桩核冠长度与直径参数化三维有限元模型的建立
CFG桩复合地基三维有限元分析及优化设计_马秉务
CFG桩复合地基三维有限元分析及优化设计马秉务(北京市勘察设计研究院有限公司,北京100038)摘 要:CFG桩复合地基是一种近年来被广泛采用的地基处理方法,但对其作用机理研究还存在理论落后于实践的问题。
采用大型有限元分析软件ANS YS,对CFG桩复合地基的3-D模型进行分析,研究其受力变形的性状,得出了一些有价值的结论,并在此基础上,探讨了利用ANSYS进行复合地基优化设计的方法。
关键词:CFG桩复合地基;有限元法;ANSYS;实体模型优化设计中图分类号:U443.15 文献标识码:B 文章编号:1004—5716(2009)06—0020—051 概述CFG桩复合地基(Cement Fly-ash Gravel Piles and Composite Ground)成套技术研究是建设部“七五”计划课题,由中国建筑科学研究院地基所在碎石桩的基础上开发,于1988年立题进行试验研究,并应用于工程实践[1]。
与浅基础、桩基础相比较,CFG桩复合地基的研究存在着理论还不成熟,落后于实践的问题,其承载力和沉降计算理论正在发展之中。
近年来随着计算机技术的发展,数值分析和数值模拟技术在复合地基中的研究得到了广泛的应用,很多工程技术研究人员已经开始采用有限元法对CFG桩复合地基的承载力、变形性状进行分析模拟,并取得了很多有价值的成果,大大推进了复合地基的理论研究进程[2]。
但前人在采用有限元模拟时也还存在很多问题,集中表现为模型建立过于简化,无法将岩土工程中的主要问题表现出来。
另外,其所分析的2-D模型存在很大的欠缺,没有能够分析模拟出复合地基的群桩效应,也无法表现出任一深度处桩和土横截面的应力图等[3]。
针对以上存在的问题,笔者采用大型有限元分析软件ANSYS,分析模拟了CFG 桩复合地基的3-D模型,并对桩长和桩间距进行了优化设计。
2 利用ANSYS分析模拟复合地基性状的思路及假设(1)采用ANS YS来分析CFG桩复合地基的三维有限元模型,对于单元和节点数非常多的有限元模型,存在计算时间过长及难以求解的不合理性,因此必须对模型进行一定程度的理想化处理。
有限元模型建立步骤
有限元模型建立步骤
嘿，咱今儿就来唠唠这有限元模型建立步骤。
你说这有限元模型建立啊，就像是搭积木，得一块一块来，还得搭
得稳当、搭得漂亮。
首先呢，得有个清晰的规划，就像你要盖房子，得先想好盖个啥样的，这模型到底要用来干啥。
这可不是能随便糊弄的事儿，你得心里
有数啊，对吧？
然后就是对模型进行简化啦，把那些复杂得让人头疼的东西变得简
单点，不然咋下手啊。
这就好比你要画一幅画，总不能把所有细节都
一股脑儿往上堆吧，得抓重点呀！
接下来，就是划分网格啦，这可是个精细活儿。
就像给一个大蛋糕
切小块儿，得切得均匀、合适。
网格分得好，后面的计算才靠谱呢。
再之后呢，得确定各种边界条件和载荷情况。
这就好像给模型穿上
合适的衣服，得符合实际情况呀，不能乱套。
材料属性也不能马虎，这就像是给模型注入灵魂，不同的材料可有
不同的脾气呢。
然后就到了求解啦，这就像是一场考试，前面准备得好，这时候才
能考出好成绩。
最后别忘了验证结果，看看对不对，就像做完作业得检查一遍一样。
你想想看，要是这步骤没走好，那模型能好用吗？那不是白费劲嘛！所以啊，每一步都得认真对待，不能掉以轻心。
比如说，要是简化得不合理，那后面的计算可能就全错啦；要是网
格分得乱七八糟，那结果能准吗？就好比你走路，路都没铺好，还能
走得稳当吗？
这有限元模型建立啊，真的是一门学问，得慢慢琢磨，细心钻研。
咱可不能马马虎虎，得对自己的成果负责呀！这样建立出来的模型才
能可靠，才能发挥出它应有的作用。
你说是不是这个理儿呢？。
纤维桩冠修复上前牙桩的力学分析
纤维桩冠修复上前牙桩的力学分析（作者:___________单位: ___________邮编: ___________）作者：张洁，牟永斌,张栋华,李斌,张红【摘要】目的: 采用三维有限元方法研究聚乙烯纤维树脂核桩冠在修复上颌中切牙时桩的受力情况。
方法: 螺旋CT机扫描正常人上颌中切牙,处理数据确定牙外周轮廓,获得边界坐标数据。
将数据导入ANSYS中得到牙体的三维有限元模型。
进行模型整体网格划分,在加载区域施加100 MPa外部静荷载,固定桩长,设定桩顶端直径为3.0、2.0、1.5和1.2 mm,分别计算桩唇、腭侧Von Mises应力并分析其变化趋势。
结果: 桩直径为3.0 mm时,距桩尖6.0 mm以上截面处Von Mises应力明显大于桩直径为2.0 mm及以下桩径组。
