下颌前牙固定桥基牙及其支持组织的三维有限元模型的建立

目的：建立下颌前牙双端固定桥的三维有限元模型,为分析下颌前牙固定桥的生物力学特征提供数字模型。方法：采用正常人的下颌骨标本,进行CT断层扫描得到包含下颌前牙的35幅图像,通过计算机图形转换软件和3D建模软件获取图像的边界信息,应用ANSYS有限元建模模块处理。建立了包括牙齿、牙周膜和牙槽骨固定桥修复前及修复后的几何模型和三维有限元模型。结果：固定桥修复后。有限元模型包括牙体、牙槽骨、牙周膜在内共41648个节点,27269个单元。结论：CT辅助有限元建模技术能精确建立下颌前牙及其支持组织的三维有限元模型。     

下颌后牙单端桥及其支持组织修复前后有限元模型建立

目的:建立下颌后牙单端固定桥及其支持组织修复前后的三维有限元模型.方法:以人类正常牙列完整的下颌骨标本为建模基础,采用CT扫描技术,利用AutoCAD与ANSYS软件建立左侧下颌后牙单端固定桥及其支持组织修复前后的几何模型和三维有限元模型.结果:构建的下颌后牙单端固定桥修复前后的几何模型接近中国人牙齿的实际尺寸.修复前、后牙体、牙周膜及牙槽骨的三维有限元模型分别划分为142 640个节点、101 938个单元和168 756个节点、119499个单元.结论:采用CT扫描技术,结合AutoCAD与ANSYS软件所建模型结构层次清晰、单元划分精细,具有良好的形态相似性和还原性,能够满足模拟加载的需要.     

6岁儿童股骨有限元模型的建立及股骨颈损伤的仿真分析

基于6岁儿童解剖学结构,对其下肢的CT扫描数据进行三维几何重构,并利用有限元的建模技术建立6岁儿童股骨的三维有限元模型.通过加载弯矩的仿真实验,模拟交通事故中儿童跌倒状态下的股骨受力情况以及所引起的股骨颈骨折.研究结果表明:6岁儿童在交通事故中跌倒瞬时产生较大的股骨与地面接触力,股骨颈外侧应力最大,易出现骨折现象.仿真结果与以往实验结论相符合并与医学结论吻合,从而验证了模型有效.建立的6岁儿童股骨三维有限元模型可以为跌倒所引起的股骨颈骨折损伤生物力学响应提供理论依据.     

基于数字图像的足部骨骼建模研究

基于足部动力学分析以及足/鞋系统虚拟设计,运用逆向工程技术研究足部骨骼的建模.根据螺旋CT扫描图像,利用图像处理、三维重建和有限元网格划分技术,建立了一个基于人体解剖学结构的足部有限元几何模型.实验表明,通过逆向建模的方法可以完整地建立人体骨骼的有限元模型,为进一步研究足/鞋间压力提供理论依据.     

基于CT数据的股骨三维有限元建模方法

实现一种基于计算机断层成像(CT)数据的股骨三维有限元建模方法,用于生物力学研究。可视人计划(VHP)男性标本的冷冻CT序列图像分割后,用移动立方体算法三维重建股骨几何模型并转换为有限元网格,有限元网格设置各向同性和正交各向异性材料特性建立两个有限元模型,有限元模型施加双腿站立情况的边界条件进行有限元分析。结果表明,这两个股骨有限元模型能很好地和股骨解剖结构相符合。基于CT数据的建模方法可以快速并精确地建立各种骨骼的三维有限元模型。     

基于CT数据的股骨三维有限元建模方法

实现一种基于计算机断层成像(CT)数据的股骨三维有限元建模方法,用于生物力学研究。可视人计划(VHP)男性标本的冷冻CT序列图像分割后,用移动立方体算法三维重建股骨几何模型并转换为有限元网格,有限元网格设置各向同性和正交各向异性材料特性建立两个有限元模型,有限元模型施加双腿站立情况的边界条件进行有限元分析。结果表明,这两个股骨有限元模型能很好地和股骨解剖结构相符合。基于CT数据的建模方法可以快速并精确地建立各种骨骼的三维有限元模型。     

上颌骨缺损颧种植体功能设计及生物力学评价

利用Branemark颧骨种植体,结合显微外科骨移植技术重建半侧缺损和全缺损上颌骨的形态和功能,并对重建的生物力学效果进行评价.基于CT扫描和图像及图形处理技术,建立标准人的模块化颅骨三维几何和有限元力学模型.基于该模型,模拟不同颌面骨缺损状态,设计上颌骨半侧和全缺损颧种植体长度、植入位置、植入方向,及常规种植体分布和数量,并利用有限元方法评价该设计的生物力学性能.结果表明,腓骨移植Branemark颧骨种植体种植修复半、全侧上颌缺损模型的应力分布中,应力最大值出现在颧种植体植入颧骨的颈部,颧种植体上应力值较周围支持组织的大,起到了颧突支柱对牙合力的传导作用;种植体结构中弯曲变化的位移不明显,并且种植体整体位移在颧骨附近逐渐减小为零.故腓骨重建颧种植修复上颌骨缺损方法能够有效传导牙合力,其周围支持组织具有良好的应力分布,是一种安全有效修复上颌缺损、恢复咀嚼功能的临床方法.     

