关键词： 全踝关节置换   人工踝关节   衬垫   多孔结构   有限元分析  

摘要： 背景:假体松动和磨损是导致全踝关节置换失败的主要原因,其与骨-植入物界面的微运动、关节面的接触应力和关节运动密切相关。包括衬垫和胫/距柄假体在内的人工关节部件的设计构造是影响踝关节受力、运动、接触界面微运动的关键因素,开发新型衬垫对提高人工踝关节生存率具有重要意义。目的:构建全踝关节置换有限元模型用以检测多孔结构优化型衬垫的生物力学特性,分析多孔结构优化型衬垫在减少假体微动和改善关节面接触行为方面的作用。方法:以一名健康成年人右踝关节CT扫描数据和INBONEⅡ系统产品手册为基础,建立包括骨骼和人工关节系统的三维模型,在经过截骨和假体安装后获得全踝关节置换模型(模型A),再通过对原始衬垫进行多孔结构改造获得G50型、G60型、D50型、D60型4种新型衬垫,将不同衬垫替换原始衬垫以建立与之相对应的优化型全踝关节置换模型(模型B-E),在5个模型上施加步态载荷模拟步态工况。比较5种模型植入物-骨界面微动和关节面接触行为的差异。结果与结论:①在步态周期下4个优化型全踝关节置换模型的假体微动小于原始模型,与模型A相比,模型B-E假体微动数值上分别下降5.4%,10.1%,8.1%及20.9%,再者优化型模型在胫骨骨槽穹顶部的高微动区域较原始模型明显缩小;②4个优化型模型获得了更大的关节面接触面积,与模型A相比,模型B-E衬垫接触面积均值分别增加了11.8%,14.7%,8.1%及32.6%;③与接触面积增大的效果类似,相较于原始模型,优化型模型的关节面接触应力不同程度下降,其中模型E的数值下降最为显著(P<0.05),归功于构成D60型衬垫Diamond晶格良好的力学属性和较大的孔隙率;④结果表明全踝关节置换使用多孔结构改良衬垫可以提高衬垫的弹性,增加其吸收关节冲击力的能力,为降低植入物-骨界面微动和改善关节接触行为创造有利条件。

关键词： 安装游隙   理论计算   测试原理   有限元  

摘要： 以某圆柱滚子轴承为研究对象,对轴承安装游隙进行了几何及力学表征,采用有限元法分析计算该轴承的安装游隙;绘制出径向安装游隙测试原理曲线;在此基础上提出了一种基于内外圈相对运动的安装游隙测试方法,通过搭建的游隙试验台,进行轴承径向安装游隙测试,然后把测试结果与理论计算结果进行了对比。通过对比分析证明:该方法对轴承安装游隙的测试及数据处理方法可有效减去外载荷对测试结果的影响,对轴承的安装游隙分析具有一定的指导意义。

关键词： Ti_(2)AlNb   GH4099   感应钎焊   有限元分析   温度场  

摘要： 为设计合理的感应线圈结构,并探究不同输入电流、加热时间对焊缝温度最大值的影响,选取适合的工艺参数,从而实现蜂窝板感应钎焊的高效率制备。本文建立了感应钎焊蜂窝板的有限元模型,设计了3种形状的线圈:螺旋形线圈、双回形线圈、M形线圈,并计算得到3种线圈感应钎焊蜂窝板的温度场分布,同时探究了不同工艺参数对温度最大值的影响规律。在模拟的基础上,对Ti_(2)AlNb合金和高温合金组成的蜂窝夹层结构进行钎焊试验,验证了感应钎焊Ti_(2)AlNb/GH4099蜂窝夹层结构具有良好的可行性。结果表明,螺旋形线圈在焊缝处的磁场更加集中,产生的电磁热更多,钎焊效率更高。螺旋形线圈更利于感应钎涂过程中产生大量电磁热,并且当电流为1000 A,加热时间为15 s时钎焊效率最高,且实验得到的Ti_(2)AlNb/GH4099蜂窝夹层结构力学性能优异。

关键词： 整体式斯特林制冷机   泄漏   密封可靠性   密封结构   有限元分析  

摘要： 整体式斯特林制冷机的主要失效原因有蓄冷器污染、运动摩擦副磨损、轴承失效、驱动控制电路失效以及气体工质密封泄漏。而气体工质密封泄漏问题是影响制冷机可靠性的最主要因素。影响制冷机密封性能的主要因素为密封表面加工质量、密封材料和密封结构。选取两款典型制冷机的密封结构作为研究对象,对制冷机的密封结构建立有限元模型。仿真结果表明,与轴对称结构相比,中心对称密封结构的应力分布更加均匀,有利于制冷机密封性能的改善。该结果也为后续制冷机生产工艺过程中提高可靠性以及新研发制冷机设计思路提供了参考借鉴。

关键词： 白车身   试验模态   有限元   模态分析  

摘要： 为使白车身模态性能满足设计要求,在新车型开发前期对白车身模态进行分析。对某SUV白车身分别通过模拟仿真和实车试验进行计算模态分析和试验模态分析,得到其固有频率及相应各阶振型。对比计算模态与试验模态的固有频率与振型,发现两者误差小于5%,验证了所搭建的白车身有限元模型的准确性,所建立的白车身模态与外界激励频率无耦合,车身结构满足设计要求,该有限元模型可以用于后续车身结构分析。

