不同运动负荷下腰椎应力的三维非线性有限元分析

目的 :利用三维非线性有限元分析 ,研究 15 0 0N压力和 15Nm弯矩下的脊椎前屈、后伸、侧弯和扭转运动时腰椎应力分布 ,探讨腰椎运动损伤的力学机制。方法 :基于L3-L4节段的CT扫描数据建立有限元模型。根据腰椎三关节复合体结构 ,观察椎间盘膨出内陷尺度、纤维环应力水平、小关节负荷水平及后部结构等效应力分布来评价运动负荷导致的力学变化。结果 :压力和前屈负荷引起椎间盘前部受压膨出 ,后伸和侧弯负荷引起椎间盘在后部和后外侧部膨出。扭转不仅引起单侧小关节高负荷承载 ,还造成椎间盘后外侧区纤维环应力集中。后伸时小关节负荷虽低于扭转 ,但高于侧弯和前屈。椎弓根和椎弓峡部在压力和后伸负荷下等效应力较高。结论 :椎间盘对压力的耐受性好于拉力 ,椎间盘后外侧区是各负荷下变形最大的区域 ,该部纤维环易于出现高应力而失败。小关节对腰椎活动特性有重要作用 ,扭转、后伸和高压力负荷引起小关节承受高负荷和小关节应力失败有关。椎弓根和椎弓峡部以及椎体前上部皮质骨区在屈伸和压力负荷下容易出现与应力相关的破坏。

腰椎节段形态对峡部、小关节应力及小关节接触力影响的有限元分析

目的：探讨腰椎形态结构变化对峡部裂性滑脱及小关节退变的作用和意义。方法：采用改良的“非种子区域分割方法”及非平行“最佳切割平面”等一系列新型计算机辅助设计（CAD）方法精确建立包括椎间盘高度、腰椎小关节角、椎间盘前凸角改变的L4～L5活动节段有限元模型；在2700N轴向压缩载荷条件下，分别对各有限元模型的峡部、小关节应力、小关节接触力以及椎间盘负载进行测试。结果：压缩载荷下，腰椎活动节段峡部、小关节等效应力及小关节接触力随椎间盘高度的减小而减小，随小关节角的增大而增加，随椎间盘前凸角的增加而减小。结论：椎间盘高度、腰椎小关节角、椎间盘前凸角等形态结构变化对腰椎节段有限元模型的峡部、小关节应力及小关节接触力有明显的影响。提示腰椎峡部应力性骨折及小关节退变的发生与椎间盘高度、腰椎小关节角、椎间盘前凸角等解剖形态因素有关。

摄动热电机三参量有限元对DSAW声波力学的研究

压电石英声表面波(PSAW)装置结构的实际扰动压电声表面波(DPSAW)特性受电极几何材料参数的扰动影响,而温度又将进一步影响DPSAW基频和波速。除了电极影响外,该文还考虑高阶温度系数的影响。由于对带热带电极各向异性分层压电材料结构,还没有或很难获得理论解,该文首次利用高效高精度三参量摄动热-机-电有限单元方法,即声元和应力元法,力图为计算热压电/力学奠定理论基础,优化电极厚度。精确计算了在一定温度下各阶温度系数对SAW谐振器波速波频的影响,以利于温度/电极耦合补偿设计。简单模拟计算热表面贴片封装应力(SMS)变形,得到了一系列不同温度下有用的计算值。自由表面SAW理论解和室温试验数据与数值计算结果一致,验证了该热压电有限元理论的可靠性。