关键词： 喷丸强化   有限元技术   钛合金   传统喷丸   新型喷丸  

摘要： 喷丸强化工艺作为一种常用的表面强化技术,在钛合金相关零部件的表面强化中起到重要作用,有限元技术在探究喷丸强化工艺机理和强化效果中应用广泛。目前,多数喷丸仿真研究都是以钢和铝合金为材料,以钛合金为材料的喷丸仿真研究相对较少。本文总结了国内外学者关于钛合金传统喷丸仿真技术、钛合金新型喷丸仿真技术以及钛合金传统喷丸技术与新型喷丸仿真技术的联系,并对钛合金喷丸仿真方面的发展趋势进行展望。

关键词： 动态有限元   多跨连续梁   频率方程   模态   第二频谱   梁高振动  

摘要： 利用Timoshenko梁振动微分方程的奇次解,建立了单元任意截面的变形、内力与节点位移的关系,取端点截面的内力得到动态有限元列式。动态有限元具有不依赖网格密度、可准确计算任意阶次的振动频率和振型等特点。利用动态有限元刚度矩阵行列式为0条件,推导出1~4跨等截面等跨径的多跨连续梁频率方程。分析了多跨连续梁的自由振动,结果表明:相应简支梁的频率为多跨连续梁的固有频率、振型经扩展后为多跨连续梁的振型;多跨连续梁的振动有第二频谱现象和梁高振动特征。

关键词： 双主轴数控机床   工作台   有限元分析   静力学分析   约束模态分析  

摘要： 双主轴数控机床是一种具有两个独立的加工主轴的先进数控机床。本文以某机床厂研发的G650双主轴数控机床工作台为研究对象,采用CAD软件建立了其三维模型,并采用有限元法及其软件对工作台进行了静力学分析和模态分析,研究了工作台在铣削加工状态下的静力学特性和约束状态下的模态特性。通过分析结果可知,工作台的最大形变约2.30 μm、最大应力约9.78 MPa,前四阶固有频率分别为952.86 Hz、1003.30 Hz、1360.60 Hz、1428.90 Hz。分析结果表明了该工作台能确保待加工零件的加工精度和定位精度,为后续的优化设计工作奠定了基础。Double spindle CNC machine tool is an advanced CNC machine tool with two independent machining spindles. This paper takes the table of G650 double spindle CNC machine tool developed by a machine tool factory as the research object, establishes its three-dimensional model by using CAD software, and carries out static analysis and modal analysis of the table by using the finite element method and its software to study the static characteristics of the table in the milling machining state and the modal characteristics of the constrained state. It was found that the maximum deformation of the panel was approximately 2.30 µm, the maximum stress was approximately 9.78 MPa and the first four eigenfrequencies were 952.86 Hz, 1003.30 Hz, 1360.60 Hz and 1428.90 Hz. The analysis results show that the table can ensure the machining accuracy and positioning accuracy of the parts to be machined, which lays the foundation for the subsequent optimisation design work.

关键词： 有限元法   锚杆钻机   伸缩轨道   拓扑优化  

摘要： 以煤矿锚杆钻机伸缩轨道为研究对象,基于有限元方法开展拓扑优化工作。在对EBZ160型掘进机中使用的锚杆钻机概述的基础上,基于Pro/E和ANSYS软件建立了伸缩轨道的有限元模型。结果发现伸缩轨道的应力和变形均相对较小,安全系数最小值达到了1.696,特别是固定板结构更为显著。以固定板结构为对象,利用ANSYS进行结构拓扑优化。根据结果将固定板中间区域材料去除,使其质量降低40%。优化后的伸缩轨道安全系数最小值为1.3544,能满足使用要求。将优化的锚杆钻机应用到掘进机中,经10个月时间的应用,发现钻机运行稳定性良好。

关键词： 超声电动机   可变光圈   行波驱动   有限元分析   结构优化   输出性能  

摘要： 为解决音圈电动机驱动的可变光圈驱动力较小及叶片开合卡顿等问题,结合旋转超声电动机结构,提出了一种超声电动机驱动的新型可变光圈结构。压电振子为驱动组件,设计为中空结构,转子转动带动叶片开合,达到改变光圈大小的目的。建立了压电振子的有限元模型,确定了工作模态及谐振频率,并研制了试验样机,搭建测试平台并对样机进行输出性能测试。实验表明,当激励电压峰-峰值为100 V,驱动频率为30.3 kHz时,样机的最大空载转速为238 r/min,堵转力矩为1.2 N·mm;在最低激励电压峰-峰值为60 V时,可变光圈可实现双向开合。

关键词： 分支井   流体压力   固体变形   有限元分析  

摘要： 在石油和天然气开采领域,实现安全高效的钻井作业是长久以来的关键挑战。传统探井技术不仅带来一定的风险,而且油井开发过程中常面临无法预测的未知危险。本论文重点探讨了应用数值仿真技术降低这些风险的方法,尤其关注其在石油钻井领域的应用。研究主要目的是通过细致分析多分支井(MFD)的流体压力稳定性,评估是否有必要使用高成本的机械加固方法。采用COMSOLMultiphysics有限元分析软件,本研究从流体压力和流速的角度深入分析了分支井的稳定性问题。研究发现,在分支井的连接管区域,即两通道的汇合处,存在显著的压力集中现象,这可能导致油井的结构完整性受损,增加破裂风险。此项研究强调了在钻井设计与操作阶段考虑压力集中区域的重要性,并可能对现行的油井加固策略提供改进建议。数值仿真技术证明了其在预测与优化分支井稳定性方面的价值,有助于减少对机械加固措施的依赖,同时提升钻井作业的安全性和经济性。

