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关键词： 应力波载荷   弹塑性断裂   动态断裂   裂纹   冲击响应   韧性   907A钢  

摘要： 本文利用Hopkinson单压杆实验装置 ,对材料的弹塑性动态断裂特性进行了研究 ,建立了应力波载荷作用下动态裂纹起裂、扩展、止裂全过程的动态分析方法 ,采用该方法可同时测得材料的动态断裂韧性、裂纹扩展速度和止裂韧性。 90 7A钢三点弯曲试样的实验结果表明 ,该钢的动态裂纹扩展是先加速后减速过程 ,在 1 4 9× 10 7MPam /s的加载速率下 ,最大裂纹扩展速度为 2 36 13m/s ,动态断裂韧性和止裂韧性分别为JⅠd=5 5 2 .4 2kJ/m2 ,JIa=4 14 .0 5kJ/m2 .

关键词： 承载能力   理论力学模型   弹性力学模型   内应力分布   链环式超越离合器  

摘要： 链环式超越离合器是一种新型摩擦式超越离合器 ,它的一个重要的特性就是具有比传统超越离合器更高的承载能力[1] 。本文通过建立链环式超越离合器的整体模型 ,得到了链环式超越离合器的理论力学模型 ,并进一步建立了其弹性力学模型 ,对模型求解后得到了链环式超越离合器的内应力分布 ,并通过试验证明结论。展示了链环式超越离合器动应力求解的一般过程 ,并进一步证明了其高承载能力的原因 。

关键词： 中心裂纹圆盘   应力强度因子   复合模式  

摘要： 在无裂纹圆盘应力分量解析解的基础上 ,利用泰勒级数展开 ,并运用三角函数的倍角公式 ,得到了σθ、σrθ和σr幂级数展开式及其系数Aji的统一表达式 .然后 ,用权函数方法推导出Ⅰ +Ⅱ复合模式加载条件下中心裂纹圆盘试件应力强度因子KⅠ 和KⅡ 的计算公式及系数 fji 的统一表达式 ,可以解决任意相对裂纹长度或任意加载角(裂纹方向与载荷作用线夹角 )下 ,KⅠ 和KⅡ 的精确计算问题 .算例分析表明随着裂纹相对长度α的增大 ,计算应力强度因子时 ,必须取足够大的项数n(n>5 ) ,才能保证级数解的精度 ;对于中心裂纹圆盘试件 ,产生纯Ⅰ型裂纹的加载条件不随裂纹的相对长度而变化 ,而产生纯Ⅱ型裂纹的条件与裂纹的相对长度和加载角相关 ;此外 ,当实施纯Ⅱ型裂纹试验时 ,可根据实测的裂纹相对长度α ,计算出试验应设置的临界加载角θc.

关键词： 层合梁   叠加原理   三角级数   勒让德级数   广义势能原理  

摘要： 为了克服层合梁经典理论的缺点 ,提高层间应力的计算精度 ,提出了受分布载荷层合梁应力分析的一般理论。首先根据叠加原理将原始受力状态分解成对称与反对称受力状态。然后用正交完备的三角级数和勒让德级数构造这两种受力状态中每一铺层与层间胶层的位移场 ,并应用广义势能原理确定位移场中的待定系数 ,从而确定层合梁的位移场和应力场。同时 ,单层梁与单层梁之间的胶层被视为各向同性材料并且与其它材料层具有相似的力学特性 ,即具有有限厚度、有限弹性常数。计算结果显示 ,这种解法的收敛性非常好 。

关键词： 有限元   自适应   模拟   生理限定应力   松质骨细观结构   负反馈  

摘要： 松质骨是骨的重要组成部分 ,属多胞体结构 ,由于构成松质骨的小梁骨尺寸较小、形状多变 ,因此给松质骨的研究增加了困难。本文把负反馈调节的生理特征引入骨再造模拟中 ,提出带有生理限定应力的骨再造自适应模型。模型具有骨再造局部适应的正反馈调节与整体控制的负反馈调节的生理调整过程 ,使骨结构内的应力控制在生理限定应力以下 ,维持骨力学环境的稳定。使用此模型在几种不同的力学环境下模拟了松质骨结构 ,定量地预测了松质骨细观结构与其力学环境的对应关系 ,同时表明了松质骨细观结构与力学环境的适应性。模拟结果与真实松质骨细观结构的典型部分相一致。

