(6)上终板各个接触点的应力值(钛网接触面的各7个应力接触点),并进行统计学分析。结果与结论:①钛笼倾斜角正角度组和负角度组分别在C_(4)椎体施加50,100和150 N应力下产生的数据经Mann-Whitn检验发现,差异均有显著性意义(P<0.05);钛笼倾斜角正角度组在50,100和150 N应力条件下,其离散系数均小于负角度组;②在C_(4)椎体施加50,100和150 N应力条件下,钛笼倾斜角正角度组内Wilcoxon符号秩检验发现当角度设为1°-5°时,差异无显著性意义(P>0.05);但当钛笼倾斜角设为6°时,差异有显著性意义(P<0.05);③在C_(4)椎体施加50,100和150 N应力条件下,钛笼倾斜角负角度组内Wilcoxon符号秩检验发现当倾斜角设为-1°至-6°时,差异无显著性意义(P>0.05);④提示矢状位上,钛笼倾斜角为正角度时比倾斜角为负角度时更加稳定,更加适合临床使用;钛笼倾斜角在1°-5°区间内表现相对稳定,当倾斜角为6°时则稳定性开始下降,容易出现术后钛笼下沉的并发症,临床上根据术中情况更适合选用倾斜角度在1°-5°的钛笼,以提高疗效。

新型预应力混凝土钢管桁架叠合梁抗剪性能有限元分析

为解决施工现场中现有装配式混凝土叠合梁、梁柱结点钢筋相互影响的问题,设计一种新型预应力混凝土钢管桁架叠合梁。为进一步研究该叠合梁的抗剪性能,共设计6个叠合梁、3个整浇梁进行ABAQUS有限元模拟,分析其破坏特征机理、荷载–跨中挠度曲线等,研究试件剪跨比、底板厚度参数对抗剪性能的影响,以及新型预应力混凝土钢管桁架叠合梁与整浇梁的抗剪性能对比。数值模拟分析结果显示,新型叠合梁与整浇梁均为剪切破坏,在底板厚度相同的情况下,随着剪跨比的增大,叠合梁的极限承载力略微降低。此外,预制高度增加会导致叠合梁的极限承载力减小。叠合梁表现出与整浇梁相似的受剪性能,随着剪跨比增加,叠合梁相对于整浇梁表现出更好的抗剪性能。综合而言,新型预应力混凝土钢管桁架叠合梁具有良好的抗剪性能。

核反应堆系统多维度多物理场耦合有限元分析研究

核反应堆系统庞杂且运行环境严苛,存在多物理场耦合的复杂现象。早期开发的多物理场耦合软件具有扩展性和通用性不足的缺点。因此,搭建多物理场耦合框架,针对耦合问题中的关键技术开展研究,对加快我国自主化多物理场耦合平台开发进程具有重要意义。本文介绍了西安交通大学核反应堆热工水力研究室开发的核反应堆多维度多物理场耦合有限元分析平台,主要包含热工流体计算模型的开发、燃料性能分析技术的研究以及多物理场耦合框架的建立等工作。在热工流体计算方面,开展了核反应堆系统两相流分析模型和液态金属快堆子通道分析模型研究,开发了系统分析程序NUSAC和子通道分析程序FLARE;在燃料性能分析技术方面,开展了包覆颗粒弥散燃料和板状燃料的性能分析研究,开发了针对多种燃料的燃料性能分析程序BEEs;在多物理场耦合分析方面,搭建了多物理场耦合框架,结合热工水力、中子物理和燃料性能分析程序,实现了核反应堆多物理场耦合的精细分析。本文搭建的核反应堆系统多维度多物理场耦合有限元分析平台可为核反应堆系统多维度多物理场耦合高保真数值模拟分析提供有力支持。

