刚柔耦合系统动力学建模新方法

作高速大范围运动的机械系统 ,由于运动和变形的耦合将产生动力刚化现象 ,传统动力学理论难以计及这种影响。通过 Kane方程在保证变形广义坐标完全精确到一阶项的前提下建立了系统一阶完备动力学方程。通过与传统动力学方程的对比分析 ,揭示了传统建模方法不仅遗失了动力刚度项 ,同时遗失了某些刚柔耦合惯性项。本文提出了一种通过对传统非完备动力学方程的修正以获得一阶完备动力学方程的新方法。

无柄解剖形人工髋关节生物力学实验研究

本实验对一种新型无柄解剖形人工髋关节 (英文名称为 A- Fix TM :Non- stem med Anatomical Total HipProsthesis)仿真临床置换术下的早期 (无骨水泥固定 )和后期 (用骨水泥固定模拟骨组织自然生长 )状态 ,进行生物力学实验研究 ,并对照正常自然股骨和股骨颈对实验结果进行归一化系数分析比较 .结果显示 ,无柄人工髋置换术后无骨水泥固定态和骨水泥固定态的股骨头垂直位移相似 ,均略大于正常股骨态的位移。置换后无骨水泥固定态和骨水泥固定态的应变分布特征也相同 ,但与正常态相比 ,股骨颈的受拉侧和受压侧的应变值都明显降低 ,并且变化平缓。相对于正常态而言 ,置换后无骨水泥固定态的安全系数在受拉侧提高 13% ,受压侧提高 2 7.6 % ;置换后骨水泥固定态的安全系数在受拉侧提高 2 9.6 % ,受压侧提高 2 2 .1%。置换前后股骨头最大扭转角都小于 0 .3°,无骨水泥固定态的扭转角是正常态的 0 .0 2倍 ,骨水泥固定态的扭转角是正常态的 0 .0 1倍。研究表明新型无柄解剖形人工髋关节具有低应力 ,高强度和小变形 ,抗松动 ,高刚度等一系列优异的力学特性 ,为其临床应用和推广 ,提供可靠的力学依据。

股骨颈骨折三枚加压松质骨空心螺钉内固定的生物力学研究

目的 :对临床常用的股骨颈骨折三枚加压松质骨螺钉内固定技术 ,进行体外力学稳定性测试。方法 :采用一具青年男性正常新鲜股骨作为试验标本 ,与股骨颈长轴垂直锯断 ,作成股骨颈头下型骨折 ,然后用三枚AO松质骨空心螺钉进行固定。骨折前后均在生物力学测试装置上测定其股骨头垂直位移和转角位移 ,以及股骨上端的应变变化 ,并进行归一化系数分析。结果 :股骨头垂直位移随着负荷增大而增加 ,骨折态股骨头垂直位移约为正常态的 2倍。骨折态的应变分布也发生了变化 ,股骨张力侧所受应变下降 ,而压力侧增加 ,说明股骨颈骨折三枚AO松质骨螺钉内固定后应力传导移向股骨上端内侧。无论正常态和骨折态 ,股骨头的扭转角均很小 ,但骨折态的最大扭转角为正常态的 11.9倍。结论 :股骨颈头下型骨折经三枚加压松质骨螺钉内固定后 ,其力学稳定性仍比正常态差 ,而且力学分布移向整个股骨的受压区域。因此在骨折愈合前 。

腰椎间盘突出症术后脊柱稳定性生物力学研究

目的：对腰椎间盘突出症经皮穿刺、半或全椎板切除三种髓核摘除术后腰骶椎结构稳定性所受影响进行定性、定量的研究。方法：采用生物力学测定的方法，对新鲜成人尸体腰骶椎结构正常的标本进行研究。结果：三种模拟手术与正常态之间腰骶椎结构稳定性有不同程度的差异。ＰＬＤ介入手术的局部穿刺对结构的损伤与破坏最小，全椎板切除术对结构有着较大的损伤与破坏，半椎板切除术的情况介于前两者之间。结论：ＰＬＤ手术具有局麻、安全、创伤小，不破坏腰椎后部结构，对椎管内组织无直接干扰，腰骶椎结构稳定性较好和术后康复快等优点。因此，对适应症选择合宜者是一种有效的手术方法，应予推广。

