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关键词： 严重腰椎骨折   有限元分析   生物力学   椎弓根螺钉   后路短节段   应力   邻近节段  

摘要： 背景:严重腰椎骨折的手术治疗以后路短节段固定为主,不同椎弓根螺钉内固定方式在生物力学性能上存在差异。目的:应用三维有限的元技术模拟3种不同螺钉内固定技术治疗L_(1)椎体严重骨折,在模拟脊柱运动过程中对比分析伤椎上下节段间盘、骨折椎体及内固定装置等的生物力学特征。方法:建立T_(11)-L_(3)脊柱三维模型并模拟L_(1)椎体重度不稳定骨折,在此基础上分别建立3种不同椎弓根螺钉固定方式:模型A,传统4钉固定(T_(12),L_(2)各2钉);模型B,通用脊柱系统4钉内固定(T_(12),L_(2)各2钉);模型C,经伤椎6钉内固定(T_(12)、L_(1)、L_(2)各2钉)。对各模型施加载荷和约束,模拟脊柱在前屈、后伸、左侧弯、右侧弯、左旋转、右旋转下内固定物的最大应力及最大位移情况,以及L_(1)椎体的位移、损伤椎体上下椎间盘的应力。结果与结论:①模型C在前屈、后伸、左侧弯、右侧弯、左旋转、右旋转不同的运动状态下,L_(1)椎体的最大位移及活动度最小,螺钉和连接棒的最大应力最小,邻近上下椎间盘最大应力最小;其次为模型B,而模型A的L_(1)椎体最大位移、活动度及螺钉连接棒应力、位移最大,生物力学稳定性最差,更容易发生邻近节段退变;②提示在治疗重度腰椎骨折时,相比通用脊柱系统钉和传统4钉固定,经伤椎6钉内固定在内固定物上的应力最分散,且椎体钉棒的位移和活动度最小,更可能减少内固定失败和邻近节段间盘退变发生。

关键词： 鼓网   轮毂   裂纹   修复   加固   应力  

摘要： 某电厂海水冷却系统鼓形滤网轮毂因设计缺陷而产生裂纹,不断拓展开裂,导致鼓网不可用,使机组因丧失海水冷却功能而无法正常运行。本文从材料、设计等角度对该问题进行了详细的原因分析,并根据现场实际情况,结合鼓网结构形式,采用有限元网格建模分析的方法,在充分论证计算的基础上,采用修复与加固的措施,通过全新的轮毂修复加固装置的设计和实施,成功解决该项重大缺陷,创造了一种新的轮毂缺陷处理方法,同时显著缩短了施工时间,为同类问题的解决处理提供了经验与借鉴。

关键词： 异形个性化钛板   传统重建接骨板   髋臼双柱骨折   骨折内固定   多体位   位移   应力   有限元分析   生物力学  

摘要： 背景:髋臼双柱骨折类型复杂且常见,目前治疗髋臼双柱骨折多采用传统重建接骨板,其与骨面的不匹配性会加大手术难度。个性化接骨板能够实现接骨板与骨面贴合,但个性化接骨板与传统重建接骨板固定髋臼双柱骨折的生物力学对比研究较少,且模拟的体位姿态较为单一。目的:采用三维有限元方法分析复杂髋臼双柱骨折不同内固定方式在各种体位下的生物力学特性,为临床应用提供必要的生物力学依据。方法:建立累及方形区的复杂髋臼骨折中最具代表性的双柱骨折模型,在此基础上建立异形个性化钛板固定(A组)、前后柱双钛板固定(B组)、前柱重建钛板+后柱拉力螺钉固定(C组)和前柱重建钛板+髋臼下螺钉固定(D组)4种不同内固定方式固定复杂髋臼双柱骨折的三维有限元模型,分别模拟静坐、站立、患侧前伸、患侧外展以及患侧单腿站立体位下对4种复杂髋臼双柱骨折模型进行有限元分析,比较4种内固定方式的生物力学性能差异。结果与结论:①在各种体位下,骨折线上节点位移以及平均位移均表现为A组0.05);在静坐、患侧前伸和患侧外展体位下,A组与B组、B组与C组、C组与D组无统计学差异(P>0.05),A组与C组、A组与D组、B组与D组之间差异有显著性意义(P<0.05);②A组各个骨折块所受最大应力相较于其他组更小,且骨折块所受应力分布更加均匀;内固定物应力主要集中于接骨板在骨折断端附近区域,其中A、B组内固定方式应力分布较为均匀,C、D组内固定方式应力集中较为明显,且A组相较于其他3组内固定物最大应力值减小了4.86%-54.61%;③在患侧前伸和患侧外展体位下,A、B组均具有较大的应力遮挡率,两组最大差值为5.67%;在患侧单腿站立体位下,A组内固定应力遮挡率最高,而D组应力遮挡率最小;④提示异形个性化钛板固定(A组)相较于其他3组传统重建接骨板固定具有更好的生物力学稳定性。