舌侧金属加强杆种植覆盖义齿的三维有限元分析

目的 通过三维有限元分析探讨舌侧金属加强结构义齿基托设计对无牙下颌种植修复义齿的生物力学影响,为无牙颌修复治疗提供参考。方法 构建舌侧金属加强结构与无加强结构两种义齿基托设计的2颗种植体支持Locator式覆盖义齿三维有限元模型,分别对后牙中央窝垂直施加150 N载荷、斜向施加150 N载荷以及对前牙垂直施加150 N载荷,模拟正中咬合、左右侧方咀嚼以及前牙切割食物时两种模型各组织的受力情况。结果 后牙及前牙垂直向加载时,两种义齿基托设计模型各组织的应力分布较为接近,所受最大应力差别在0~0.16 MPa之间;偏侧咀嚼时,未添加金属加强杆的义齿基托、种植体和黏骨膜应力集中范围,以及种植体、种植体周围骨最大受力明显大于添加金属加强杆模型,所受最大应力差别在0.59~2.99 MPa之间。结论 在义齿基托舌侧添加金属加强杆,可以起到应力分散的作用,或可在一定程度上减小骨吸收及基托折断的风险。

钢-玄武岩混杂纤维混凝土压力管道有限元分析

重点研究了掺入钢-玄武岩的混杂纤维混凝土对水电站压力管道外包混凝土承载特性、开裂后裂缝形态以及钢衬和钢筋应力的影响.对10组不同掺量的钢-玄武岩混杂纤维钢筋混凝土试件进行轴向拉伸试验,获得了钢-玄武岩混杂纤维混凝土的相关力学性能参数.以三峡水电站钢衬钢筋混凝土压力管道结构为例,利用有限元软件对钢-玄武岩混杂纤维的掺入对压力管道钢材应力、管道外包混凝土裂缝扩展与裂缝宽度的影响进行分析.结合三峡水电站压力管道结构的大比尺模型试验结果,对比分析了钢衬钢筋钢-玄武岩混杂纤维混凝土压力管道与常规钢衬钢筋混凝土压力管道两种方案下的钢衬及钢筋应力.结果表明,掺入钢-玄武岩混杂纤维后压力管道结构整体受力更加均匀,且管道外包混凝土的裂缝数量和裂缝宽度也有显著的降低,同时压力管道的钢衬及钢筋应力明显降低.

基于Python的平面杆系结构有限元分析

基于Python程序,将杆单元位移不连续、理想刚杆两种力学对象关联统一,开展平面杆系结构有限元模型分析,并实现一种基于“变量标记”的自由度集中处理的计算模式.基于虚功原理引入并推证刚体荷载传递定理,表明耦合单元、刚杆及忽略某一自由度的有限元内置算法处理过程中,实质是将单元刚度矩阵进行“刚化”处理.算例分析表明,“变量标记”的计算模式与单元刚度矩阵的“刚化”处理,具有力学模型的普适性和统一性、编程的可行性以及结果的可靠性等特点,能解决平面任意杆系结构的建模问题.研究结果表明,“主从结点”、“刚杆”等建模方法,对于进一步开展有限元二次开发、大变形以及非线性等功能性扩展等有重要的参加价值,证明将Python程序应用于结构有限元分析的可行性.

