加载与上中切牙位移方式的三维有限元分析

目的 模拟临床加载力系统（M/F），研究加载与上中切牙移动类型之间的关系。方法 建立包括牙齿、牙周膜，硬骨板，松质骨，皮质骨的上中切牙三维有限元模型。采用8节点，六面体单元，共包括945个单元，1245个节点，研究水平力为1N时13种不同加载力系统下的上中切牙位移方式。结果 加载力系统（即M/F值）不同，上中切牙的位移方式也不同，本研究显示了三种基本移动类型与加载之间的关系；当M/F=-9.15:1时，牙齿以牙根尖点为中心转动，即可控的倾斜移动；当M/F=-10.30--10.50:1时，牙齿做平行移动；当M/F=-10.90:1时，牙齿以切缘为中心转动，即控根移动。结论 临床上为获得预计的牙齿移动类型，需采用不同的加载力系统。     

基于CT图像的股骨上段有限元建模及单元尺寸分析

目的基于CT图像构建5个不同的股骨上段有限元模型,并分析模型单元尺寸对股骨模型材料属性分布以及生物力学性能的影响。方法利用螺旋CT扫描股骨上段并以DICOM格式输出图像文件,利用Mimics软件提取三维几何文件,分别使用Mimics、3-Matica、ICEM软件生成体素网格模型、四面体网格模型和3个六面体网格模型(单元尺寸分别为2、1和0.5 mm),在Mimics中对网格文件进行材料赋值,将最终的有限元模型导入ABAQUS中进行力学行为分析。结果单元尺寸对5个模型总质量影响较小,5个模型沿相同路径上节点处Von Mises应力和节点位移整体变化趋势一致,但是各个节点处Von Mises应力误差较大,单元尺寸为0.5 mm的六面体网格模型与体素网格模型各节点处Von Mises应力值接近。结论基于CT灰度值进行材料赋值时,单元尺寸对模型的总质量和节点位移影响较小,但是单元尺寸的减小将导致模型中各材料含量和分布的改变,引起应力分布的变化。当模型单元尺寸与体素尺寸接近时,能较好反映股骨的质量分布和力学行为。     

Mandible strength and geometry in relation to bite force: a study in three caviomorph rodents

The monophyletic group Caviomorpha constitutes the most diverse rodent clade in terms of locomotion, ecology and diet. Caviomorph species show considerable variation in cranio‐mandibular morphology that has been linked to the differences in toughness of dietary items and other behaviors, such as chisel‐tooth digging. This work assesses the structural strength of the mandible of three caviomorph species that show remarkable differences in ecology, behavior and bite force: Chinchilla lanigera (a surface‐dwelling species), Octodon degus (a semi‐fossorial species) and Ctenomys talarum (a subterranean species). Finite element (FE) models of the mandibles are used to predict the stresses they withstand during incisor biting; the results are related to in vivo bite forces and interspecific variations in the mandibular geometries. The study concludes that the mandible of C. talarum is better able to withstand strong incisor bites. Its powerful adducting musculature is consistent with the notorious lateral expansion of the angular process and the masseteric crest, and the enhanced cortical bone thickness. Although it has a relatively low bite force, the mandible of O. degus also shows a good performance for mid‐to‐strong incisor biting, in contrast to that of C. lanigera, which exhibits, from a mechanical point of view, the worst performance. The mandibles of C. talarum and O. degus appear to be better suited to withstand stronger reaction forces from incisor biting, which is consistent with their closer phylogenetic affinity and shared digging behaviors. The contrast between the low in vivo bite force of C. lanigera and the relatively high estimations that result from the models suggests that its adductor musculature could play significant roles in functions other than incisor biting.     

Damage Detection in Flat Panels by Guided Waves Based Artificial Neural Network Trained through Finite Element Method

Artificial Neural Networks (ANNs) have rapidly emerged as a promising tool to solve damage identification and localization problem, according to a Structural Health Monitoring approach. Finite Element (FE) Analysis can be extremely helpful, especially for reducing the laborious experimental campaign costs for the ANN development and training phases. The aim of the present work is to propose a guided wave-based ANN, developed through the use of the Finite Element Method, to determine the position of damages. The paper first addresses the development and assessment of the modeling technique. The FE model accuracy was proven through the comparison of the predicted results with experimental and analytical data. Then, the ANN was developed and trained on an aluminum plate and subsequently verified in a composite plate, as well as under different damage configurations. According to the results herein proposed, the ANN allowed to detect and localize damages with a high level of accuracy in all cases of study.     