关键词： 龙羊峡拱坝   模态参数识别   有限元   动力特征   流固耦合   模态分析  

摘要： 基于龙羊峡重力拱坝实测振动数据,利用随机子空间法进行了大坝模态参数识别,建立了坝体-地基-库水系统的三维流固耦合有限元模型。根据识别出的一阶频率,分别考虑均质地基及分层地基,反演了坝体与基岩材料参数,并通过有限元软件ABAQUS进行了大坝的动力特征分析。结果表明:龙羊峡重力拱坝的一阶频率为2.778~3.196 Hz,反演得到坝体的弹性模量约为50 GPa~52 GPa;对于均值地基,其弹性模量的反演值为30 GPa;对于分层地基,2 490 m高程以下区域的弹性模量为34 GPa;实测振动数据反演得到的坝体弹性模量和地基弹性模量高于其设计值;龙羊峡重力拱坝的前3阶振型分别为正对称、反对称与正对称,其1阶频率和2阶频率相差较大,与重力坝自振频率分布特征相似。

关键词： 晶圆翘曲测量   竖直装夹   附加形变   有限元分析  

摘要： 针对晶圆翘曲检测中晶圆受外力引入附加形变难以消除及量化的问题,面向快速高精度晶圆翘曲工业检测提出一种改进的竖直自动装夹方案,具有精确约束、装夹流程简单等优势。借助理论分析和有限元仿真结合晶圆翘曲表征方法,提出了一种晶圆装夹设计的分析方法,得到了不同关键设计参数与晶圆附加翘曲的关系,实现了竖直装夹机构关键参数的正向设计,并基于设计结果进行了重复装夹验证实验。分析及实验结果表明,竖直装夹在保证晶圆姿态倾角小于0.02°、底部固定约束位置斜面角度35°±1°、夹持力不大于2 N且与竖直方向夹角不超过2°时,可以保证300 mm单晶硅晶圆的附加翘曲弯曲度不超过70 nm,翘曲度不超过1000 nm。该装夹方案拥有精确约束和简洁装夹流程等优势,对研制300 mm晶圆高精度几何形貌测量仪及大尺寸光学元件装夹具有一定的指导意义。

关键词： 电磁耦合   磁场增益   磁传感器   COMSOL仿真  

摘要： 在水下金属探测领域,由于环境噪声的影响使得磁传感器对微弱磁信号的接收较为困难,为了进一步提高磁传感器对微弱磁信号的接收能力,利用电磁相互耦合的特性,通过将面积、匝数与电感满足一定条件的2个线圈串联作为磁传感器的前置磁场增益模块。首先,通过将外界磁场、探测线圈与增强线圈建立等效的电路模型,分析整个系统的场强增益,给出最终增益表达式;然后利用COMSOL软件对系统增益模型进行仿真验证;最后,通过实际绕制探测线圈与增强线圈进行实验验证。结果表明:文中提出的电磁耦合增强磁场方法可有效放大接收磁场的磁场强度,提升磁传感器对微弱磁信号的接收能力。

关键词： 有限元   All-on-4   无牙颌   窄种植体   标准种植体   倾斜种植体   悬臂梁   短种植体   支架材料   咬合设计   生物力学  

摘要： 背景:随着无牙颌修复需求增加,“All-on-4”技术被广泛应用。种植体与天然牙的载荷传递方式不同,三维有限元分析可研究功能载荷作用下种植体及周围骨组织的应力分布,并在此基础上为寻找适合的种植体材料、优化种植体的几何结构、设计临床手术方案提供了研究方法。目的:对三维有限元分析法在“All-on-4”技术方面的相关研究作一综述。方法:检索中国知网和PubMed数据库2003-2023年相关文献,英文检索词为“Finite Element Method,All-on-4,edentulous,Biomechanics”,中文检索词为“有限元,All-on-4,无牙颌,生物力学”,根据纳入排除标准筛选符合标准的文献,最终纳入65篇文献进行综述。结果与结论:①对水平骨量不足的情况,研究者们可以选择应用窄直径种植体,但需要注意悬臂的存在对应力分布的影响,降低失败的风险。②“All-on-4”概念通过倾斜远中种植体的方法,减少骨的应力分布,但在不同的颌骨类型中,远中种植体倾斜的理想角度还需要进一步的研究。③悬臂的存在会增加种植失败的风险,将悬臂长度/AP距(CL/AP)的比值控制在0.9时,有助于减少机械并发症的发生。④用弹性模量较低的材料制作支架时,支架自身的应力较小,但会增加种植体、中央螺丝、基台及种植体周围骨组织的应力,相反使用弹性模量较大的材料,会降低修复体组件和种植体周围骨组织的应力,但支架本身的应力较高。⑤“All-on-4”概念可以实现较好的力学平衡,但需结合患者自身的具体情况制定一个长期有效的治疗方案。⑥合理的咬合设计是影响种植治疗成功的关键,尖牙引导牙合和组牙功能牙合在修复体的寿命方面无差异。然而,影响咬合设计的原因有很多,未来还需要进一步的体外实验以及大量临床研究来探索“All-on-4”理想的咬合设计。