青少年特发性脊柱侧弯矫形器的量化设计研究 被引量：1

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作者 孙亚龙 王磊 +4 位作者 胡泽里龙 王新宇 杨洁萌 都承斐 莫中军 《医用生物力学》 CAS CSCD 北大核心 2024年第S01期146-146,共1页

目的探究矫形器制作过程中修型量对脊柱侧弯矫正效果及人体软组织压力的影响,为临床矫形器的设计和修型提供数据支撑。方法选取1名Cobb角和顶椎T11旋转角度(AVR)分别为35.38°、21.72°的脊柱侧弯患者,基于该患者CT影像,建立包... 目的探究矫形器制作过程中修型量对脊柱侧弯矫正效果及人体软组织压力的影响,为临床矫形器的设计和修型提供数据支撑。方法选取1名Cobb角和顶椎T11旋转角度(AVR)分别为35.38°、21.72°的脊柱侧弯患者,基于该患者CT影像,建立包括脊柱、胸廓、肌肉软组织的有限元模型;将矫形器的施力区域进行离散,得到右肋、左肋、右后和左前4个修型区,并与躯干进行模拟分析。Group 1、2、3:在左前区、右后区修型量为20 mm的情况下,左、右肋区分别修型20、25、30 mm;Group 4、5、6:在左、右肋区修型量为25 mm的情况下,左前区、右后区分别修型15、20、25 mm,计算脊柱侧弯Cobb角和顶椎旋转角度及支撑界面压力。结果矫正后Group 1、2、3 Cobb角分别为26.44°、19.76°、17.47°,T11旋转角度分别为14.19°、15.04°、15.85°;Group 4、5、6 Cobb角分别为20.83°、19.76°、19.29°,T11旋转角度分别为16.48°、15.04°、12.09°。修型量均为25 mm的Group 6综合矫形效果最好,Cobb角矫正率为45.48%,顶椎T11去旋转率为44.34%,矫形器-躯干界面压力26.51 k Pa。结论左、右肋区施力对矫正Cobb角起重要作用,左前、右后区施力对脊柱去旋转起重要作用;修模量为25 mm综合矫形效果最好。 展开更多

关键词 矫形器 旋转角度 界面压力 脊柱侧弯 量化设计 顶椎 修型 施力

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面向机器人打磨陶瓷洁具工艺的参数优化

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作者 杨长安 乔志峰 葛为民 《机械设计与制造》 北大核心 2024年第11期366-372,378,共8页

针对卫浴陶瓷洁具进行抛光工艺,引入新松打磨机器人作为自动化设备实现自动化抛光打磨。结合Preston方程以及赫兹接触理论,确定了海绵轮与工件之间的相对速度,正压力是对陶瓷洁具表面质量的影响的两个工艺参数,以此建立了陶瓷洁具的材... 针对卫浴陶瓷洁具进行抛光工艺,引入新松打磨机器人作为自动化设备实现自动化抛光打磨。结合Preston方程以及赫兹接触理论,确定了海绵轮与工件之间的相对速度,正压力是对陶瓷洁具表面质量的影响的两个工艺参数,以此建立了陶瓷洁具的材料去除理论模型;后续搭建了机器人恒力抛光平台,设计了陶瓷洁具的抛光打磨抛光工序,以其主要的两个参数为变量设计了单因素实验,得到各参数对抛光效率的关系,并为提出最佳抛光工艺参数组合做好铺垫。 展开更多

关键词 抛光打磨 Preston方程 赫兹接触理论 材料去除 单因素实验

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针对胸腰弯型脊柱侧凸矫形器修型的量化分析

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作者 孙亚龙 王磊 +6 位作者 胡泽里龙 王新宇 杨洁萌 张莹莹 赵立伟 都承斐 莫中军 《医用生物力学》 北大核心 2025年第2期371-377,共7页