微种植体辅助整体内收上前牙段的头影测量

目的:研究微种植体支抗在矫治上颌前突病例中整体内收上前牙段的应用.方法:选择5例上颌前突患者,拔除第二前磨牙,采用直丝弓矫治技术,辅以微种植体支抗同时整体内收前牙段(6个前牙及2个第一前磨牙),通过X线头影测量分析,观察矫治前后上颌骨软硬组织的变化.结果:上颌骨的变化轻微;切牙平均内收(4.6±1.5)mm,压低(0....     

面部软组织三维有限元模型的建立

正建立正常人面部软组织三维有限元模型,作为进一步研究的基础,1.通过螺旋CT扫描获得头面部图像数据;2.图像数据导入图像处理软件Mimics10.0进行图像处理,阈值分割,布尔运算得到面部软组织三维几何模型;3.结合面部解剖特征,手动提取1.5mm厚度的皮肤组织,利用灰度及形态学操作提取肌肉组织,分别赋予材料属性,建立了适合生物力学分析的面部软组织有限元模型。结果:本实验应用有限元技术,在计算机上建立了一个能够反映软组织生物力学性能,包含皮肤、肌肉、脂肪的多层有限元模型;结论:本研究为面部软组织有限元模型的建立提供了切实可靠的方法,为进一步分析颌面外科手术术后面部软组织的形变提供了有力的基础。     

第95百分位人体头部有限元模型的构建及分析

为了获得人体头部的损伤机理,构建了研究所需的有限元计算模型,研究了人体头部生物力学响应.通过第95百分位中国人头部的CT扫描图像提取相关头部结构,利用三维医学建模软件和逆向工程软件进行几何模型的重构,借助有限元前处理软件构建具有较高生物仿真度的人体头部有限元模型.最后,使用有限元分析软件对模型进行仿真计算,仿真数据合理解释了头部损伤机理.     

逆向工程技术在文物保护中的应用方法研究

应用三维激光扫描技术对文物进行三维数字测量或扫描,通过曲面重建和实体重构,建立三维CAD模型,可准确真实地获取反映文物外形的三维数字化信息.讨论了针对不同外形文物采取正向建模与逆向建模的联合建模方法.     

深基坑土钉支护整体三维有限元分析

运用非线性有限元软件ADINA,建立了一个深基坑土钉支护结构整体三维有限元模型.研究了土钉的轴力、开挖面水平位移、坑后地面沉降、坑底隆起.结果表明:在纯土钉支护结构中,中部土钉受力最大,最大开挖面水平位移出现在开挖面顶部,坑后地表沉降曲线呈"勺子"形状,最大沉降值处距基坑边的距离约为1倍的开挖深度.     

基于快速原型技术的颞下颌骨个性化修复

使用快速原型技术,集成CT扫描及其图像处理技术、三维重构技术等于一体,应用于颞下颌骨缺损修复及其手术应用.根据实际的下颌骨缺损案例,在完成下颌骨的修复后,再对其进行三维模型的快速成形,以利于手术过程的腓骨截取与拼接,以保证最佳修复的目的.其中,利用CT图像数据,对螺旋CT扫描得到的DICOM文件进行图像处理,通过阈值选择、区域增长、蒙罩编辑以及计算建模等操作,分离出下颌骨;结合导入的腓骨STL文件,将其与下颌骨缺损段进行拟合,通过修复与优化匹配模型,得到下颌骨修复体的个体化三维模型.     

复合材料螺栓连接载荷分配的数值模拟

航空结构中复合材料多钉螺栓连接中存在载荷分配不均匀现象.为衡量载荷的不均匀程度,定义了载荷不均匀度的概念.基于ABAQUS 6.10采用三维有限元数值模拟技术建立了复合材料单列4排单搭接三维有限元模型,有限元模拟计算结果与试验结果一致.基于载荷不均匀度,使用三维有限元模型分析了几何参数、板间摩擦和预紧力对载荷分配的影响,结果表明载荷不均匀度有助于定量化研究载荷分配问题和找到均匀化策略.     

微螺钉种植体支抗在成人双颌前突正畸治疗中的临床应用

目的:总结微螺钉种植体支抗在临床中治疗成人双颌前突的经验,评价微螺钉种植体在正畸治疗中作为强支抗内收前牙的有效性.方法:从临床病例中选择12例成人双颌前突患者,矫治设计均为拔除4颗第一前磨牙,在上下颌第一恒磨牙与第二恒磨牙或上下颌第一恒磨牙与第二前磨牙之间的颊侧根尖部植入微螺钉种植体作为强支抗,共48颗,以每侧200g力滑动法关闭间隙.在治疗前后均拍摄头颅定位侧位片及全颌曲面断层片,比较双颌前突患者治疗前后前牙内收情况及第一恒磨牙位置的变化.结果:12例成人双突患者面型均得到明显改善,应用微螺钉种植体支抗顺利完成正畸治疗,第一恒磨牙位置稳定.结论:微螺钉种植体支抗可避免上颌磨牙的前移,能为上下颌前突畸形的矫治提供有效的支抗.     