肋骨环抱器治疗肋骨骨折的有效性研究及有限元建模分析

目的探讨肋骨环抱器治疗肋骨骨折的疗效,采用有限元分析评估肋骨环抱器内固定治疗肋骨骨折的应力分布。方法回顾性研究分析2019年1月—2022年12月北京市大兴区人民医院胸外血管外科收治的137例多发肋骨骨折患者资料,男性106例,女性31例;年龄25~62岁,平均37.0岁;道路交通伤64例,高处坠落伤34例,摔伤12例,钝器击打伤16例,其他11例。根据治疗方式,应用传统外固定非手术治疗的为传统组(62例),应用肋骨环抱器治疗的为环抱器组(75例)。比较两组患者机械通气时间、引流管拔管时间、下床活动时间、住院时间、骨折愈合时间、治疗前后VAS、止痛药物使用剂量、骨折愈合情况和围术期并发症发生情况。应用Mimics软件对人体胸廓CT数据进行三维重建,建立正常肋骨和肋骨环抱器内固定后的骨折肋骨模型,应用Abaqus17.0软件进行有限元分析,模拟并计算三种不同载荷下肋骨最大位移和应力响应情况。结果与传统组比较,环抱器组机械通气时间[(6.1±1.3)d vs.(10.1±2.7)d]、引流管拔管时间[(1.75±0.32)d vs.(3.73±0.67)d]、下床活动时间[(7.84±2.40)h vs.(12.58±3.03)h]、住院时间[(6.70±1.43)d vs.(10.05±3.66)d]、骨折愈合时间[(22.92±8.40)d vs.(35.73±9.95)d]均显著缩短,治疗后VAS[(3.3±0.9)分vs.(5.2±1.2)分]显著降低,止痛药物使用剂量[(63.1±19.5)mg vs.(103.3±32.4)mg]显著减少,P均<0.001。评价骨折愈合效果,环抱器组优良率(97.3%,73/75)显著高于传统组(77.4%,48/62)。环抱器组肺部感染、肺不张和胸廓畸形并发生率均明显低于传统组(P<0.05)。有限元分析结果显示,肋骨骨折应用肋骨环抱器固定后其可承受较大的压力,骨折的最大移位比正常肋骨小,断面间隙值<0.01 mm。结论肋骨环抱器内固定治疗肋骨骨折疗效显著。有限元分析也从生物力学角度证实肋骨环抱器具有良好的固定性能,能保证固定后肋骨的稳定性。

非侵入式翼伞操纵绳张力传感器弹性体设计和有限元分析

针对目前的张力传感器难以用于翼伞操纵绳张力测量的问题,根据翼伞操纵绳张力的特点,设计了一种非侵入式的张力传感器结构。利用Ansys软件对设计的传感器弹性体进行了有限元仿真分析,研究了不同的结构参数对传感器弹性体的影响,给出了最佳的弹性体结构参数。

腰椎单侧椎板间开窗双侧减压术后腰椎生物力学改变的有限元分析

目的:采用有限元分析方法评估单侧椎板间开窗双侧减压手术(unilateral laminotomy for bilateral decompression,ULBD)后L4~L5节段的生物力学状态,为ULBD治疗腰椎退变性疾病提供理论依据。方法:提取1名健康志愿者腰椎CT薄层扫描数据,应用高保真三维有限元方法建立L4~L5正常模型、ULBD术后模型和椎板间开窗单侧减压(lumbar fenestration,LF)术后模型,对所有模型完全固定L5椎体下终板,在L4上终板施加500N轴向载荷及在前屈、后伸、左侧屈、右侧屈、左旋转、右旋转六个方向分别施加10N·m的弯矩载荷。对比分析不同载荷下三种模型的L4/5椎间盘压缩高度、椎间活动角度、椎间盘内应力分布和关节突间压力等生物力学特性。结果:正常模型在六个方向的活动度均在既往尸体实验研究测量结果的区间内,所建模型有效。正常模型、ULBD术后模型和LF术后模型在500N轴向载荷下椎间盘压缩高度分别为0.74mm、0.85mm、0.85mm。叠加10N·m的弯矩载荷在前屈、后伸、左侧屈、右侧屈、左旋转、右旋转六个方向上,正常模型椎间活动度分别为6.1°、4.2°、5.1°、4.6°、2.9°、2.6°,ULBD术后模型分别为6.5°、4.8°、6.0°、5.2°、3.2°、2.9°,LF术后模型分别为6.4°、4.6°、5.6°、5.1°、3.0°、2.8°;三种模型椎间盘内应力分布无明显差异,最大von Mises应力都分布在椎间盘受压侧外纤维环处;前屈、后伸、左侧屈、右侧屈、左旋转、右旋转时正常模型椎间盘最大von Mises应力分别为0.52、0.66、0.81、0.87、0.46、0.40MPa,ULBD术后模型分别0.64、0.76、1.06、1.13、0.60、0.64MPa,LF术后模型分别0.65、0.80、1.00、1.06、0.66、0.65MPa。左、右旋转状态下关节突间有显著的压力,正常模型左、右旋转状态时的压力分别为60N、69N,ULBD术后模型为30N、87N,LF术后模型为79N、120N。结论:ULBD术后腰椎间盘压缩高度、椎间活动度、椎间盘内应力和关节突间压力均有明显改变,与LF手术相比,ULBD对腰椎生物力学稳定性影响较小。