关键词： 抽油机井   油管   疲劳断裂   荷载   应力   应变   模拟计算  

摘要： 将自制开发的新型载荷测试仪和模拟油管工况测试台 ,成功地用于油管载荷及应力应变的实测试验。在此基础上 ,应用大型有限元分析软件ANSYS ,对油管在各种工况下的应力和应变进行了计算。结果表明 ,抽油机井油管受到的是拉—拉疲劳载荷 ,处于有阻尼强迫振动状态 ,是油管产生疲劳断裂的基本条件。最危险点在接头的第一啮合齿的齿根处 ,最大应力应变值一般均超过屈服极限。在正常工况下 ,尽管危险点应力应变水平很高 ,但是仍处于低弹性应变幅循环状态下 ,所以油管能较长期地在井内服役 ;当发生非正常工况时 ,油管内的最大应力应变幅可能达到强化段 ,在循环载荷作用下会产生较大的塑性应变幅 。

关键词： 梁   弯曲   剪应力   任意分布载荷  

摘要： 应用弹性力学理论 。

关键词： 关节软骨   应力   物理   本构模型   两相理论   有限变形理论   细胞死亡   细胞外基质   有限元分析  

摘要： 关节软骨退变性疾病的发生及进展与异常应力载荷的关系非常密切。在探索关节软骨退变性疾病的发病、进展及改善措施时，首先应当清楚异常应力载荷作用下关节软骨退变的机理。软骨组织在遭受异常力学载荷当时发生的组织完整性的破坏模式，将影响到软骨以后的退变发展过程。因此有必要确切了解异常力学载荷下关节软骨的即时损伤反应。 考虑到关节软骨构成的特点：软骨组织由软骨细胞及基质两部分构成，外加应力载荷对软骨组织的损伤作用也将体现在细胞损伤和基质损伤两方面。软骨细胞处于基质胶原纤维保护之中，可以认为在软骨组织对抗外加力学载荷时不起作用，软骨组织的抗压缩能力来自于基质部分。因此在研究外加应力载荷对软骨组织的损伤作用时，必须清楚基质的力学状态。 本课题基于以上考虑，利用精密的力学设备进行以下研究：一、“应力载荷-软骨变形规律”研究。在通过实验获得牛关节软骨物性参数的基础上进一步探索不同应力载荷模式下软骨基质的力学状态。二、“异常应力载荷-软骨即时损伤反应”研究。探索牛关节软骨在不同的异常应力模式下软骨细胞及基质的损伤反应。另外对在有限元分析软件ANSYS5.6中建立膝关节3D有限元模型进行了方法学探索。 一、软骨的“力学载荷-组织形变”(材料学性质)研究 第四军医大学博士学位论文 H 对牛肩关节软骨进行周界约束压缩实验，并将实验结果按照两相 理论进行拟和，以获得软骨的两个物性参数：聚集模量H＾和通透系数ho， 实验结果表明，牛肩关节软骨在恒定外加应变下呈现应力松弛特点，实验 数据可以用有限变形理论成功的拟和，根据拟和结果得到 H。－0．53土 0．07Mp8，ho＝5．SX10－16＋05X10‘16ffi4N”Is＊ 日 结合有限变形理论对关节软骨在应力松弛实验中的间质液体承担 压力的比例PN，t＊叶t）进行分析。结果表明，PO，t＊a＊）在应力松弛阶段不断 下降：在应力松弛初期，液体静压承受了绝大部分总应力，因相基质基本 不承担应力。随着外加载荷的持续作用，液体静压比例不断下降，固相基 质承受的压力比例上升。表明软骨组织具有流动依赖的材料学性质及时间 依赖性；在承受外加力学载荷时，固相基质及液相基质的力学作用处于动 态变化之中。 日 通过非限制性压缩实验对不同加载速率应力载荷下原位关节软骨 的变形规律进行了探索。结果表明牛肩关节软骨在快速压缩（应力坡度 50Mp3·S”’，峰值应力 3．ZMp3）下呈线弹性特点，表现出高出 H。许多倍 的弹性模量（E＝17．43MPa）。牛肩关节软骨在慢速压缩（应力坡度 0．ZMPa1”’，峰值应力0尸SMPa）下呈非线性应力．应变关系，弹性模量随 应变而变化。引入瞬时弹性模量Ek）后计算表明软骨的刚度随应变的增大 而上升。牛肩关节软骨在快速压缩下表现出的刚度比慢速压缩下的刚度高。 结合周界约束压缩实验结果，提示在不同加载速率的应力载荷下，软骨组 织团相基质及液相基质承受的应力负荷比例有很大差异。以胶原结构为力 学主体的固相基质在高加载速率力学载荷下承担很少的压力，但却会受过 高的基质间液压力的影响而产生很高的张力。在低加载速率下，固相基质 承担压力的比例较高，但基质间液压力比例较低。 二、“异常应力载荷．软骨即时损伤反应”研究。 利用活组织荧光染色技术及扫描电镜技术在实验条件下探索动物关节 4 第四军医大学博士学位论文 软骨对高加载速率及低加载速率的异常应力载荷的即时损伤反应。在两种 恒定应力速率下，对高体新鲜牛肩关节软骨组织块施加单次亚撞击应力负 荷旧I组）及循环撞击负荷uI组X应力