噪声控制压电智能系统研究的现状和展望

综述了噪声控制压电智能系统研究的现状。基于大量国内外有关噪声控制压电智能结构的文献,首先介绍了流固耦合问题的数值求解方法,接着对压电智能结构的研究现状作了简单介绍,最后详细介绍了噪声控制压电智能系统的研究现状和展望。

修正型人工膝关节在单、双髁负荷下二种固定界面胫骨平台的力学数值分析

本文对具有补偿前、后十字韧带功能的修正型人工膝在单双髁负荷下 ,以骨水泥固定和骨组织生长固定的胫骨平台二种固定界面的多种生物材料和金属材料组成复合结构的固定胫骨平台近端结构 ,通过有限元的数值分析 ,计算其应力与位移的分布和量值 ,并和人体膝胫骨平台计算结果比较 ,分析结果可供膝关节外科临床医学和新型人工膝关节的研究参考。

面向飞行器设计的网络虚拟设计环境的体系结构和关键技术研究

网络虚拟设计环境NVDE(Networked Virtual Design Environment)是在网络虚拟环境NVE(Networked Virtual Environment)中,实现多人异地的协同设计,目前主要应用领域是飞行器设计。首先介绍NVDE以网络为中心的体系结构,然后解释了两个关键技术:使用基于Windows的高性能计算实现单一平台设计和通过VLAN技术使光纤网络支持协同设计,最后总结NVDE当前的工作进展和下一步工作。

形成空间梁单元局部坐标系的一种新方法

本文提出了一种形成空间梁单元局部坐标系的新方法。此方法改变了传统的为了形成空间梁单元局部坐标系而输入辅助节点坐标值的模式，减少了数据输入工作量。

红细胞力学特性对微通道中流体动力学特征的影响研究

目的狭窄通道中红细胞的运动特性在人体氧气运输、微血管疾病等生理病理中有着重要的意义。主要研究红细胞力学特性对狭窄微管中的流体动力学特征的影响。方法搭建内径约为4μm红细胞流动特性测量平台,通过高速摄像系统和压力控制系统,测量不同力学特性的红细胞在微管中运动时细胞的变形和流场流动特性。通过改变红细胞硬度、微通道两侧压差,综合探究细胞膜硬度、体积面积比对及通道两端压差对狭窄通道内的流动特性的影响。

潜射导弹水下垂直自抛发射过程研究

研究了潜射导弹水下垂直自抛发射过程中的复杂多相流动问题。采用多相流m ixture模型,考虑了流体的可压缩性、黏性、重力作用、气水掺混效应和能量交换等各项因素。应有限体积法(FVM)和S imp le算法,求解气水两相混合介质的RANS方程和standardk-ε湍流模式。运用自编UDF模块和动网格技术,实现了导弹出筒过程中弹体运动与气水流场的耦合求解。计算结果揭示了潜射导弹水下垂直自抛发射过程中发动机喷管和发射管内复杂多相流动的演化、流场结构和流体动力特性。

CFD网格应用平台研究

CFD网格应用平台是ChinaGrid5大应用平台之一,它为各种不同的CFD应用提供了网格基础设施。平台采用了两层架构:上层基于WSRF服务,下层基于并行计算。为了无缝整合各种CFD应用,平台定义了一组包括CFD工作流模板和CFD分类码的重要概念,使用了一系列如CGNS数据可视化工具GVisual的关键技术。目前基于ServiceDomain的平台原型系统已经开发完成,性能测试表明CFD应用移植其到平台上后性能获得提高。

任意多连通域网格自动生成算法及其应用

给出了一种任意平面域内三角形网格自动生成的算法。本算法是根据下面两个事实而设计出来的：１．任意平面多连通域总可以剖分成若干个三角形单元。２．平面域内的活节点数目随着单元剖分总会趋近于零。文中还介绍了几种网格性能改善的方法。整个程序结构紧凑，需要人工输入的数据量少，生成的网格质量较高，而且算法稳定性能好。

平流层飞艇的附加质量及其对飞艇运动的影响

采用Hess-Sm ith方法对三维物体在流体中运动时的速度势进行数值计算,并用球体的理论值与之比较,验证了程序的正确性,在此基础上编写附加质量的计算程序,并与椭球的理论值进行比较,验证了该程序的可靠性。通过建立飞艇六自由度运动方程,利用不同的附加质量值计算飞艇的运动,得到了不同的运动参数值,依此判断附加质量值对飞艇运动有较大影响,不能随意假设。通过对飞艇运动状态参数的分析,指出飞艇在无控状态下是不稳定的,因此需要采用控制。