结论: 聚乙烯纤维桩桩冠修复上颌中切牙时,桩径应小于 2.0 mm,此时桩各部位受力较小。
【关键词】三维有限元; 聚乙烯纤维树脂桩; Von Mises应力纤维桩作为一种非金属桩用于残根残冠桩核修复的材料具有适当的弹性模量、屈服强度及良好的抗腐蚀、抗疲劳性能,此外,其颜色类似牙体组织,已被广泛应用于口腔修复治疗中。
本研究采用三维有限元方法,设计不同直径桩核模型,分析、比较不同直径、不同位置桩的受力情况,探讨纤维桩冠修复上前牙后,桩在牙体组织中不同部位的受力及变化趋势,对桩冠修复中桩的优化设计提供理论参考。
1 资料与方法1.1 资料选择一名牙齿正常的志愿者,牙齿尺寸符合牙体解剖资料标准[1],要求其上颌中切牙的大小及形态正常,完整无缺损,排列在牙弓的正常位置。
采用螺旋CT机(Somatom Senation 64层螺旋CT机,西门子公司,德国)扫描,志愿者取仰卧位,尽可能使扫描断面与牙体长轴垂直,球管电流与电压分别为330 mA/120 kV。
扫描层间距为0.5 mm,厚度为0.2 mm。
1.2 使用CT工作站进行图像处理将CT图像下载到CT工作站中,通过对图像进行调整处理,最终得到54幅清晰牙体断层图像。
桩_承台_土共同作用的三维有限元分析_胡汉兵
*高等学校博士学科点专项科研基金资助项目(编号:9549302)桩-承台-土共同作用的三维有限元分析*胡汉兵 茜平一 陈晓平(武汉水利电力大学 武汉 430072)【提要】 本文用三维弹性有限元法研究了竖向荷载作用下,群桩基础中桩-承台-土的共同作用特性,着重研究了桩顶反力分布、承台分担比及沉降变形随s /d 、L /d及E P /E s 诸因素的变化规律,并对桩基优化设计途径进行了初步探讨。
【关键词】 共同作用 三维有限元 桩顶反力【Abstract 】 Characteristics of co-action among pile-pile cap-earth in foundation of pile clu ster und er v er ticalloading are s tudied with three dimensional finite elemen t meth od.Distribution of coun ter force at pile tip and th e law of variation of s ettlem en t defo rmation follow ing s /d ,L /d and E P /E s are em ph etically discuss ed .Furthermore ,optimum design of pile foundation is also s tudied.【Key words 】 co-action th ree dimensional finite elem ent coun terforce of pile tip1 引 言前人已对桩基共同作用问题进行了大量的研究,包括现场试验研究、室内模型试验研究以及理论分析研究,取得了一系列有价值的成果[1],但对桩-承台-基土共同作用的某些问题,尤其是群桩受力变形的某些机理问题还未弄清,导致现行的桩基设计与实际情况有很大出入。
三维有限元在桩核冠修复中的应用
三维有限元在桩核冠修复中的应用三维有限元法（Three-dimensional finite element method）是一种与计算机技术相结合的数值分析法。
其基本思路是将目标整体离散成有限个单元的集合体，通过对每个单元的力学分析，获得目标整体的力学性质。
它具有其他应力分析法所无可比拟的优点，作为一种理论分析方法在口腔生物力学领域得到了广泛应用。
利用三维有限元法进行力学分析，可以对较复杂的物体建模，较真实地反映口腔情况，模拟整体和局部的应力，位移值及其分布规律，并可根据需要改变受载负荷和边界条件等力学参数，在维持原几何模型不变的前提下，进行对比分析。
本文就近年来三维有限元法在牙体缺损后牙齿的桩核冠修复中的运用状况综述如下。
1 牙体缺损程度根管治疗后大面积牙体缺损的患牙通常都需要进行桩核修复，杜莉等[1]通过磨片法建立上颌第一磨牙桩核冠有限元模型，比较上颌第一磨牙4种不同程度牙体缺损桩核冠修复后的牙本质应力分布情况。
当水平向牙体剩余量大于1/2时，剩余牙体组织所受应力较大，上颌第一磨牙的腭根根分叉处是根折的危险区域。
我们在平时临床修复中尤其注意缺损量大于1/2时的牙齿。