目的研究矫形器修型量对脊柱侧弯矫正效果及支撑界面压力的影响。方法建立脊柱侧弯有限元模型模拟矫形器装配效果。矫形器简化为4个施力区(左肋区、右肋区、左前区和右后区),模拟6种修型工况:模型1、2、3左前、右后区修型量保持20 mm,... 目的研究矫形器修型量对脊柱侧弯矫正效果及支撑界面压力的影响。方法建立脊柱侧弯有限元模型模拟矫形器装配效果。矫形器简化为4个施力区(左肋区、右肋区、左前区和右后区),模拟6种修型工况:模型1、2、3左前、右后区修型量保持20 mm,左、右肋区均分别施加20、25、30 mm位移载荷;模型4、5、6左、右肋区修型量保持25 mm,左前、右后区均分别施加15、20、25 mm位移载荷,计算侧凸脊柱Cobb角、顶椎旋转角度(apical vertebra rotation,AVR)和支撑界面压力。结果模型1、2、3中Cobb角矫正度数分别为8.94°、15.62°、17.91°,AVR矫正度数分别为7.53°、6.69°、5.87°;模型4、5、6 Cobb角矫正度数分别为14.55°、15.62°、16.09°,AVR矫正度数分别为5.25°、6.69°、8.63°。模型6的Cobb角和AVR矫正率分别为45.48%和41.22%,综合矫形效果最明显,其最大支撑界面压力为26.51 kPa。结论修型量对脊柱侧凸Cobb角和AVR的矫正具有积极影响;左、右肋区施力对Cobb角的矫正起主要作用,左前、右后区施力对脊柱去旋转起主要作用;各区域修型量为25 mm可产生较好的矫正效果。本研究可为临床矫形器的设计提供数据支撑。 展开更多

关键词 脊柱侧凸矫形 生物力学建模仿真 修型量 COBB角 椎体旋转

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胶原在不同理化微环境下的动态自组装的生物力学研究

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作者 时霄鹏 张春秋 王鑫 《医用生物力学》 CAS CSCD 北大核心 2021年第S01期488-488,共1页

目的在生物体内胶纤维以不同的趋向特点自组装形成成了各组织特有的结构。研究牛Ⅰ型胶原蛋白在不同基底上的组装,以及不同浓度胶原在基地上的动态生长过程,并在此过程中加入透明质酸借此研究透明质酸对于胶原生长的影响。方法采用牛Ⅰ... 目的在生物体内胶纤维以不同的趋向特点自组装形成成了各组织特有的结构。研究牛Ⅰ型胶原蛋白在不同基底上的组装,以及不同浓度胶原在基地上的动态生长过程,并在此过程中加入透明质酸借此研究透明质酸对于胶原生长的影响。方法采用牛Ⅰ型胶原蛋白为研究对象,将不同浓度的胶原蛋白(3、10、31μg/mL)放入不同的理化和生化微环境下(基底材质或透明质酸)经在37°恒温箱中培养一定时间(2、4、8、36 h),然后利用原子力显微镜实时扫描胶原自组装的动态过程。 展开更多

关键词 透明质酸 Ⅰ型胶原蛋白 原子力显微镜 动态生长 生物力学研究 恒温箱 胶原 自组装

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不同胞元结构多孔钛合金支架的力学性能

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作者 孙梦超 罗洋 +4 位作者 刘婕 高丽兰 李瑞欣 谭沿松 张春秋 《医用生物力学》 CAS CSCD 北大核心 2024年第1期69-75,共7页

目的研究不同胞元结构对多孔钛合金支架静态力学性能和动态力学性能的影响,为临床下颌骨缺损修复支架的应用提供力学理论基础。方法采用3D打印技术制造钻石胞元、立方体胞元和截面立方体胞元结构的多孔钛合金支架,开展支架单轴压缩试验... 目的研究不同胞元结构对多孔钛合金支架静态力学性能和动态力学性能的影响,为临床下颌骨缺损修复支架的应用提供力学理论基础。方法采用3D打印技术制造钻石胞元、立方体胞元和截面立方体胞元结构的多孔钛合金支架,开展支架单轴压缩试验和压缩棘轮疲劳试验,分析不同胞元结构支架的静态和动态力学性能。结果钻石胞元、截面立方体胞元、立方体胞元支架的弹性模量分别为1.17、0.566、0.322 GPa,屈服强度分别为71.8、65.1、31.8 MPa。棘轮应变达到稳定阶段后,截面立方体胞元结构、钻石胞元结构、立方体胞元结构支架的棘轮应变分别为3.3%、4.0%、4.5%。棘轮应变随平均应力、应力幅值和峰值保持时间的增加而增加,随加载速率的增加而减小。结论静态力学性能的评估结果为钻石胞元支架最优,截面立方体胞元支架次之,立方体胞元支架最差;动态力学性能评估结果为截面立方体胞元支架最优,钻石胞元支架次之,立方体胞元支架最差。研究结果为临床下颌骨缺损修复支架的构建提供新思路,也为该支架技术的进一步临床应用提供实验依据。 展开更多