盐岩层井眼缩径粘弹性分析

在钻井工程中,盐岩层井眼易发生缩径卡钻。过去常把盐岩作为弹性体或弹塑性体考虑,而没有考虑其时间效应。工程实践表明,深部盐岩的变形常随时间而增长,呈明显的粘弹性性态。假设盐岩为服从麦克斯韦模型的均匀、各向同性的粘弹性介质,根据弹性-粘弹性对应原理,对井眼缩径的变化规律进行了理论研究;在井眼缩径变形弹性解的基础上推导出了粘弹性数学解析表达式,这对解决盐岩层井眼缩径卡钻及井壁稳定问题具有一定的参考价值。

保留前纵韧带的椎体间植骨术的稳定性实验研究

目的：为评价保留前纵韧带的椎体间支撑植骨治疗脊柱爆裂骨折提供的生物力学稳定能力。方法：用传感器及电测技术，采用新鲜人体胸腰段脊柱标本。结果：除旋转外，轴压、前屈、后伸、侧弯四种运动方式皆能提供满意的稳定性。结论：实验提示，该方法能明显增加损伤脊柱的力学稳定性，有利于提高脊柱的融合率。

虚拟解法分析浸入边界法的精度

浸入边界法是对流固耦合系统进行建模和模拟的有效工具,在生物力学领域的应用尤为广泛.该文的工作主要包含两个部分:程序验证和精度分析.前者证明了程序的正确性,后者给出了浸入边界法的精度.两部分工作均使用虚拟解法作为研究工具.在程序验证部分,使用二阶空间离散格式进行数值计算,通过分析各种变量的离散误差,得到的程序计算精度阶是二阶,与理论精度阶一致,证明了数值计算所使用程序的正确性.精度分析部分工作在此基础上展开.引入压强跳跃,在动量方程中加入相应源项,通过分析带有源项的控制方程中各物理量的离散误差,证明浸入边界法只具有一阶精度.同时可以得出以下结论:粗网格无法敏感地捕捉浸入边界的影响;当Eul-er网格固定时,增加Lagrange标志点的数目并不会改善计算误差.

人体膝关节在单双髁负荷下胫骨平台的近端部位的数值分析

本文对人体膝关节在单双髁负荷下 ,胫骨平台的多种生物材料组成复合结构的近端部位 ,进行有限元的数值分析 ,计算的应力分布和量值 ,可供膝关节外科临床医学和新型人工膝关节的研究参考。

经皮穿刺腰椎间盘切割术损伤状态的脊柱稳定性研究

自的 通过对模拟椎间盘损伤状态的脊柱稳定性研究,从生物力学角度来评价经皮穿刺腰椎间盘切割术。方法 采用新鲜人体脊柱腰骶段标本。按不同的正常脊柱标本和模拟经皮穿刺腰椎间盘切割术脊柱标本,分步进行加载,分别测定两坐标系间相对位移和转角。结果 绘制载荷-转角位移曲线,计算平均柔度系数和标化的平均柔度系数,发现椎间盘损伤状态下脊柱的抗扭能力明显下降(P<0.05)。结论 从生物力学角度而言,经皮穿刺腰椎间盘切割术是一种能较好保持脊柱稳定性的治疗腰椎间盘突出症的方法。

复合材料层合壳体的弹性理论解

本文研究了正交铺层并可具有各向同性层的纤维增强圆柱壳体,两端为简支,承受轴对称分布载荷的层问应力问题。纤维单层可简化为正交向异性的或横观各向同性的材料,直接应用三维弹性理论求得精确解。实例计算分析了在均布压力作用下的双层与三层叠层圆柱壳体。所得结果不但可作为评价其它近似方法的参考,而且在层合结构的设计中也有较大的实用价值。

正则化δ函数对浸入边界法精度的影响

浸入边界法是对流固耦合系统进行数学建模和数值模拟的有效工具,在生物力学领域的应用尤为广泛.正则化δ函数对精度的影响是研究浸入边界法本身性质的一个重要课题.采用虚拟解法对此展开分析.首先使用光滑虚拟解证明程序的正确性,然后使用压力存在跳跃的虚拟解研究浸入边界法的精度.通过分析使用4种不同的正则化δ函数时整个流场的离散误差,得到以下结论:浸入边界法只具有1阶精度;选用不同的正则化δ函数,不能提高浸入边界法的精度,但会影响整个流场的离散误差值.