关键词： 生物力学   固定桥   牙周膜   三维有限元方法   静力分析   动力分析   应力应变   位移  

摘要： 研究目的 用三维有限元法研究在静、动态载荷下，人类下颌前牙固定桥基牙牙周膜的位移、应力和应变分布规律，为临床固定桥的应用提供生物力学的理论参考依据。 研究方法 以人类正常的牙列完整的下颌骨标本为建立模型的解剖学基础，采用CT辅助建模技术，应用ANSYS有限元软件，建立以(?)缺失，(?)为基牙修复的双端固定桥三维有限元模型；对有限元模型分别施与静、动态条件下的垂直及斜向载荷，计算基牙牙周膜的位移、应力和应变值，绘出牙周膜的应力分布图以及动态载荷下牙周膜的应力—时间曲线。 结果 1．固定桥修复前，垂直载荷下，基牙牙周膜的应力以压应力为主，应力集中在根尖；斜向载荷下，基牙牙周膜的应力主要是拉应力和压应力，应力集中在唇、舌颈缘。固定桥修复后，基牙牙周膜的位移、应力和应变分布规律与修复前相似，但最大位移、最大应力和应变值都明显增大；两基牙牙周膜的应力分布均匀。 2．牙周膜内表面的应力大于牙周膜外表面。垂直载荷时，牙周膜内、外表面的应力差异更为显著。 3．动态载荷下，固定桥修复前、后基牙牙周膜的位移、应力和应变分布趋势与静态载荷基本相同，但位移、应力和应变值明显降低，变化率在60％～75％之间。 4．牙周膜的应力分布及大小具有时间依赖性。瞬间冲击载荷停止后，牙周膜的应力或开始下降，或继续上升一段时间后才开始下降，与牙周膜上应力点的位置有关。 5．一个咀嚼周期结束后，牙周膜有残余应力存在。牙周膜内表面的残余应力大于牙周膜外表面；固定桥修复后牙周膜的残余应力大于固定桥修复前。 6．垂直冲击载荷时，牙周膜的应力在t=1.75s时应力接近为零，约为一个咀嚼周期的2倍；斜向冲击载荷时，牙周膜的应力在t=1.3s时接近为零，约为一个咀嚼周期的1.5倍。 7．斜向冲击载荷时，牙周膜应力下降直至消失的时间比巫直向冲击载荷短。 8．牙周膜在小变形和大变形假设－下的位移、应力分布规律基本相似，大变形的最大 位移值和最大 Mises应力值稍大于小变形，二者相差在 1．4 ％－l）＊ ％之间。 结论 回．CT断层扫描与3D建模软件、有限元软件的建模程序联合应用是一套比较精确。 方便、快速和完整的有限元建模方法。 2．固定桥的修复基本没有改变基牙牙周膜的位移、应力和应变分布规律，但使卜述 值明显增大。 3．牙周膜具有明显的应力缓冲作用。垂直载荷作用下的应力缓冲作用比斜向载荷作 用下明显。 4．动态载荷下，固定桥修复前、后基牙牙周膜的位移、应力和应变分布趋势与静态 载荷基本相同，但位移、应力和应变值明显降低。 5．在咀嚼运动过程中，牙周膜的应力分布和大小具有时间依赖性。 6．一个咀嚼周期结束时，牙周膜有残余应力存在。残余应力的大小与加载量及加载 方向有关。 7．加载方向是影响牙周膜应力分布、应力累积和应力释放的重要囚素。 8．牙周膜材料的性质对有限元计算结果有一定的影响。两种载荷下，大变形时的位 移和应力高于小变形。