关键词 多孔钛合金支架 胞元结构 静态力学性能 动态力学性能 3D打印

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聚苯酯和碳纤维改性PTFE力学性能研究

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作者 马玉香 李慧 +3 位作者 田阳 张亚梦 谭沿松 高丽兰 《润滑与密封》 CAS CSCD 北大核心 2024年第11期95-101,共7页

为了强化PTFE材料的力学性能,采用碳纤维(CF)和聚苯酯(POB)先后对PTFE进行填充改性,考察不同含量的CF和POB对PTFE复合材料的表面粗糙度、玻璃化转变温度、压缩和拉伸性能影响。结果表明:复合材料的表面粗糙度随着CF含量的增加而增大,质... 为了强化PTFE材料的力学性能,采用碳纤维(CF)和聚苯酯(POB)先后对PTFE进行填充改性,考察不同含量的CF和POB对PTFE复合材料的表面粗糙度、玻璃化转变温度、压缩和拉伸性能影响。结果表明:复合材料的表面粗糙度随着CF含量的增加而增大,质量分数20%CF改性PTFE的粗糙度高达10.02μm;当CF质量分数恒定为20%时,复合材料的表面粗糙度随着POB含量的增加而减小;CF和POB的加入使得PTFE的玻璃化转变温度略有提高;随着CF和POB含量的增加,复合材料的压缩模量、压缩强度以及拉伸模量增加,但拉伸强度有所降低,拉伸断口均呈现基体与填充物的丝块状连结。CF和POB的刚性较PTFE基体大,在压缩过程中可以有效承担载荷,从而强化压缩性能;但因填充物和PTFE界面结合能力差,分子间作用力小,因此拉伸强度降低。 展开更多

关键词 聚四氟乙烯 填充改性 玻璃化转变温度 压缩性能 拉伸性能

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关节软骨生物力学与力学生物学2022年研究进展 被引量：8

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作者 张春秋 高丽兰 《医用生物力学》 CAS CSCD 北大核心 2023年第1期4-13,共10页

关节软骨是动关节内骨表面具有弹性的负重结缔组织,能提供低磨损润滑、缓冲震荡、传递载荷等支撑作用,具有层级纤维复合结构和优异的力学性能。软骨内没有血管、神经和淋巴,代谢缓慢,损伤后难以实现自我修复。目前,高发的关节炎疾病仍... 关节软骨是动关节内骨表面具有弹性的负重结缔组织,能提供低磨损润滑、缓冲震荡、传递载荷等支撑作用,具有层级纤维复合结构和优异的力学性能。软骨内没有血管、神经和淋巴,代谢缓慢,损伤后难以实现自我修复。目前,高发的关节炎疾病仍是基础与临床研究的一大热点。关节软骨是力学敏感组织,力学环境影响着组织不同方向的发展。2022年,学者们继续对关节软骨的生物力学与力学生物学开展大量研究;对软骨形态、功能与力学状态,以及不同条件下软骨力学状态的研究报道较多;研究设计了一些软骨相关的动物、组织及细胞水平的加载装置,也开展了体外及在体力学载荷下软骨退变、损伤的修复研究,获得了重要的修复方法及手段。关节软骨的生物力学与力学生物学研究是关节炎、软骨缺损及修复的基础,关节软骨损伤修复定量力学条件的影响还需体内和体外深入研究。 展开更多