穿颧骨种植上颌窦区种植体定位方案的三维有限元分析

目的:探究上颌窦沟槽(sinus slot,SS)技术和经上颌窦外(extra sinus,ES)技术结合常规种植体行穿颧种植修复后的生物力学分布特点,为功能性修复上颌骨重度萎缩提供理论基础。方法:通过患者的高分辨计算机断层扫描(computed tomography,CT)资料建立有限元分析(finite element analysis,FEA)模型,虚拟化穿颧种植体(zygomatic implant,ZI)分别置于SS和ES模型,并结合使用2枚或4枚常规种植体。分析种植体von Mises应力值及牙槽骨中的主应力值。结果:配置2枚常规种植体+2枚ES ZI的von Mises应力值最大(292 MPa);而4枚常规种植体+2枚SS ZI的最小(184 MPa)。配置2枚常规种植体+2枚SS ZI的最高主应力值最大(31 MPa);而4枚常规种植体+2枚ES ZI的最小(12 MPa)。配置4枚常规种植体+2枚SS ZI的最低主应力值最小(|-58|MPa);而2枚常规种植体+2枚ES ZI的最大(|-81|MPa)。结论:使用2枚SS ZI和4枚常规种植体联合修复重度萎缩的上颌骨,在生物力学方面安全性更高。

利用克氏针治疗儿童股骨远端骨骺损伤的有限元分析

目的研究不同构型克氏针治疗儿童SH-Ⅱ型骨骺损伤的稳定性差异以及对骺板的损伤情况。方法利用1名8岁患儿健侧股骨CT数据,将图像数据导入Mimics 21.0中建立粗略股骨、骨骺模型,再导入Geomagic 2013中构建得到曲面化模型。将上述模型在SolidWorks 2018中与3种克氏针构型(分散克氏针、双交叉克氏针、单交叉克氏针)完成装配后导入ANSYS Workbench 2019中,通过对装配体的不同力学加载模拟现实中的多种运动模式,分析骨折块的最大位移以及克氏针、骺板、骨折块von Mises应力分布及最大应力。结果分散克氏针、双交叉克氏针、单交叉克氏针组的最大位移分别发生外展(2.39 mm)、内收(2.12 mm)、外展(2.21 mm)运动时,骺板最大应力分别发生在外展(1.22 MPa)、前屈(0.20 MPa)、后伸(0.29 MPa)运动时。结论双交叉克氏构型针的稳定性优于分散布针及单交叉克氏针,并且对骨骺损伤最小。

热风黏合烘箱有限元仿真分析与结构优化

为研究和提升热风黏合烘箱内部流场和温度场的均匀性,采用有限元分析方法对烘箱内部流场进行了仿真分析与优化。使用SolidWorks建立了烘箱流体域三维模型,根据烘箱工作时条件设定仿真计算的边界条件,通过实验测量得到纤维网的流阻数值,设定流阻相同的多孔介质模型代替纤维网实际结构,利用Fluent软件对烘箱内部流体域模型进行仿真计算,通过实验验证了仿真建模及计算的正确性。仿真结果表明:现有结构的烘箱上风道内流场不匀,纤维网表面温度场均匀性较差,针对仿真结果反映出的问题对烘箱结构进行了优化;优化后的烘箱仿真结果显示烘箱内部流场均匀性提升,纤维网上表面温度的总体均匀度由86.43%提升到93.06%。对烘箱进行结构优化后不仅提升了烘箱内部整体流场和温度场的均匀性,同时有利于降低烘箱的能耗。

