关键词： 桥墩   自振频率   水-结构-土相互作用   海底地震仪(OBS)   有限元分析  

摘要： 建立考虑水-结构-土相互作用的桥墩结构自振频率半解析解,并通过实测数据进行验证。以单个桥墩为研究对象,将“桥墩-承台-桩基”结构体系简化为Bernoulli-Euler梁,采用附加质量模型模拟水-结构相互作用,采用弹性Winkler地基模型模拟桩-土相互作用,建立考虑水-结构-土相互作用的桥墩结构振动控制方程。使用分离变量法得到结构振型函数,根据边界条件建立矩阵方程,通过求解方程的特征值得到结构自振频率。以福州浦上大桥E11桥墩为例,将海底地震仪(ocean bottom seismometer,OBS)核心地震计安装在承台处,采集桥墩的振动响应并提取结构自振频率。同步安装陆地地震仪验证OBS水下监测的有效性,通过对比半解析解、有限元解和实测值验证桥墩结构半解析解的合理性。在此基础上,分析土-结构相互作用、水-结构相互作用对结构自振频率的影响。结果表明,OBS能够满足桥墩自振频率水下测试的环境要求;建立的考虑水-结构-土相互作用的桥墩结构自振频率半解析解合理;土-结构、水-结构相互作用会降低结构的一阶自振频率,其中土-结构相互作用的影响比水-结构相互作用更显著。

关键词： 骨质疏松性椎体压缩骨折   胸椎   腰椎   椎体强化   椎体恢复高度   有限元分析  

摘要： 背景:椎体压缩骨折是当前骨科领域中常见的疾病,椎体强化术后邻近椎体发生再骨折是一个不可忽视的问题,这对患者的正常生活产生了严重的影响。目的:旨在利用CT图像,建立不同恢复高度的椎体强化后模型。采用有限元分析的方法得出不同恢复高度下邻近椎体的应力情况,并进一步探讨椎体强化术后伤椎高度恢复的重要性。方法:建立并验证了胸腰椎(T_(11)-L3)有限元模型,并在此基础上构建了4种不同恢复高度(100%,80%,60%,40%)的L1术后有限元模型,其中骨水泥容量随着恢复高度的变化而变化。具体模型如下:Model 1为正常恢复高度的术后模型,骨水泥容量为8.3 mL;Model 2为L1前部高度切除20%,后凸角变为10.41°的术后模型,骨水泥容量为6.9 mL;Model 3为L1前部高度切除40%,后凸角变为20.17°的术后模型,骨水泥容量为4.7 mL;Model 4为L1前部高度切除60%,后凸角变为28.85°的术后模型,骨水泥容量为3.6 mL。对术后模型进行评估时,施加了7Nm的力矩和500N的轴向力,记录并分析L2上终板和T12下终板的峰值应力,以及L2和T12松质骨的峰值应力。结果与结论:①L2上终板、T12下终板、L2松质骨、T12松质骨各工况的最高峰值应力都出现在Model 1和Model 4,特别是T12下终板(除后伸工况外),前屈、左右侧弯和左右旋转工况都在Model 4达到了最高峰值应力,应力分别为50.3,33.1,44.9,34.3,31.9 MPa;②根据邻近椎体终板和松质骨的峰值应力,排除Model 1和Model 4两个模型后,大部分工况的最小峰值应力都是出现在Model 2模型上,且Model 2模型出现最小峰值应力的情况占据了66.6%,尤其是在L2的上终板和松质骨(除后伸工况外),最小峰值应力都是出现在了Mode 2上;③因此将恢复高度控制在原高度的100%和40%左右是比较危险的恢复高度,对邻近椎体的影响较大;将恢复高度控制在原高度的80%左右可能是一个较为理想的选择;恢复高度在原高度的80%左右,邻近椎体所承受的应力较小,从而减小了患者发生邻近椎体再骨折的风险。

关键词： 安全阀   连接焊缝   有限元分析   热应力   疲劳   开裂  

摘要： 某电站锅炉主蒸汽管道上的安全阀连接焊缝出现开裂,通过对该安全阀底座、管座及连接焊缝进行化学成分分析、硬度测定和金相分析,并利用ANSYS软件对其进行有限元分析。结果表明:安全阀连接焊缝开裂是由于管座与安全阀底座的珠光体球化、安装不规范导致应力集中、热处理不当导致焊缝硬度偏高以及安全阀底座和管座保温层缺失引起热应力过大而发生疲劳破坏。安全阀底座和管座保温层缺失引起热应力过大和疲劳是安全阀连接焊缝开裂的主要原因。

关键词： 高密度封装   随机振动   失效分析   有限元仿真  

摘要： 分析了一款航天器用高密度封装产品在宇航环境随机振动下的失效现象,并根据该产品的结构模型、应用条件建立了有限元仿真模型,仿真试验结果与失效分析的结果表明,该器件断键合丝在振动载荷作用下,分两步发生疲劳损伤与瞬间断裂,引起器件失效。根据该分析结果建立不同长度的键合丝模型,在航天器随机振动条件下的情况进行仿真,给出了航天器用高密度封装器件键合丝的长度控制要求。

关键词： 碳钢地铁   车体结构   有限元分析   静强度   刚度   疲劳  

摘要： 该文介绍某出口项目碳钢地铁车体的主要特点和结构形式,采用有限元分析法对车体结构进行静强度和疲劳分析,探讨碳钢车体设计过程中遇到的强度、刚度和疲劳问题及其解决措施。仿真计算结果证明,优化过后的车体底架拼焊端梁、底架变截面横梁、焊接司机室结构能够满足工艺性及车体强度标准的要求;优化过后的头车一位端结构、车顶与侧墙的连接设计能够满足车体疲劳寿命要求。该文的一些设计方法和思路,能够为后续碳钢地铁车体设计提供一定的设计经验。