关键词： 轮毂碎裂   轴承走外圈   刚度不足   有限元法   台架试验  

摘要： 市场上陆续出现矿用车辆故障,拆检发现几乎90%的故障均源于轮毂碎裂,且出现了轴承“走外圈”、轮毂外轴承限位处异磨状况,初步判断其因轮毂轴承走外圈致使轮毂异磨、轮毂轴承限位处刚度不足引起,通过有限元法分析模拟了两种主要工况下的状态,证明了轮毂早期破坏正因此两种因素导致。基于此分析结果,针对轮毂薄弱点结构优化,加强其限位处刚度,分析结果显示轮毂外轴承处抗变形能力在两种不同工况下分别提升20%与10%,优化效果明显。此外提高轮毂轴承配合过盈量以减少轴承走外圈状况的频繁出现。新状态轮毂经台架试验验证,达到标准要求的疲劳能力未破坏且未发现明显的轴承走外圈痕迹,说明通过有限元法分析薄弱点从而针对性加强的方法十分有效。

关键词： 铝热焊   焊接热过程   焊接残余应力   滚动接触应力   有限元  

摘要： 铝热焊焊缝的滚动接触应力是钢轨滚动接触疲劳问题的关键影响因素。本文开展了静力拉伸试验研究母材与焊缝材料的基本力学性能,采用Chaboche塑性本构方程描述两种材料在塑性阶段的力学响应。利用ABAQUS计算了铝热焊焊接过程的温度场和残余应力场。建立了轮轨滚动接触应力分析的有限元计算模型,并将焊接残余应力分析与焊缝滚动接触应力相结合,提出了考虑焊接残余应力的轮轨滚动接触应力计算方法。最后,分析了焊缝局部应力场的特点。研究结果表明:(1)焊缝边缘处相比中心处承受更大的接触压力,残余应力的存在会增加焊缝的滚动接触应力以及焊缝边缘处的接触压力;(2)随着车轮滚动次数的增加,焊缝的塑性应变会不断累积,进而影响钢轨疲劳伤损的演化。

关键词： 微磨削   微磨床   有限元分析   龙门结构  

摘要： 由于零件小型化的迫切要求,对超精密微型磨床的需求与日俱增。机床振动是影响微磨削加工精度及表面粗糙度的主要问题之一。为了减少机床振动,利用Ansys Workbench对4种龙门结构进行有限元分析,选取了1种最优方案作为微磨床龙门结构,并对5种常用龙门材料进行了有限元分析,最终选取天然花岗岩作为龙门和隔振台材料。根据有限元分析结果设计了微磨床的整机结构,并对整机结构进行了静力学、模态和谐响应分析,验证了所设计微磨床总体方案的合理性。根据设计分析结果,研制了微磨床实验样机,其运动平台能实现三轴联动及微米级运动精度,电主轴转速最高能达到80000 r/min。

关键词： 安全工程   人为因素   耦合关联   不安全事件   致因机理   民航安全  

摘要： 提出了一种多层次人为因素耦合关联挖掘量化方法,以民航领域不安全事件为例进行验证,旨在弥补人为因素分析过程中缺少层次间耦合关联定量分析的不足。首先,融合人的因素分析与分类系统(Human Factors Analysis and Classification System,HFACS)模型和飞行专家访谈对不安全事件多层次耦合原因进行细化;然后,基于灰色关联度分析(Grey Relation Analysis,GRA)理论量化事件深层影响因素与多类不安全行为之间的关联;最后,挖掘导致多类不安全行为的重要影响因素。为验证模型的适用性与解释性,以民航不安全事件为例,结果表明:个人准备及机组资源管理、操作者状态、监督不充分对技能差错、习惯性违规、偶然性违规产生重大影响,以上因素主要通过直接影响整体差错和违规,形成不安全行为,致使民航不安全事件发生;未纠正已有问题、资源管理、监督违规对知觉差错产生重要影响,组织过程、环境因素、监督不充分对决策差错产生关键影响,多数现有措施并未针对知觉差错和决策差错的防控。研究探索了民航不安全事件致因机理,可为制定更加针对性的风险防控措施提供客观定量的理论参考。

关键词： 脊柱侧弯   模态分析   有限元分析   振动   频率  

摘要： 背景:人体处于振动环境时,会引起脊柱损伤,特别是脊柱侧弯患者,目前尚未涉及脊柱侧弯患者T1-骨盆全脊柱在自由状态下的固有模态信息。目的:利用有限元方法分析脊柱侧弯患者全脊柱的动力学特性。方法:基于CT扫描图像建立1例11岁胸腰双弯脊柱侧弯患者T1-骨盆全脊柱三维有限元模型,胸腰段侧弯Cobb角分别为36°和24°,利用有限元方法进行全脊柱自由状态下的模态分析。结果与结论:提取脊柱的15阶自由模态,获得侧弯全脊柱的动态特性:脊柱共振频率分布集中,胸椎段为全脊柱模型变形最严重的椎段,胸弯曲椎体比腰弯曲椎体振幅大。模态分析脊柱侧弯患者处于振动环境中的振动特性,确定侧弯脊柱的固有频率、振型和振幅等振动参数,对脊柱侧弯的振动特性分析等方面具有重要意义。