外耳道对鼓膜外表面的增压作用——成人有限元模型研究

目的　研究外耳道对鼓膜外表面的增压作用。方法　依据1例成年男性颞骨标本的Micro-CT扫描数据,利用Mimics软件、ANSYS软件建立正常成人中耳有限元模型后,计算一定声压刺激及外耳道条件下鼓膜表面的声压分布情况。结果　当90 dB SPL（0.632 Pa）均匀声压加载于所建模型外耳道口进行0.2～8 kHz范围内的谐响应分析时, 声压在鼓膜外表面得到增强,且具有频率特异性。于声压直接加载与鼓膜外表面向比,外耳道于0.5、1.0、2.0、3.2、4.0 kHz使得鼓膜表面声压增加分别为0.038、0.118、0.318、1.478、1.088 Pa,换算为分贝,则鼓膜外表面声压分别增加0.5、1.5、3.5、10.5、8.7 dB。结论　有限元模型研究显示外耳道对鼓膜外表面有明显频率特异性的增压作用,于共振频率处最强。进一步颞骨实验研究将加深该领域认知。     

颈内动脉虹吸部血流动力学模拟与影响因素

背景：颈内动脉虹吸部走行弯曲、周围结构复杂,解剖学、影像学测量研究较多,并成为相关领域的研究热点,但目前对颈内动脉虹吸部血流动力学的相关研究报道较少,利用有限元分析技术,为相关动力学研究提供了基础。目的：明确颈内动脉虹吸部正常及狭窄血液动力学特点,探讨血流动力学的影响因素。方法：利用64排螺旋CT扫描获得DICOM数据实现颈内动脉虹吸部有限元建模,分别在Mimics 10.01软件上进行三维模型的实体构建,用ANSYS 13.0 CFX软件模拟仿真人类颈内动脉虹吸部正常及狭窄后血流,观察正常血流及狭窄后血流动力学的改变,分析其特点与差异。结果与结论：颈内动脉虹吸部正常血流在弯曲的虹吸部呈层流状态,但经过两个折角时血流发生旋动与湍流。血流经折角内弯区较快,外弯区较慢,速度越慢湍流越明显;折角处剪切力较小,同时折角外弯区剪切力较内弯区小。动脉狭窄后血流经狭窄区速度加快,狭窄下游形成湍流及低剪切力区;随狭窄程度增大,湍流、低剪切力区域扩大,中央性狭窄比偏心性狭窄影响大。结果证实,颈内动脉虹吸部弯曲、管腔狭窄直接影响湍流及低剪切力区形成,以外弯区及中央性狭窄影响明显。中国组织工程研究杂志出版内容重点：组织构建;骨细胞;软骨细胞;细胞培养;成纤维细胞;血管内皮细胞;骨质疏松;组织工程     

建立包含颞下颌关节下颌骨双侧下颌支矢状劈开内固定后的有限元模型

背景：双侧升支矢状劈开截骨已经成为矫正面部畸形的常规方法,运用有限元方法研究双侧下颌支矢状劈开内固定后颞下颌关节及下颌骨的生物力学是一种重要途径。 目的：建立精确、高仿真的双侧下颌支矢状劈开内固定后包含颞下颌关节的下颌骨模型,为研究双侧下颌支矢状劈开内固定后下颌骨及颞下颌关节生物力学提供基础。 方法：螺旋CT扫描后得到DICOM格式数据导入MIMICS软件建立下颌骨三维模型。将三维模型包裹成单一的封闭壳,在ANSYS中进行网格划分及转换,再将模型写入ANSYS软件进行颞下颌关节相应部分的重建并模拟双侧下颌支矢状劈开及术后固定。 结果与结论：运用MIMICS及ANSYS软件建立双侧下颌支矢状劈开内固定后的带有颞下颌关节及下颌骨的三维有限元模型。此模型和人体组织相比,具有生物相似性及几何相似性。双侧下颌支矢状劈开内固定后的模型,可以通过前移、后移、旋转移动远心端,再行各种方式的内固定。所建立的三维有限元模型可以根据实验目的不同,对各个部位施加载荷,用来研究双侧下颌支矢状劈开内固定后不同组织应力及位移的改变,也可以研究不同固定材料对固定后稳定性的影响。中国组织工程研究杂志出版内容重点：组织构建;骨细胞;软骨细胞;细胞培养;成纤维细胞;血管内皮细胞;骨质疏松;组织工程     