关键词： 椎弓根螺钉   腰椎   脊柱固定   应力分析   拔出强度   改道置钉   有限元分析   生物力学  

摘要： 背景:目前,椎弓根螺钉固定技术被公认为腰椎后路融合的金标准,然而,该技术也存在一些负面并发症,例如置钉方向不理想、螺钉松动、断裂等。针对这一问题,有必要对螺钉重新置钉的力学特性进行深入研究,优化置钉方案提高手术的成功率和安全性。目的:通过结合有限元分析和生物力学实验验证,对传统轨迹椎弓根螺钉在多次拔出过程中的力学性能进行对比分析,以揭示螺钉在多次拔出过程中拔出强度的变化规律,为临床提供关于椎弓根螺钉重新置钉的安全性和有效性方面的科学依据。方法:基于CT扫描数据三维重建L4腰椎模型,利用3D打印技术打印生物实验样本,并按照置钉方案进行拔出实验。根据CT数据和标准椎弓根螺钉参数,建立L4腰椎有限元模型和椎弓根螺钉模型(直径为6.0 mm,长度为45 mm),根据置钉角度和次数将模型分为5种工况,建立有限元模型来模拟轴向拔出力实验,通过观察椎体的应力分布以及螺钉的轴向最大拔出强度,将3D打印力学实验结果与仿真结果进行对比分析。结果与结论:①设计并搭建了一套椎弓根螺钉拔出实验装置;②3D打印力学实验中对比正常置钉和一次不理想置钉工况下的4组模型,正常置钉组模型展示了最大抗拔出力,为(1422.63±23.80)N,且随着置钉偏移角度的增大,各组模型的最大抗拔出力逐渐减小;③对比一次不理想置钉和修正置钉工况,当不理想置钉偏移角度大于3号模型的角度时,重新以正常角度置钉有助于提升螺钉的抗拔出力;④对比二次不理想置钉和再次修正置钉工况,重新以正常角度置钉工况降低了螺钉的抗拔出力,不更换螺钉情况下不建议进行第3次置钉;⑤3D打印力学实验得出的拔出强度与有限元模拟得出的拔出强度具有较高的相关性,相关系数为0.98,两种方法的结果无显著差异(P>0.05)。

关键词： 神经根型颈椎病   Mulligan技术   三维有限元分析   作用力   应力   应变  

摘要： 目的基于有限元分析,比较不同力度大小的Mulligan技术对颈椎椎体、椎间盘的应力应变情况。方法选取1名神经根型颈椎病的颈部CT资料,通过Mimics、Ansys软件构建椎间盘、椎体等C_(5-6)颈椎有限元模型,基于相关文献完成颈椎各组织结构的弹性模量、弹性系数赋值;固定C_(5)椎体上终板,在C_(5)椎体上表面给予垂直向下的73.6 N载力。选取C_(5-6)椎间孔作为参考点,比较不同力度大小实施Mulligan技术时椎间孔有效横截面积变化。结果Mulligan技术在350~380 N力度,可有效使错位的椎间孔上下对齐。结论Mulligan技术可有效缓解神经根型颈椎病患者因椎间孔错位引起的神经根受压。

关键词： 种植义齿   上颌窦提升术   三维有限元   应力  

摘要： 目的:研究不同骨质条件对上颌窦底提升术后的种植义齿修复的影响,分析种植体及周围骨组织,骨替代材料所受应力的变化,为临床治疗提供生物力学参考依据。方法:建立上颌骨剩余骨高度为(11 mm、9 mm、7 mm、5 mm、3 mm)的简化三维模型。此模型中模拟植入一枚4.0×10 mm的标准种植体,上颌窦内提升高度为(2 mm、4 mm、6 mm、8 mm)。同时,设定骨质类型为Ⅱ类、Ⅲ类及Ⅳ类,并以无需提升高度的上颌窦种植义齿模型作为参照。通过牙冠咬合面施加150 N垂直、功能尖斜面实施45°、50 N斜向加载,采用三维有限元技术,对各个模型组进行应力评估。结果:在相同的加载条件下,各骨质模型组中,皮质骨所承受的应力尤为显著。皮质骨的应力水平与上颌窦的提升幅度密切相关,其应力分布趋势总体上呈现出先降低后升高的波浪样改变,6 mm模型组应力值相对最小。骨替代材料、松质骨、基台、中央螺丝应力值和种植体位移大体呈下降趋势,垂直向加载下产生的应力远小于斜向45°加载下产生的应力。结论:上颌骨质与骨组织应力值相关。借助上颌窦提升术及骨替代材料的植入,能够显著增加上颌后牙区的骨量,从而减轻种植体与骨接触面的应力。植骨高度达到6 mm时,种植体与骨界面的应力水平降至最低。垂直载荷对于种植修复体的稳固性及周围骨组织的应力分布有益。