关键词： 经椎间孔腰椎椎体间融合   活动度   假关节   器械失效   有限元分析  

摘要： 背景:目前腰椎椎体间融合被广泛应用于多种腰椎疾患的治疗。然而,如何降低假关节形成、螺钉松动断裂以及cage失效等术后并发症仍然是一个严峻的挑战。目的:分析腰椎总体活动度对椎间植骨、cage以及钉棒系统应力应变的影响,从而更好地指导患者进行术后腰椎活动以降低假关节形成及器械失效的风险。方法:利用Mimics、3-Matic、HyperMesh以及Abaqus软件构建完整的人L1-S1有限元模型,并模拟经椎间孔腰椎椎体间融合术。比较施加弯矩前后椎间植骨平均应变、cage以及钉棒系统的峰值应力,并分析其随腰椎总活动度的变化趋势;绘制相应的应力云图以观察应力分布。结果与结论:①与单纯施加垂直压缩载荷相比,施加弯矩后椎间植骨平均应变、cage峰值应力以及钉棒系统峰值应力分别增加了2.6%-55.3%,65.6%-166.8%及36.0%-353.4%;②随着总活动度的增加,椎间植骨平均应变在左右旋转工况下呈非线性增加并得到最大值,而cage与钉棒系统的峰值应力在左右侧弯工况下呈线性增加并得到最大值;③椎间植骨与cage的应力分布和工况有关,而钉棒系统应力主要集中于螺钉与骨质结合部及螺钉与棒连接处;④因此术后增加轴向旋转活动可能降低假关节形成的风险,而减少侧弯活动可能降低cage以及钉棒系统失效的风险。

关键词： 钩舌销   裂损   纵向动力学   有限元  

摘要： 为解决或减少13号系列车钩钩舌销裂损弯曲问题,文章基于多刚体动力学原理建立列车非线性动力学模型,分析车辆在多种工况下的车钩力水平,建立有限元模型,分析了40MnB材质钩舌销强度,并从车钩结构设计、组装及制造质量等角度分析了钩舌销受力情况和钩舌销裂损原因,提出了改进措施。结果表明,车辆在连挂冲击工况和长大上坡道持续牵引工况下产生的车钩力处于较高水平,在长大下坡道循环制动工况下的车钩力复杂多变;在正常工作状态下,车钩结构设计可保证钩舌销不受或少受力,但当牵引台/冲击台与钩体间隙以及钩体护销凸缘与钩舌护销凸缘间隙增大或组装不当时均会导致钩舌销受力;钩舌销累积疲劳损伤和制造缺陷是钩舌销断裂的重要原因。

关键词： 钢框架   屈曲约束   波纹钢板剪力墙   加固   有限元  

摘要： 为评估某抗弯钢框架在设防烈度提高情况下的加固后性能,选取四川某地区一栋3层钢结构教学楼作为原型结构,采用两边连接的波纹钢板剪力墙(Corrugated Steel Plate Shear Walls,简称CSPSW)、屈曲约束波纹钢板剪力墙(Buckling-restrained Corrugated Steel Shear Walls,BR-CSPSW)对钢框架教学楼进行了加固,采用ABAQUS软件建立了加固前后抗弯钢框架结构的精细化有限元模型,采用倒三角水平荷载分布模式对其进行了单向及循环Pushover分析。分析结果表明:采用CSPSW及BR-CSPSW均可显著提升抗弯钢框架结构的水平承载力、抗侧刚度及耗能能力。与CSPSW加固效果相比,采用BR-CSPSW加固可改善其屈曲后承载力劣化过快缺陷,获得更为稳定的抗侧能力,加固效果最优。

关键词： 整体壁板   损伤容限   应力强度因子   剩余强度   有限元分析  

摘要： 现代民机结构设计的主流思想是按照损伤容限进行设计。整体壁板具有良好的抗疲劳性能,但是其损伤容限性能却弱于组合结构。NASGRO虽然是NASA进行损伤容限分析指定软件,却并没有针对整体壁板适用的分析模型。当裂纹靠近筋条时,应力强度因子的变化是分析的难点,也是影响损伤容限分析精确度的重要因素。为研究某型号整体壁板的损伤容限特性,进行了试验设计,应用有限元软件Abaqus建立了含裂纹整体壁板的细节有限元模型,并对裂纹扩展进行了假设。用围线积分方法计算不同裂纹长度下的应力强度因子,并结合NASGRO扩展模型,对裂纹扩展和剩余强度进行了分析。与相应的整体壁板试验对比表明,分析与试验相吻合,对整体壁板的抗断裂设计和损伤容限分析提供了参考。

关键词： 草坪切割刀   有限元分析   正交试验   优化设计  

摘要： 在复杂作业环境下草坪修剪机的切割刀易发生变形磨损。针对该问题,先用SolidWorks软件建立切割刀三维模型,再利用ANSYS Workbench软件对切割刀进行应力和变形分析。同时,通过设计以刀刃长度和刀片厚度为二因素的二因素三水平正交试验,研究切割刀关键结构参数对其受力变形的影响,优化切割刀结构参数,并对此参数下切割刀进行模态分析,验证该修剪机的安全性能,达到减阻提效的目的。结果表明,切割刀最大承受应力的关键参数影响力排名依次为刀片厚度、刀刃长度;对实际参数组合与理论参数组合对比分析分别取最优组,得最优参数组合皆为6 mm的刀片厚度,60 mm的刀刃长度和25°的刀刃倾角。最优参数组下的切割刀避开了固有频率,设计合理。