关键词： 股骨干粉碎性骨折   有限元分析   内固定   骨折愈合  

摘要： 目的探讨髓内钉联合锁定钢板、单纯髓内钉、双锁定钢板及髓内钉联合钢丝治疗股骨干粉碎性骨折(Winquist-HansenⅢ级)的生物力学性能,以选择最佳的内固定方式,从而有效刺激骨痂形成,促进骨折愈合,缩短骨折愈合时间。方法应用有限元分析方法,对股骨干粉碎性骨折(Winquist-Hansen Ⅲ级)模型施加700 N轴向载荷,比较4种不同内固定方式下的股骨整体应力及位移。结果有限元分析结果表明:髓内钉联合锁定钢板内固定方式的股骨整体应力低于单纯髓内钉及髓内钉联合钢丝,高于双锁定钢板;在施加700 N轴向载荷下,髓内钉联合锁定钢板内固定方式的股骨整体位移为0~1.13 mm,单纯髓内钉位移为0~2.31 mm,双锁定钢板位移为0~0.67 mm,髓内钉联合钢丝位移为0~2.02 mm。结论髓内钉联合锁定钢板治疗股骨干骨折应力更适中,双锁定钢板稳定性最好,髓内钉联合锁定钢板能产生更合适应力刺激骨痂生长,进而促进骨折愈合。

关键词： 工字钢   退火   热-结构耦合   有限元分析   热应力  

摘要： 根据工字钢的几何形状和材料特性,采用ANSYS有限元软件建立了工字钢退火过程的热-结构耦合分析模型,并对3种退火工艺的温度场和应力场进行了模拟和分析。结果表明:相比去应力退火和再结晶退火,完全退火工艺的温度最高、热通量最小;去应力退火和再结晶退火可能导致材料内部应力积累,使工字钢的应力分布不均匀;完全退火后材料晶体结构发生了重排和再结晶,使工字钢的热应力和热应变显著减小,使用可靠性提高。

关键词： 橡胶衬套   溶胀老化实验   Yeoh模型   温度当量法   有限元分析  

摘要： 随着油气资源勘探技术的不断发展,中国油气资源逐步从浅层油气井开发迈向到深层、超深层油气井开发的阶段,螺杆钻具橡胶衬套井下高温热老化和油基钻井液溶胀问题显著,导致螺杆钻具输出性能衰减,严重影响钻进效率。因此,亟需揭示高温条件下溶胀作用对橡胶衬套性能的影响。通过开展橡胶材料高温溶胀老化实验和材料性能实验,优选出了超弹本构模型为Yeoh模型,使用不同溶胀时长的本构参数和溶胀当量温度建立有限元模型,分析了不同溶胀时长对橡胶衬套内腔变形、力学性能、密封性能、过流面积和滞后生热的影响。研究结果表明,随着溶胀时长的增加:①内腔变形量先逐渐升高,后趋于平缓;②Von Mises应力和接触应力逐渐增大;③过流面积逐渐减小,并趋于平缓,在溶胀饱和状态时,过流面积降低了12.2%;④热滞后最高温升逐渐增大。

关键词： 制动盘   压装力   有限元   过盈量   圆柱度   摩擦因数  

摘要： 以RD_(3A)型车轴与RuT300型制动盘盘毂压装为研究对象,推导压装力计算公式并分析各关键因素对压装的影响,最后通过ANSYS有限元仿真研究压装过盈量、制动盘座圆柱度与摩擦因数对压装力曲线的影响。文章发现压装力随过盈量、圆柱度、摩擦因数的增大而上升,当压装过盈量介于0.14~0.16 mm,最终压装力为290~334 kN,压装力曲线表现良好;当制动盘座圆柱度为0、摩擦因数为0.11时,最终压力分别为186 kN、174 kN,小于规定的下限值196 kN导致压装失败。研究结果表明,将过盈量控制在0.14~0.16 mm、严格控制车轴中心孔的质量、增加盘座盘毂测量截面以保证盘座与盘毂孔形位公差、采用磨削使盘座粗糙度靠近Ra1.6μm等工艺优化措施,提高了制动盘的压装质量与合格率,确保了行车安全并减少因制动盘压装不合格造成的经济损失,提升了生产效率。

关键词： 三相干式电抗器   铁基软磁复合材料   噪声机理   磁致伸缩   多物理场耦合   有限元  

摘要： 铁基软磁复合材料具有高磁导率、高磁感应强度、低铁损的特性,研究该材料为铁心的电抗器的振动噪声特性对电抗器减振降噪设计具有重要意义。文中基于有限元仿真模型,通过磁场-结构-声学多物理场耦合,对正常运行条件下电抗器的振动与噪声分布进行计算分析,并搭建电抗器噪声测量系统,分别测量硅钢铁心、混合铁心和铁基软磁铁心电抗器的噪声信号,进行试验验证。结果表明:混合铁心和铁基软磁铁心电抗器噪声明显低于硅钢铁心电抗器,混合铁心电抗器受电流变化影响最小。仿真数据显示,硅钢铁心电抗器磁致伸缩与麦克斯韦力噪声比值为1.15,磁致伸缩占比最大。铁基软磁铁心电抗器噪声小的主要原因是磁致伸缩效应小至可以忽略。

