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基于三维有限元模型的人体全腰椎振动特性研究: 2024年; 振动暴露被认为是诱发腰椎退行性病变和下腰痛的重要原因,本研究旨在探寻振动载荷对腰椎生物力学的影响。基于人体腰椎L1节段至骨盆(L1-pelvis)的CT扫描数据,重构L1-Pelvis三维几何模型。对该几何模型进行网格划分和材料特性赋值,建立L1-Pelvis三维有限元模型,并利用可获得的实验数据对模型的有效性进行验证。基于该有限元模型,通过瞬时动态分析计算出腰椎各运动节段在幅值40 N,频率5 Hz轴向正弦振动载荷作用下的力学响应,并与-40 N和+40 N轴向静态载荷作用下的结果进行对比,响应参数包括椎体轴向位移、纤维环膨出变形和纤维环基质冯·米塞斯应力。研究结果表明,相比于静态载荷,振动载荷下腰椎各运动节段的椎体轴向位移、纤维环膨出变形、纤维环基质冯·米塞斯应力的幅值分别增加了0.550~1.020 mm、0.124~0.251 mm、0.043~0.099 MPa,最大增幅分别可达195.0%、175.7%、151.4%。从量化角度说明振动载荷下腰椎发生损伤的风险更高。; 范威张驰张驰王庆东郭立新; 关键词：生物力学有限元模型振动载荷

不同数值模拟方法预测消声器传递损失的比较研究被引量：4: 2020年; 分别采用三维有限元法(Finite element method,FEM)和三维时域计算流体力学法(Computational fluid dynamics,CFD)对消声器的传递损失进行预测,并将计算结果与文献中的实验数据进行对比,然后从计算结果的准确性,计算耗时和易用性三个方面对这两种数值方法进行比较研究。研究结果表明:无论消声器内是否存在气体流动,两种方法都能够对消声器的传递损失进行合理预测。相比之下,时域CFD法能够获得更加准确的计算结果,但计算时间消耗较长;有限元法计算时间消耗较短,但应用起来较为复杂。; 张昊郭立新范威; 关键词：消声器气流

基于计算流体力学计算结果的穿孔管消声器声学性能研究被引量：7: 2017年; 为了准确研究温度与气体流动对某轿车穿孔管消声器声学性能的影响,建立消声器的结构模型与内部流体域模型,并分别划分流体域的计算流体力学(Computational fluid dynamics,CFD)网格与声学有限元网格。利用Fluent软件对消声器内部的温度场与气流速度场进行仿真计算。通过网格映射的方法,将CFD网格上温度、气流速度等数据转移到声学网格中,以CFD计算结果作为声场分析的边界条件,应用声学软件LMS Virtual.Lab Acoustics对消声器内部声场进行数值模拟,得到传递损失曲线。研究结果表明,介质温度升高使传递损失曲线向高频方向移动;存在气体流动时传递损失曲线向低频方向移动,传递损失也有所增加,尤其是在20~200 Hz的低频段内变化较为明显,但总体来看变化幅度不大。; 郭立新范威; 关键词：穿孔管消声器声学性能

人工锥体的尺寸对颈椎力学特性的影响: 2023年; 基于有限元法,研究了人工锥体(AVB)的尺寸对颈椎锥体置换融合术(VBRF)重建结构生物力学特性的影响.首先,开发了一个Abaqus插件,其可以参数化建立人工锥体三维模型并配合颈椎有限元模型建立VBRF有限元模型;其次,对多种VBRF模型(AVB的尺寸不同)进行有限元分析;最后,引入了与植入物和椎骨融合密切相关的重要指标Pease值(终板中利于骨生长的应变面积与终板总面积的比值),并进行了比较.结果表明:在AVB大小相同壁厚不同的条件下终板Pease值没有明显差异,但是,AVB的大小对终板的Pease值有显著影响.AVB的外半径在4~6mm之间时,Pease值相对较高,更有利于植入物与椎骨融合.; 张东祥张弛范威郭立新; 关键词：有限元分析

考虑气流影响的直通穿孔管消声器声学性能被引量：5: 2016年; 为了研究气流对消声器传递损失的影响,采用有限元法(finite element method,FEM)和计算流体力学法(computational fluid dynamics,CFD)相结合的方法来解决这种流声耦合问题.以直通穿孔管消声器为例,计算出它们存在气流时的传递损失,并与文献中的实验数据和预测结果进行对比,以验证计算结果的准确性.研究结果表明:当忽略消声器内部气流引起的湍流噪声时,随着气流速度的增加,除了共振峰值处的传递损失显著减小外,多数频率处的传递损失有所增加,尤其是在较高频段内变化较为明显;随着气流温度的增加,传递损失曲线向高频方向移动.; 范威郭立新; 关键词：气流有限元法计算流体力学

振动载荷下不同入路腰椎椎间融合术的生物力学研究被引量：4: 2021年; 振动导致的人体脊椎损伤以及多种腰椎疾病已引起国内外的广泛关注。为了探究振动载荷下不同入路腰椎椎间融合术联合一种棘突间内固定器—椎间辅助运动装置(DIAM)时的生物力学特性,以正常人体全腰椎三维有限元模型为基础,通过模拟临床术式,分别建立前路腰椎椎间融合术(ALIF)、经椎间孔腰椎椎间融合术(TLIF)和经侧方腰椎椎间融合术(LLIF)的有限元模型,融合节段为L4–L5,并将DIAM植入于L4–L5棘突间。通过瞬时动态分析,对ALIF、TLIF、LLIF模型在轴向循环载荷作用下的应力响应进行计算比较。结果表明,相比于ALIF和TLIF模型,LLIF模型中终板与椎间融合器间的接触力较高,其终板及DIAM上的冯·米塞斯应力较低,说明振动环境下LLIF的生物力学性能更好;当椎体间达到骨性融合后,三种手术模型的终板应力及DIAM应力均有所降低。综上所述,期望本文研究结果可为融合手术方案的选择以及术后腰椎振动保护方法的制定提供参考。; 范威张驰王庆东张东祥郭立新; 关键词：腰椎椎间融合生物力学骨性融合

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范威