木塑空心柱轴压力学性能试验与有限元分析

为探究木塑复合材料用作低密度装配式建筑承重柱的可行性,通过材性测试和轴压试验评估共挤出木塑空心柱的轴压力学性能,并利用ABAQUS有限元分析软件模拟探究木塑空心柱壁厚、长细比和内置薄壁圆钢管壁厚对其极限承载力、变形能力和破坏模式的影响。模拟分析结果与试验测试数据高度一致,验证了模拟方法的有效性。试验研究表明,木塑空心柱主要通过局部压溃破坏,并表现出明显的弹塑性阶段。有限元分析结果表明,增加壁厚能提高木塑空心柱的初始刚度和极限承载力,其中8 mm厚度在成本、重量及承载能力方面具有最佳性价比。随着长细比的增加,木塑空心柱的承载力和刚度逐渐降低,破坏模式也从强度破坏转向失稳破坏。内置3 mm薄壁钢管显著增强了木塑空心柱的承载力和延性,其力学性能能够满足建筑对抗压承重构件的要求。

皮质悬吊装置和股骨间微动磨损有限元分析

研究了皮质悬吊装置的钛板和股骨表面的皮质骨承受交变载荷发生的微动行为.基于钛/皮质骨材料建立了球/平面微动磨损有限元模型,通过与Hertz接触理论和已有试验结果进行对比,验证了有限元方法的正确性;同时研究了位移幅值、摩擦系数和法向力对钛球/皮质骨接触面间微动磨损行为的影响.最后把已验证的模型和方法用于研究前交叉韧带(ACL)重建手术中的皮质悬吊装置和股骨间的微动磨损情况.发现随着微动位移幅值从2μm增大至10μm,磨损状态由部分滑移向完全滑移转变,最大磨损深度由0.195μm逐渐增大至14.13μm,磨损体积由5.69×10^(4)μm^(3)增大至1.41×10^(6)μm^(3);在位移幅值为5和10μm时,磨损深度、磨损面积和磨损体积都表现出随摩擦系数增大而减小的趋势;在位移幅值为5μm时,磨损深度随法向力的增加逐渐减小,在位移幅值为10μm时,磨损深度随法向力的增加逐渐增大.通过研究交变载荷下皮质悬吊装置/皮质骨微动磨损模型的微动磨损行为发现:磨损深度最大值在皮质骨隧道孔边缘的应力最大值处,并且与球/平面微动磨损模型预测趋势相同,可以通过增加皮质悬吊装置和皮质骨隧道孔边缘接触面间的摩擦系数来提高皮质骨的抗微动磨损能力,提高ACL重建手术成功率.

卷积神经网络与有限元分析在棒材轧制孔型参数仿真中的应用

为了实现智能化轧制仿真过程,提出了将卷积神经网络(CNN)与有限元分析相结合的方法,利用机器代替人工选择出最佳的轧制仿真结果,并确定最优的孔型参数.首先,将CNN用于轧件道次分类,可发现“卷积神经网络+图像预处理”测试模型精度最高,为91.84%~96%;其次,使用5种评估方法对比轧制仿真结果与理想仿真结果后可得出,均方根误差和感知哈希对仿真结果更为敏感;最后,将孔型参数朝轧制仿真结果变优方向进行修正,对比仿真结果与修正前结果后发现,第2次修正更为理想.本研究中实现了CNN对棒材轧制道次分类,利用机器识别出更优的轧制仿真结果,并确定了更适合的孔型参数,在降低人力、物力消耗,以及实现仿真智能化等方面具有重要的理论意义和实际应用价值.