关键词 关节软骨 载荷 关节炎 生物力学 力学生物学

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平面3-■RR刚柔耦合并联机器人逆动力学研究 被引量：1

8

作者 赵新华 王嘉斌 +3 位作者 刘凉 张青云 戴腾达 史晨阳 《机械设计》 CSCD 北大核心 2019年第11期6-13,共8页

以平面3-RRR刚柔耦合并联机器人为研究对象,研究了其逆动力学模型和数值迭代求解算法。以绝对节点坐标法描述并联机器人中的柔性梁单元,并以自然坐标法描述其他刚性构件,基于拉格朗日原理构建了刚柔耦合系统的逆动力学模型。采用了缩减... 以平面3-RRR刚柔耦合并联机器人为研究对象,研究了其逆动力学模型和数值迭代求解算法。以绝对节点坐标法描述并联机器人中的柔性梁单元,并以自然坐标法描述其他刚性构件,基于拉格朗日原理构建了刚柔耦合系统的逆动力学模型。采用了缩减积分的方法来分割应变能以规避泊松闭锁问题,应用不变矩阵来提高求解运算速度。以S-型加减速圆周轨迹为算例,结合generalized-Alpha法与牛顿迭代法来求解并联机器人的逆动力学模型。试验迭代结果满足设定精度要求,所求柔性梁中点处最大横向变形为4.701 mm,其剪切角的变化规律具有对称性,驱动关节角速度与理想刚性模型相比变化明显,驱动关节变量的变化规律比较平滑,由此验证了建模方法、求解算法的正确性和使用S-型加减速的必要性,对将来控制具有重要的理论意义。 展开更多

关键词 3-RRR平面并联机器人 刚柔搞合 绝对节点坐标 自然坐标 不变姐阵 generalized-Alpha法

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空间刚柔耦合并联机器人动力学建模及仿真 被引量：12

9

作者 张青云 赵新华 +2 位作者 刘凉 王嘉斌 戴腾达 《机械设计》 CSCD 北大核心 2020年第4期61-66,共6页

为研究柔性构件对系统运动特性的影响,对空间3-RRRU并联机器人进行了动力学建模及耦合特性的仿真分析。应用矢量闭环法对空间并联机构的逆运动学进行求解,推导出各个构件位置、速度、加速度的变化规律;根据第一类Lagrange方程建立空间... 为研究柔性构件对系统运动特性的影响,对空间3-RRRU并联机器人进行了动力学建模及耦合特性的仿真分析。应用矢量闭环法对空间并联机构的逆运动学进行求解,推导出各个构件位置、速度、加速度的变化规律;根据第一类Lagrange方程建立空间全刚性并联机器人的逆动力学模型;运用MATLAB软件对空间并联机构进行仿真,并对动力学数值结果和仿真结果进行对比,以验证模型的正确性。基于ANSYS软件和ADAMS软件,对空间并联机构中的空间梁单元进行柔性替换,通过建立空间刚柔耦合并联机器人模型,分析机构在运动状态下展现出的耦合特性,并与空间全刚性并联机器人进行比较。结果表明:两类模型的末端执行器的运动趋势一致,轨迹误差在0.000 7~0.419 4 mm范围内;梁单元产生的弹性变形对系统运动性能产生了重要影响,因此,建立正确的刚柔耦合动力学模型具有重要的指导意义。 展开更多

关键词 刚柔耦合 并联机器人 动力学模型 仿真分析

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一种体外贴壁细胞应变加载装置的研制 被引量：1

10

作者 崔路 王鑫 +2 位作者 高丽兰 张春秋 张西正 《医用生物力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第5期436-441,共6页