关键词： 咬合   髁突   颞下颌关节   生物力学   建模   有限元  

摘要： 颞下颌关节(Temporomandibular joint,TMJ)是人体中唯一保持较强终身改建能力的关节，改建活动与其所承受的咬合负荷密切相关，在咀嚼等生理活动中，咬合力传导至TMJ，因此TMJ所承受负荷对其正常的生理功能和一些疾病的形成及转归具有重要的作用。借助现有的先进的研究咬合特征的检测手段和广泛应用于生物力学研究中的有限元分析方法，对咬合与TMJ的生物力学关系进行研究，并且通过改变咬合接触情况来观察TMJ应力分布变化的特点和规律，以探索咬合面形态变化所造成的合力方向及大小的变化，对TMJ载荷的影响，以期对颞下颌关节的改建原因作一初步探索。 首先，应用T—scanⅡ咬合测定分析系统来分析调合前后TMD患者咬合情况的变化；其次采用CT图像与牙面形态三维扫描相结合的建模方法，建立包括关节盘、下颌骨和上下牙列的三维有限元模型；然后设计了以下三个类型的工况，工况一：对前后牙不同牙位进行垂直加载。由于牙合面形态的引导作用，该垂直载荷将被合面各牙尖斜面分解为多个方向的分力，并通过下颌骨传导至颞下颌关节；工况二：改变下颌第二磨牙的加载位置，分别加载于其合面远中及颊面，由于模型设计为加载方向与咬合接触部位的加载平面相垂直，因此本工况实际上模拟了第一磨牙缺失，第二磨牙近中倾斜的临床咬合紊乱表现，以及锁合表现，其咬合的结果是加载负荷被咬合面结构引导为垂直于接触部位的异常方向的咬合力。工况三：选择第二前磨牙扭转30°，进行咬合接触部位加载，其意义类同于工况二，但模拟的是临床上常见的牙齿扭转错合畸形。通过对上述三种工况下髁状突应力变化的分析，得出以下结果： 1、通过咬合调改治疗，改变咬合接触特征，使咬合接触分布更加广泛，接触更加密切，其对于颞下颌关节紊乱病具有明确的疗效。 2、采用本文所描述的实验方法，成功建立了包括上下颌牙列及双侧髁状 第四军医大学硕士学位论文 突在内的下颌骨三维有限元模型，为今后模拟临床多种咬合载荷探讨额下颌关 节应力特点创造了条件，并奠定了良好的实验基础。 3、运用上述三维有限元模型，对调合治疗的机理进行了初步探索。结果 表明：由于咬合加载的部位、方向和位置不同，在双侧踝状突上可产生不同的 应力效应，其变化包括应力性质（拉或压应力）变化，应力强度（以压强形式 表示）变化，以及应力分布特点变化等方面。这种应力特性的变化说明了咬合 可以通过其外形对垂直载荷的引导效应，改变载荷的方向，影响躲状突的应力 环境。 因此，通过本项目的研究得到以下结论： 1、颤下颌关节生物力学环境与咬合力密切相关，而咬合面形态特点对咬合力 的传导具有重要的引导作用，这种引导作用对颜下颌关节内的应力环境也 可产生重要的影响。 2、牙列中咬合加载的前后部位不同，对双侧额下颌关节也会产生不同的应力 效果。 3、改善或重建咬合面形态，是口腔医学临床上进行许多治疗的重要内容，通 过合理治疗合面形态，将对改善额下领关节的应力环境，促进其正常改建， 具有重要的意义。