关键词： 桥梁工程   CR连接件   抗剪刚度   有限元   等效弹簧模型   等效杆系弹簧模型  

摘要： 当前对于钢混组合梁桥中CR连接件的研究主要集中于承载力,对其抗剪刚度研究较少,没有较为通用的理论计算公式。为建立合理的CR连接件抗剪刚度计算公式,笔者基于现有试验建立有限元模型并加以验证,模拟不同结构参数的剪力连接件弹性阶段的荷载-位移曲线,揭示不同参数下的连接件弹性抗剪刚度变化规律。利用等效弹簧模型和等效杆系弹簧模型,笔者分别研究了剪力键、混凝土榫以及混凝土榫内贯穿钢筋的抗剪刚度,结合弹性阶段刚度叠加关系,建立了CR连接件弹性抗剪刚度理论计算公式。理论计算与有限元拟合结果对比表明:连接件弹性抗剪刚度理论计算值与拟合值的误差在7.7%以内,结果吻合性较好,可作为结构设计的依据。

关键词： 向日葵原理   自动追光   精准捕光   有限元分析  

摘要： 【目的】为进一步提高光伏发电的效率,开发了一种基于向日葵原理的光伏发电自动追光装置。【方法】该装置集成了光伏板、中部控制板、双轴追光系统、GPS定位系统、自我保护系统和自动储能等模块,可以实时捕捉太阳位置,保持太阳光在光伏板上的最大直射面积,从而提高光的转化率。同时,安装在光伏板上的压力电阻和热敏电阻可以有效减少恶劣环境对设备的影响,从而延长设备的使用寿命。【结果】为检验光伏板中的支架是否满足强度要求,对该部件进行有限元分析。计算结果显示,支架屈服强度为6.204e+02 MPa,满足设计要求。同时,对制作的样机进行性能测试。实验结果表明,所制作的样机各项性能符合要求,平均发电量提升了约19.56%,发电效率显著提升。【结论】该光伏发电装置在精准定位和自动捕光方面具有显著的优势,有一定的市场推广价值。

关键词： 空心微针   计算流体动力学   有限元分析   透皮给药  

摘要： 目的研究不同尖端尺寸HfO_(2)空心微针(hollow microneedle,HMN)的结构力学性能和HfO_(2)空心微针流体力学性能,以增强HfO_(2)空心微针的穿刺性能,减少给药过程中液体药物的损耗,并提高空心微针给药的精准性。方法针对HfO_(2)空心微针长度(L=250μm、350μm、500μm)、直径(D_(b)=150μm、200μm、250μm)以及针尖直径(D_(t)=10μm、20μm、30μm)进行正交设计得到9组HMN的尺寸参数组合,并进行结构力学分析,选出最优外形的HfO_(2)空心微针。对T形、120°Y形和60°Y形三种形状的管腔孔道进行流体动力学分析。在不同入口压力下,研究三种管腔内部流体的压力场、速度场分布,并分析3种管腔的流体速度损失,量化评估HfO_(2)空心微针孔道的流动性能。结果针对9组HfO_(2)空心微针的结构力学分析,结果显示微针长度为350μm、基底直径为200μm、尖端直径为20μm时,HfO_(2)空心微针能得到较高的安全系数并保持结构的稳定性,在穿刺过程中未发生失效。针对HfO_(2)空心微针的流体动力学研究,结果表明,60°Y形的HfO_(2)空心微针管腔,入口至出口处的速度损失最小。结论本文设计的HfO_(2)空心微针在满足安全要求的同时可实现穿刺性能优化,并减少流速损失和实现无堵塞给药,为后续降低实验研究相关的成本和时间提供指导。

关键词： 复合式路面   脱空   有限元   重载  

摘要： 为了研究层间脱空对隧道复合式路面竖向位移和最大剪应力的影响,考虑重载的作用,采用ABAQUS建立复合式隧道路面模型,分析脱空区域大小对竖向位移和最大剪应力的影响。结果表明:脱空区域对复合式隧道路面的竖向位移、两车轮中心位移差和最大剪应力的影响显著;随着脱空区域的增大,竖向位移先急剧增大随后增长速率放缓,两车轮荷载中心位移差先增大后减小;当脱空区域面积大于0.0225 m 2时,最大剪应力最大值从下面层顶移动至下面层底部脱空区域;随着轴重的增加,脱空区域一侧车轮中心路表位移、两车轮中心路表位移差、最大剪应力最大值均增大。

关键词： 自主水下航行器   运动控制   径向基函数神经网络   模糊PID   运动控制器  

摘要： 针对自主水下航行器(AUV)高精度、强鲁棒性的运动姿态控制需求,提出了一种径向基函数(RBF)神经网络结合模糊PID控制的水下机器人运动控制器;采用RBF神经网络对模糊PID控制器参数进行优化,有效解决了模糊PID控制过度依赖经验,难以应对水下复杂工况的问题。仿真结果表明:模糊RBF神经网络PID控制器在AUV姿态调节中表现出较传统模糊PID控制器更好的响应速度和抗干扰能力,有效改善了AUV姿态控制性能;经实际应用验证,控制器在复杂工况下可以快速收敛至期望姿态并维持稳定。