关键词： 化学离心泵   管道热膨胀   应力分析   柔性补偿   布置优化  

摘要： 化工装置中的离心泵与配套管道在温升工况下产生热位移与附加内力,应力路径由支承约束与设备接口边界共同决定。若柔性不足,泵口载荷与局部截面应力会出现超限风险,诱发泄漏与疲劳损伤。面向系统整体与关键节点两个尺度,本文构建位移控制与力控制并行的分析框架,给出热伸长通道识别、支承拓扑优化与泵口载荷约束的统一思路,提出以自然补偿与构件补偿协同的柔性设计方法,并将施工偏差与运维变更纳入边界假设,实现从建模、评估到监测、校准的闭环。方法强调分层建模、等效刚度与可观测性在工程中的落地价值,兼顾安全、成本与可维护性。

关键词： 干热岩地热井   热流固耦合   套管-水泥环胶结面   应力场   理论解  

摘要： 干热岩是一种新型清洁能源,对其开发利用,能够有效减少碳排放和缓解化石能源短缺问题。在所有井筒系统结构中,套管-水泥环胶结面是较为薄弱的结构,在热流固耦合作用下,套管-水泥环胶结面破裂机理尚不清楚。本文考虑套地层孔隙水压力、套管内注入水与地层之间温差所引起的热载荷、孔隙流体的热渗效应(T-O),建立干热岩地热井套管-胶结面-水泥环-地层组合体热流固耦合模型。通过拉普拉斯变换和逆变换,对模型进行求解,并与已公开发表的温度场数据和径向应力场数据进行比对验证。以青海共和盆地恰卜恰地区干热岩井为工程背景,得到了井筒系统内各界面随时间发展的温度曲线和径向应力曲线,发现套管-水泥环胶结面处的温度在2.3 d左右降低到套管内壁温度,而径向应力开始有短暂的降低后增加,径向应力最小值为6.31 MPa。进一步分析胶结面的热流固耦合参数对干热岩地热井套管-胶结面界面径向应力的影响规律,结果表明:当胶结面的弹性模量、泊松比、T-O系数与水泥环的相应属性相近时,或者较低的地层温度和较小的胶结面孔隙率,均能减小套管-胶结面界面处的径向应力,因而更有利于套管-胶结面-水泥环-地层组合体的完整性。该结论对干热岩地热井保护井筒的完整性具有重要的指导意义。

关键词： 泵站   桩基础   有限元   应力   安全评价  

摘要： 软土地基的陶家路江排涝泵站易产生基础不均匀沉降和混凝土结构开裂的病害,叠加结构主体处于海水的弱腐蚀工作环境,其结构存在安全风险。文章通过建立软弱地基桩基础泵站结构非线性有限元分析模型,并对不同设计工况下泵站结构-地基系统应力变形进行计算,得出泵站结构和混凝土钻孔灌注桩桩基的应力、位移等力学指标的量值和空间分布规律;评价泵站结构安全性和基础处理方案合理性。研究成果可为类似泵站工程建设与运用提供借鉴。

关键词： 凹陷   压头形状   回弹系数   应力   预测公式  

摘要： 凹陷作为埋地管道的典型缺陷,通常是由周边环境的石块挤压或碰撞而形成。当石块被清除,管道凹陷区域会发生回弹,且不同凹陷形状下的管道回弹程度不同。为了评价不同凹陷形状对管道回弹过程的影响,分别建立球形凹陷、矩形凹陷管道的三维有限元模型,分析凹陷管道回弹前后的应力和应变的响应规律。研究了不同影响因素对回弹系数的影响,拟合得到了2种凹陷形状下的管道回弹系数工程计算公式。结果表明:不同凹陷形状的管道回弹程度、应力和应变的变化不同;回弹系数随着管道内压、径厚比和压头尺寸的增加而降低,随凹陷深度增加而增加;所建立的回弹系数预测公式精度较好,可用于预估球形凹陷和矩形凹陷管道的回弹程度。