针对于缺损较大的牙齿修复，吴张等通过UG构建出4组不同程度缺损至牙龈与牙槽骨内的残根且采用龈下桩核冠修复的模型，导入Ansys有限元分析软件中构建有限元模型，并对模型中龈下桩与牙龈和骨接触面的受力及位移进行分析。
4个实验组模型的龈下桩骨接触表面的最大位移均聚乙烯纤维树脂桩>玻璃纤维树脂桩>铸造金合金桩>铸造钛合金桩>铸造Ni-cr合金桩，但应力值相差很小。
6种不同桩修复后桩-牙本质界面应力大小的顺序为：铸造Ni-cr合金桩>铸造钛合金桩>铸造金合金桩>玻璃纤维树脂桩>聚乙烯纤维树脂桩>石英纤维桩，且应力值相差较大[7]。
Heydecke等[8]采用Meta分析回顾了1995～2000年的1773篇报道，发现铸造和预成金属桩的牙折大多位于牙根中部或根尖1/3，而与牙本质弹性模量相近的纤维桩多为牙根颈1/3处的可修复牙折。
利用Matlab和Pro_E软件辅助建立桩核冠的三维有限元模型
利用Matl ab和Pro/E软件辅助建立桩核冠的三维有限元模型张少锋13 孙滢滢1 周冰2 孔亮1(1.第四军医大学口腔医学院修复科 陕西西安 710032;2.福州总院口腔科)[摘要] 目的:利用Matlab和Pr o/E软件辅助建立桩核冠三维有限元模型。
方法:应用Matlab软件编程读取通过CT扫描所获取的建模所需二维影像图像(共45张,层厚0.5mm,无间隔)的边界数据;再利用Pr o/E的自由曲面造型和加减布尔运算建立桩核冠各个三维实体模块模型,并进行三维重组;最后在Ansys中进行模型单元划分和力学检测。
结果:建立包含饰瓷、金属基底、桩核、粘固剂、牙本质、牙胶尖、牙周膜、松质骨和皮质骨的三维有限元模型。
结论:利用M atlab软件和Pr o/E软件辅助建模,提高了建模的精度、速度和灵活性,为临床口腔医师进行有限元生物力学分析研究提供了一种简捷而精确的有限元建模方法。
[关键词] 桩冠 三维有限元 M atlab Pr o/E Ansys[中图分类号] R783 [文献标识码] A [文章编号] 1671—7651(2006)03—0267—03Recon structi on of Three-d i m en si ona l F i n ite Ele m en t M odel of Post Crown w ith M a tl ab and Pro/E Software. ZHAN G Shao-feng,SUN Ying-ying,ZHOU B ing,et al.D epart m ent of Prosthodontics,College of sto m atology,the Fourth M ilitary M edical U niversity,X i’an710032[Abstract]O bjecti ve:To exp l ore an easier and more p recise method t o reconstruct3D finite element model of post cr own with Matlab and Pr o/E.M ethods:Thin-layer CT scanning was used t o obtain mor phol ogical p ictures of post cr own.Mat2 lab and Pr o/E s oft w are were used t o acquire the data and t o reconstruct the3D finite ele ment model of post cr own.Re2 sults:A more p recise and widely used3D finite ele ment model of post cr own,ce ment,cr own,dental r oot,gutta percha point,peri odontal membrane,cancell ous bone,and cortical bone.Conclusi on:W ith M atlab and Pr o/E s oft w are,dentists can reconstruct the model p recisely,quickly and flexibly.[Key words] Post cr own Three-di m ensi onal finite ele ment Matlab Pr o/E Ansys 桩冠是利用金属桩插入根管内以获得固位的一种修复方式,迄今为止已有几百年的历史[1]。
下颌第一磨牙分根术后冠修复三维有限元模型的建立