上颌中切牙角度基台不同载荷的三维有限元优化分析

背景：口腔种植修复中,种植体中基台角度的优化设计对骨吸收有重要影响,同时患者的高用力也对骨质的吸收重建有着重要影响。 目的：利用Ansys Workbench 13.0软件对上颌骨前牙区进行优化设计模型,探讨中切牙角度基台不同载荷对皮质骨和松质骨应力大小的影响。 方法：建立圆柱状V形螺纹种植体的上颌骨骨块三维有限元模型,设定基台角度为0°,5°,10°,15°,20°、25°,30°,设定加载应力为90,105,120,135,150,165,180,195,210 N。在种植体上模拟中切牙咬合,在修复体正中进行颊舌向力学加载,观察基台角度和加载应力变化对颌骨Von Mises应力峰值的影响。 结果与结论：单因素影响下,以基台角度为变量逐渐增加时,在唇腭侧向加载中皮质骨和松质骨的Von Mises应力峰值增幅分别为60.63%和69.30%;以加载应力为变量逐渐增加时,在颊舌向加载中皮质骨和松质骨的Von Mises应力峰值增幅分别为68.74%和69.30%。在基台角度和加载应力交互作用下,当加载应力小于  150 N,同时基台角度小于25°时,对颌骨Von Mises应力峰值响应曲线的切线斜率位于-1至0之间。所以从力学分析看来,松质骨的应力大小更易受到基台角度和加载应力的影响,螺纹种植体最佳的基台角度设计应小于25°,咬合力应小于150 N。中国组织工程研究杂志出版内容重点：生物材料;骨生物材料; 口腔生物材料; 纳米材料; 缓释材料; 材料相容性;组织工程     

种植体结构改变对种植体-骨界面皮质骨区应力影响的三维有限元分析

背景：种植体-骨界面的生物力学效应是骨吸收重要的影响因素之一。模仿天然牙周膜的新结构种植体或可改善其界面应力的分布情况。 目的：探讨不同的咬合负载条件下,改变传统种植体内部结构对种植体-骨界面皮质骨区应力分布、峰值的影响,为新结构种植体的优化设计及临床应用提供理论依据。 方法：用Pro/ENGINEER软件建立新结构的种植体(模型A)与无螺纹的传统柱状种植体(模型B)的数字模型,采用Ansys软件分析在相同骨质及相同受力环境下种植体-骨界面皮质骨区应力峰值、应力带分布的变化规律。 结果与结论：垂直加载时,模型A在不同受力大小时应力峰值均较模型B降低17.54%;45°加载时,模型A应力峰值较模型B降低(2.59%),模型B的高应力区向颊侧集中趋势明显。咀嚼模拟加载时,模型A的应力峰值均较模型B低,其差值在施力方向与种植体轴向夹角(β)等于12°时最大(0.353 2 MPa),在β > 12°后逐渐减小;并且模型A在促进骨组织生长最适应力峰值、维持骨组织健康应力峰值两个量化指标中,均比模型B适用角度范围大(A：0°-28°,0°-58°;B：0°-24°,0°-56°)。提示优化设计种植体结构的改变可改善种植体-骨界面皮质骨区的应力分布,降低应力峰值,可在更大范围内降低骨皮质吸收的风险。 中国组织工程研究杂志出版内容重点：生物材料;骨生物材料; 口腔生物材料; 纳米材料; 缓释材料; 材料相容性;组织工程     

Coupled experiment/finite element analysis on the mechanical response of porcine brain under high strain rates

This paper presents a coupled experimental/modeling study of the mechanical response of porcine brain under high strain rate loading conditions. Essentially, the stress wave propagation through the brain tissue is quantified. A Split-Hopkinson Pressure Bar (SPHB) apparatus, using a polycarbonate (viscoelastic) striker bar was employed for inducing compression waves for strain rates ranging from 50 to 750 s⁻¹. The experimental responses along with high speed video showed that the brain tissue’s response was nonlinear and inelastic. Also, Finite Element Analysis (FEA) of the SHPB tests revealed that the tissue underwent a non-uniform stress state during testing when glue is used to secure the specimen with the test fixture. This result renders erroneous the assumption of uniaxial loading. In this study, the uniaxial volume averaged stress–strain behavior was extracted from the FEA to help calibrate inelastic constitutive equations.