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文檔簡介

仿脊椎功能復合結構的振動特性分析結構受外部激勵會產生振(震)動,大大影響人民的生活甚至威脅人民生命財產安全,國內外學者長期致力于結構的減振(震)方面的研究。隨著社會的進步和科學的發展,不斷的有新的減振(震)技術被應用于工程領域,在結構振(震)動控制方面也發展為包含被動、主動、半主動、智能和混合控制等多方面靈活的減振(震)控制。脊椎作為人體的中軸,在人體的生理活動中發揮著重要作用。研究表明,脊椎在人體活動中起到保護、穩定以及減緩沖擊等作用。而椎間盤作為脊椎的重要組成部分,是脊椎活動的基礎,且椎間盤的粘彈特性是脊椎起到減振作用的決定性因素。本文采用數值模擬、實驗以及理論計算相結合的方法,對脊椎的力學特性及其減振功能開展研究,并以其力學特性為基礎將該功能應用于土木工程中形成仿脊椎功能的復合結構,對其振動特性展開研究,主要研究內容如下:1.基于CT掃描數據,對人體腰段脊椎進行三維重建,并將其優化后導入有限元分析軟件中進行靜力荷載作用下的數值模擬。得到了人體腰段脊椎在靜力荷載作用下的力學特性,證明椎間盤是人體脊椎活動的基礎。對脊椎功能節段開展了單軸壓縮實驗,獲得其應力-應變曲線,在驗證模型有效性的同時為椎間盤在靜力荷載作用下的粘彈性本構模型的計算奠定了基礎;2.描述了粘彈性材料的力學理論基礎以及粘彈性材料的幾個經典的計算模型,開展了椎間盤的應力松弛實驗。基于粘彈性材料的力學理論基礎計算得到椎間盤的粘彈性本構模型,以此作為椎間盤的粘彈性材料本構關系分析了椎間盤在正弦荷載作用下的動力響應。得到椎間盤的粘彈特性可以減小脊椎近40%的最大位移的結論,側面驗證了椎間盤的減振功能;為將椎間盤的減振功能應用到土木工程結構中奠定了基礎;3.描述了粘彈性材料的動態力學特性、以及其影響因素。通過靜力松弛模量和動態松弛模量(復模量)之間的轉換關系,計算出椎間盤粘彈性材料的動態模量、耗能因子等。并將其作為

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