目的开发一套新型的应变加载装置,用于贴壁细胞力学生物学研究。方法该装置基于基底形变加载技术,采用可控制编程器驱动步进器,引起硅橡胶小室变形,实现多单元大应变的细胞加载;研制该装置,检测机械性能;建立硅橡胶小室的三维模型,利用... 目的开发一套新型的应变加载装置,用于贴壁细胞力学生物学研究。方法该装置基于基底形变加载技术,采用可控制编程器驱动步进器,引起硅橡胶小室变形,实现多单元大应变的细胞加载;研制该装置,检测机械性能;建立硅橡胶小室的三维模型,利用有限元技术对硅橡胶小室进行仿真,分析该小室的应变场均匀性问题;采用该装置对骨髓间充质干细胞(bone marrow stromal cells,BMSCs)加载5%机械应变,频率0.5 Hz,2 h/d,持续5 d,并在倒置显微镜下观察细胞形态的变化。结果所研制的适用于体外细胞加载装置可对3组细胞加载基底实现最大至50%机械单向应变;在10%应变范围内,硅橡胶小室底部的均匀应变场面积占比保持在50%以上,保证了细胞受力均匀;BMSCs形态发生明显变化,排列方向趋于垂直主应变加载方向。结论该装置运行可靠,应变范围宽,频率可调,操作方便,可同时对多组细胞培养基底进行应变加载,为细胞力学生物学研究提供了便利条件。 展开更多

关键词 基底 加载装置 应变 细胞 力学生物学

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钛合金骨小梁结构的表征及力学性能研究

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作者 张兰 张春秋 +3 位作者 刘璐 宋阳 王鑫 叶金铎 《医用生物力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第A01期63-63,共1页

目的通过对钛合金骨小梁结构的表征与力学性能的研究,筛选确定用于髋关节和膝关节假体的骨小梁结构,促进髋关节和膝关节置换后骨长入,为生物型髋关节和膝关节假体设计奠定基础。材料与方法采用数值模拟的方法,研究比较了10种骨小梁单元... 目的通过对钛合金骨小梁结构的表征与力学性能的研究,筛选确定用于髋关节和膝关节假体的骨小梁结构,促进髋关节和膝关节置换后骨长入,为生物型髋关节和膝关节假体设计奠定基础。材料与方法采用数值模拟的方法,研究比较了10种骨小梁单元的力学性能,确定了10种骨小梁的结构特征,根据骨小梁的理论结构特征,包括丝经孔径和孔隙率初步确定了用于假体设计的晶体结构骨小梁。采用数值模拟的方法进一步研究了矩形截面和圆形截面骨小梁试件的力学性能,采用3D打印技术制备了4种不同单元尺寸钛合金骨小梁的试件,考虑了不同位置和不同打印方向对试件力学性能的影响,进行了压缩实验得到了骨小梁试件的载荷位移曲线。采用实验方法表征了不同单元尺寸的骨小梁结构特征,包括丝径,孔径,孔隙率和通孔率。文中还对骨小梁截面面积与截面位置的关系进行了研究,绘制了骨小梁试件的截面图形,为制备剪切疲劳试件和设计胫骨平台的骨小梁结构提供了参考。结果晶体结构的骨小梁具有孔隙率高的优点,适合作为髋关节和膝关节假体的骨小梁;对骨小梁试件表征的结果显示,试件的丝径孔径与孔隙率受骨小梁单元尺寸的影响较大,试件的丝径大于2倍理论丝径,试件孔径小于理论孔径,试件孔隙率小于理论孔隙率,且与单元尺寸相关,单元尺寸大的孔隙率也大,丝径增大的原因也与用电子束制备骨小梁粉末的粒度有关(用于制备骨小梁试件的粉末粒度为45~11μμm)。对试件与产品通孔率的实验测量显示,单元边长尺寸大于2.0 mm的骨小梁通孔率为100%,单元边长尺寸小于2 mm的骨小梁不仅孔径小也容易发生堵孔的现象。骨小梁的弹性模量与骨小梁的单元边长相关,骨小梁理论模型的弹性模量随单元边长增加呈增大趋势,但是骨小梁试件的弹性模量随单元边长增加呈降低趋势,可能与丝径与孔径的变化有关。结论晶体结构骨小梁适合作为髋膝关节假体的多孔结构,骨小梁单元边长影响试件的孔隙率,通孔率和弹性模量。 展开更多

关键词 骨小梁 结构表征 力学性能 数值模拟 实验研究

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