斗轮堆取料机有限元建模方法及模态分析

斗轮堆取料机是一种结构复杂的大型散料运输设备,其有限元模型在建立过程中很容易出现与实际结构对不上的问题.基于三维建模软件SolidWorks和有限元分析软件Hypermesh,提出从局部到整体的逐层建模方法,建立有限元模型.为了验证模型的准确性,针对建立的斗轮堆取料机有限元模型进行模态分析,得到结构前6阶固有频率及振型.基于实验测得该型斗轮堆取料机的固有频率,将其与仿真结果对比,两者得到的固有频率基本一致,测试相对误差在5%以内,精度较好.实验验证及数值仿真表明:通过逐层建模方法建立的有限元模型能有效地揭示斗轮堆取料机的结构特性,为此类型斗轮堆取料机的结构设计和动力学分析提供参考.同时,逐层建模的方法更加快捷高效,为大型复杂结构建模仿真提供了参考和借鉴.     

基于CT图像建立人体足部骨骼三维有限元模型的研究

讨论了建立人体足部骨骼有限元模型的必要性;针对其形状复杂、数量多、体积小和关节多的特点,分析探讨了基于2 mm层厚的CT图像建立人体足部骨骼三维有限元模型的主要途径。介绍了从CT扫描图像提取骨骼边缘轮廓数据,再分别采用不同的CAD软件建立骨骼轮廓线模型和三维实体模型,最后在ANSYS中建立完整的三维人体足部骨骼有限元模型的过程和结果,并且讨论了利用IGES文件实现不同软件之间的模型转换的有关问题。     

基于激光三维扫描的数据采集技术在模型黄河数字化河床试验中的应用

激光三维扫描和三维地质建模技术的应用能够使工程地质体表面的变形、沉降、扭转、位移等勘察工作变得更加高效、快速和经济.介绍了逆向工程的基本思想,探讨了逆向工程在数字化河床试验中的应用模式,阐述了激光三维扫描技术的发展现状、工作原理和技术特点,在此基础上讨论了河床数据的采集方法,描述了数据有效性诊断、数据拼合和曲面建立的算法过程.研究认为, 激光三维扫描数据采集技术能够全面、有效地获得模型河床的表面数据和曲面建立,为下一步建模工作打下良好的基础,而且该技术在工程勘察领域的发展前景较为广阔.     

基于无人机倾斜摄影技术的桥梁有限元逆向建模方法研究

针对桥梁图纸缺乏或缺失，桥梁抗震分析中存在大量结构建模工作而其效率低下等问题，提出了一种基于无人机倾斜摄影技术的桥梁有限元逆向建模技术. 首先参数化桥梁有限元建模过程，再引入基于运动恢复结构和多视图立体匹配算法的倾斜摄影技术，结合无人机多视角序列影像构建目标桥梁三维实景模型，引入非均匀有理B样条算法提取桥梁复杂结构曲面，获取桥梁几何数据. 通过大数据信息和桥梁设计规范、设计标准图集、现场实测等调查方法获取无人机无法观测得到的桥梁内部结构参数，实现通过视觉外观、大数据信息和专家先验信息重建桥梁有限元模型. 对长沙市巴溪洲大桥建立三维实景模型，验证模型误差低于2%；利用大数据信息和专家先验信息获取桥梁内部参数，基于实景模型重建目标桥梁有限元模型，验证有限元模型模态频率误差低于2%，静载挠度校验系数为0.57~0.79. 研究结果表明：利用无人机倾斜摄影技术逆向建立的桥梁有限元模型可靠且精度较高，在桥梁健康监测和区域抗震分析领域具有较高的科学研究和工程实用价值.     

基于多点地质统计学的数字岩心建模

常用的数字岩心建模方法有X射线CT扫描法、模拟退火法和过程法。X射线CT扫描法虽然能够建立准确的三维数字岩心模型,但是其价格贵、周期长;模拟退火法和过程法能够降低建模成本提高建模效率,不过模拟退火法不能有效地表征孔隙结构的长距离连通性,过程法不适用于模拟成岩作用复杂的岩石。为了解决以上问题,提出基于多点地质统计学重构数字岩心模型的方法。以密西根盆地Waverly组的Berea砂岩为例,从X射线CT扫描法构建的Berea砂岩模型中提取两个1503体素的代表体积元,令一个为训练图像,另一个为真实模型;把真实模型的两张切片作为条件数据,使用多点地质统计学法重构出三维数字岩心模型。通过以变差函数、孔隙结构参数和单相流渗流参数为评价指标,对重构模型的准确性及该方法的可行性进行研究。结果表明:重构模型与真实模型的孔喉几何形态和拓扑结构具有较高的一致性,证明了重构模型的准确性和多点地质统计学法建立数字岩心模型的可行性。