下颌第一磨牙分根术后冠修复三维有限元模型的建立李可;王桃;张晓;张朋;刘瑶【摘要】Objective To establish a three-dimensional(3D) finite element model of a mandibular first molar with single and com-bined crown after separation prosthodontic therapy for biomechanical analysis of crown prosthesis.Methods The 3D finite element model was established with CBCT scanning method.Mimics software was used to read and deal with the tomography data preliminarily, Geomagic software was for precise modification,and UG software was utilized to assemble all of the modules and Ansys software to di-vide gridding.Results The 3D finite element models of the mandibular first molar with normal structure and the molar treated with separation prosthodontic therapy wereestablished.Conclusions It was feasible, fast and effective to use the modeling approach of CBCT scan combined with reverse engineering software Mimics and Geomagic,modeling software UG,the finite element analysis soft-ware Ansys to establish the 3D finite element model.%目的：建立下颌第一磨牙分根术后单冠和联冠修复的三维有限元模型，为冠修复的生物力学分析奠定基础。
桩核冠修复下颌第一前磨牙牙颈部应力的三维有限元分析
桩核冠修复下颌第一前磨牙牙颈部应力的三维有限元分析王东;侯玉一;侯玉泽;王文【摘要】对桩核冠治疗下颌第一前磨牙的不同修复方式进行三维有限元力学分析,探讨修复方法和应力间联系.采用三维螺旋CT对包埋块进行断层扫描,得到数据采用Mimcs10.0进行三维建立,再输进ANSYS13.0三维有限元软件里,创建相应的模型.最大的剪切应力产生于无牙本质肩领以及牙冠360°缺损的状况下;而最大的主应力是在颊舌侧有牙本质同时邻面牙本质破坏的状况下产生.经由三维有限元剖析得出,当牙齿的冠部无牙本质肩领时,不适于采用纤维桩树脂核去做修复;在舌侧牙本质存在宽度缺陷时,需把牙本质肩领的高度提上去,使纤维桩树脂核的修复安全可靠性得到增强.【期刊名称】《佳木斯大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2018(036)005【总页数】3页(P805-807)【关键词】桩核冠;第一前磨牙;应力分析;三维有限元【作者】王东;侯玉一;侯玉泽;王文【作者单位】佳木斯大学附属口腔医院,黑龙江佳木斯154002;佳木斯大学附属口腔医院,黑龙江佳木斯154002;佳木斯大学附属口腔医院,黑龙江佳木斯154002;佳木斯大学附属口腔医院,黑龙江佳木斯154002【正文语种】中文【中图分类】R783.51 材料与方法1.1 标本的选择和数据的获取根据《中国人牙的测量和统计》一书[1]，选用一颗几乎是标准的下颌第一前磨牙(离体状态)，这颗牙齿的冠长为7.8 mm，根长为13.5 mm, 没有牙体的缺损及磨耗情况。
采用包埋以后实施标准的三维螺旋CT断层扫描，最终得到了31层断面。
接下来在显示仪器中对于每一层的图像实施详细的检查，并进行合理的调整，让图像是分辨率最佳，最后进行详细的数据处理和记录。
将CT扫描以后的相关数据资料根据DICOM(医学数字成像与通信)要求去进行存储。
针对扫描获得的数据采用Mimcs10.0进行三维再建，把再建得出的数据输进ANSYS13.0三维有限元软件里，完成三维有限元模型的建立。