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T12椎体前缘不同压缩状态下相邻椎体终板应力的有限元分析
背景：椎体压缩骨折是老年骨质疏松症患者常见的脊柱骨折，椎体前缘的压缩程度与邻近椎体再骨折是否相关尚未明确。
目的：利用有限元方法建立T12椎体前缘不同压缩状态模型，并分析T12椎体前缘压缩程度与邻椎终板应力的相关性。
方法：基于正常成年人志愿者的胸腰段CT数据，导入MIMICS/3-matic，经图像分割、修补及三维网格化获取胸腰椎T11-L1节段数据，网格赋材质属性后导入ABAQUS，建立韧带、小关节等特征，获取逼真的三维有限元模型。对模型前屈、后伸、左侧屈、右侧屈、左旋及右旋等6个自由度进行加载，验证正常模型的有效性。分别将T12椎体前缘压缩至90%，80%，70%……10%共9个状态，提取T11下终板及L1上终板的MISES应力，获得压缩状态与邻近终板应力的关系曲线。
结果与结论：①该模型高度逼真，能真实反映实际受力状态；②结果表明，T11椎体下位终板和L1椎体上位终板的应力值与T12椎体前缘的压缩程度呈正相关，应力增加可能导致终板骨折的可能性增加，进而增大相邻椎体的骨折风险。 -
三维有限元分析腰骶椎结构的动态特性
背景:有文献对人体正常脊柱腰骶椎进行了固有模态分析及谐响应分析,但尚未有研究涉及对比椎弓根螺钉内固定前后腰骶椎的固有模态分析及谐响应分析.目的:采用三维有限元方法探讨人体腰骶椎的动力学特性.方法:基于CT扫描图像建立并验证经椎弓根螺钉系统内固定前后腰骶椎L1-S1节段有限元模型,然后对固定前后腰骶椎模型分别进行有限元模态分析和谐响应分析.结果与结论:①在腰骶椎模型的腰椎L1,L3,L5节段棘突处选取代表性节点,节点编号分别为A,B,C;②内固定后腰骶椎模型的各个节点在Y,Z方向上位移大峰值比正常腰骶椎模型位移大峰值均明显减小,表明螺钉内固定系统对腰骶椎部分起到了保护作用,使得固定后的腰骶椎在受到外界激励时振幅减小,对外界激励的敏感性减弱;③腰骶椎的模态分析是进一步进行动力学分析的基础,确定了腰骶椎的固有频率、振型和振幅等振动参数.通过谐响应分析研究简谐载荷对人体脊柱腰骶椎L1-S1节段的影响,对于腰骶椎的振动特性分析方面具有重要意义.
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基于Abaqus下植入体与股骨腔配合的有限元分析
目的 提出一种新的数值模拟方法分析术后植入体对股骨产生的二次损伤现象的深层原因.方法 首先通过Mimics软件在患者的CT数据中提取股骨数据进行三维重建,再利用Geomagic 软件进行网格划分,在UG软件中进行植入体的设计,并且对皮质骨和松质骨分别进行建模,完成与植入体的装配.后将植入体与股骨模型导入到Abaqus中进行有限元析.结果 数值模拟分析结果表明,植入体末端应力应变大,易发生损伤,且股骨下端1/3处应力应变大,导致植入术后一段时间植入体与股骨内腔发生接触松动以及摩擦生热且股骨易发生二次骨折.结论 植入体和股骨有限元分析为临床髋关节置换术与术后恢复的有效防范提供了理论依据.
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椎骨胸腰节段压缩骨折的有限元分析研究
目的 利用有限元方法建立椎体前缘不同压缩状态模型,并分析椎体前缘压缩程度与邻椎终板应力的相关性.方法 基于正常成年人志愿者的胸腰段CT数据,导入Mimics,经图像分割、修补及三维网格化获取胸腰椎T11～L1 3个节段数据,网格赋材质属性后导入ABAQUS软件,获取逼真的三维有限元模型.对模型进行生理载荷加载,验证正常模型的有效性.将L1模型底部全自由度固定,在T11模型上方施加前屈、后伸及轴向压缩载荷,分别将椎体前沿压缩至90％、80％、70％…..10％9个状态,提取T11下终板及L1上终板的MISES应力,获得了压缩状态与邻近终板应力关系曲线.结果 该模型高度逼真,能真实反映实际受力状态;T11椎体下位终板和L1椎体上位终板的应力值与T12椎体(研究对象)前沿的压缩程度正相关.结论 应力增加可能导致终板骨折可能性增加,进而增大相邻椎体的骨折风险,有限元分析结果能够为临床实践提供依据.
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基于有限元分析的脉搏形态三维重构
利用有限元模拟分析的方法获取脉搏的三维形态.基于双目视觉脉搏图像传感器工作原理,利用三维软件PRO/E建立脉搏图像传感器模型,把建好的模型导入Abaqus软件,应用Abaqus/Standard对模型进行静态分析.结合中医切脉思想和双目视觉测量的实验过程,把整个模拟分析过程分为4步:第1步是模拟脉搏跳动,第2和第3步模拟切脉过程,第4步模拟中医得到脉搏特征信息.提取模型传感器气囊探头薄膜上不同位置的130个特征点,获取其中一个特征点的一个脉搏周期的脉搏波形,对提取的130个离散特征点利用“三角形”法连接成三维曲面.相比于利用双目视觉测量原理获取气囊探头薄膜上的空间少量离散特征点直接插值构成的三维曲面的方法,本文方法重构的三维图具有提取的空间离散特征点多,同等条件下节约了0.120 379 s的时间,更能够切合指感施压下切脉皮肤表面的时空域变化的优点,为进一步在时空域中提取多种表征脉搏形态的特征奠定了基础.
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基于ABAQUS有限元片剂压缩过程应力分析
基于有限元分析软件ABAQUS对片剂压缩过程进行模拟和仿真分析.通过该软件来研究片剂内部应力的变化及分布情况,粉体在被压缩直到解压的过程,Mises等效应力由开始主要集中于模型边缘,尤其是靠近中模的区域,在被顶出阶段,则转变成靠近下冲的区域应力大化.而粉体内部的剪切应力呈现正负数值,说明剪切应力的方向存在相反的情况.密度的主要分布还是以上下冲以及中模区域为集中且较大,粉体与中模之间的摩擦系数越大,分布在上下冲和中模的应力应变就越大,密度稍微变小.由此可以得出,较为适当的摩擦系数才能够制得工艺合格的片剂,在大摩擦系数下制得的片剂则容易产生坏片、裂片、破碎等相关问题.
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基于液固耦合的光镊拉伸红细胞变形特性
目的:通过液固耦合的方法模拟红细胞在光镊拉伸过程中的变形情况,从而得到其剪切模量等力学参数,以探索其变形规律.方法:通过PRO/E建立血细胞三维双凹椭球模型,导入到ABAQUS软件中,采用超弹性材料,通过流体腔模型实现液固耦合,对光镊拉伸红细胞模型进行有限元计算.仿真再现红细胞变形的整个过程,拟合Suresh试验数据得到红细胞的剪切模量,进一步分析细胞质、细胞大小和形状与变形能力的关系.结果:仿真得到正常红细胞的剪切模量在5～9 μN/m之间;细胞形状和直径均对变形能力有一定影响:直径越大,变形能力越差;双凹椭球细胞相对于球形细胞有更好的变形能力.结论:流体腔模型能够高效实现液固耦合,较好地模拟红细胞在光镊拉伸过程中的变形情况,直观地揭示细胞质、细胞大小和形状与变形的关系.为研究其他壳液提供了一种方法和参考.
