关键词： 节段拼接箱梁桥   剪力键   抗剪性能   模型试验   有限元分析  

摘要： 针对预应力混凝土箱梁桥施工质量不易保证的问题,提出梁端预制拼接的施工方法;采用精细化加工的箱梁锚固端节段,通过剪力键与混凝土箱梁的现浇节段纵向拼接,从而避免由于施工原因造成的预应力箱梁桥长期性能退化.作为拼接箱梁桥受力的关键构件,梁端承受剪力作用的结合面的受力最为不利,因此本研究采用足尺模型试验和有限元计算的方法,对新型节段拼接混凝土箱梁桥抗剪性能进行研究.试验、有限元计算和参数分析结果表明,所建立的有限元模型能较好地模拟节段拼接箱梁桥在试验荷载作用下的抗剪性能;带剪力键的箱梁节段结合面是该类型桥梁受力最薄弱的部位;试验模型在试验荷载的作用下,其主要破坏模式是在箱梁节段之间传递剪力的剪力键发生破坏;桥梁抗剪极限承载力与剪力键尺寸成正比,与腹板剪力键和顶板剪力键的数量成正比,但与底板剪力键的数量关系不大.

关键词： 有限元   厚板轧制   翘扣头控制  

摘要： 利用ABAQUS有限元软件,模拟了厚板的轧制过程,计算了一系列可调控的工艺参数对轧件翘扣头的影响。可调控的工艺参数主要包括轧制中心线位置H i、上下轧辊的辊速差S k i和轧件上下表面温度差ΔT。计算结果表明,通过调整H_(i)、S_(ki)和ΔT,可以分别在2 m长度轧件上获得-17.5 mm、-181.0 mm和-200.0 mm的翘扣头控制量。进一步的分析表明,调节上下辊的辊速差、轧件上下表面温度差可较为有效地控制轧件翘扣头,且上下表面温度差对轧件翘扣头的控制能力更强。

关键词： 有限元   注采管柱   裂纹   螺旋屈曲   应力强度因子   J积分  

摘要： 采用有限元方法,研究了注采管柱屈曲后表面半椭圆裂纹的应力强度因子K_(Ι)和J积分。首先,由于储气库注采管柱是长直圆管结构,通过建立含外表面裂纹直管的有限元模型,对其进行有限元验证。然后,基于子模型法,建立了管柱屈曲后裂纹力学计算模型,计算了屈曲后不同裂纹形状参数、裂纹相对深度和轴线夹角下的应力强度因子K_(Ι)和J积分,分析了管柱不同螺距数对K_(Ι)和J积分的影响规律。结果表明,有限元法在计算应力强度因子时精度较高,造成有限元法误差明显的主要因素是网格尺寸和裂纹前缘网格划分份数;管柱螺旋屈曲后,K_(Ι)和J积分随裂纹形状参数的增加而减小,随裂纹相对深度的增加而增大;随着注采管柱屈曲螺距数以及轴线夹角的增加,K_(Ι)和J积分均呈增长趋势,且裂纹为周向裂纹时的增长速率最大。

关键词： 水泥环缺失   套管应力   缺失角度   缺失厚度   有限元  

摘要： 深层气井长封固段固井质量不佳易引发水泥环局部缺失,导致套管使用寿命下降。对此,通过建立有限元模型分析了水泥环力学参数、缺失角度、缺失厚度及套管内压力对套管力学完整性的影响。结果显示,当前工程参数条件下,水泥环缺失后套管等效应力最大值出现在套管内壁,套管最大等效应力随水泥环弹性模量的增大而减小;当水泥环弹性模量小于一定值时,水泥环缺失处套管内壁最大等效应力超过套管设计安全应力;套管应力随泊松比的变化规律与弹性模量的变化规律相反,但相对影响较小。随水泥环缺失角度的增加,套管内外壁应力先增加后减小,在水泥环缺失角度为45°时,套管内壁应力最大,超过45°套管应力有所降低,但易造成后期“偏心”。套管应力最大值随着缺失厚度的增加而增加。随着井筒内压力的增加,水泥环缺失处套管内外壁应力均为先减小后增加,且内压力超过一定数值后,套管最大等效应力由内壁转移至外壁。所得结论可为深层气井长封固段固井提供有益参考。

关键词： 径向基函数插值   多学科耦合   数据传递   并行计算   MPI  

摘要： 径向基函数(radial basis function,RBF)插值方法因具有诸多优点而被广泛应用于多学科耦合界面数据传递中。然而,对于实际工程问题中的大规模网格或复杂构型场景,传统的RBF方法存在计算量过高、求解效率低的问题。为了解决这一问题,发展了一种基于RBF插值的耦合界面数据传递的并行方法,利用MPI分别完成了RBF基系数矩阵的并行装配、插值系数的并行求解以及数据并行插值的过程。数值实验结果表明,所提出的并行方法对耦合界面数据传递过程具有明显的加速效果,同时兼具较高的精度和可扩展性,具有良好的工程应用前景。

关键词： 后交叉韧带   韧带重建   膝关节韧带   生物力学   接触力学   松弛度   逆向动力学   有效应变  

摘要： 目的膝关节韧带的生物力学对韧带的功能、退变以及损伤干预措施(如韧带重建)的研究起着重要作用。骨肌模型可用于预测各种活动中韧带的生物力学。然而,先前的骨肌模型通常基于刚体动力学,缺乏对详细的关节运动学和接触力学的研究能力。因此,本研究的目的是开发一个包含膝关节变形接触模型的下肢有限元骨肌模型,考虑韧带的三维几何形状、变形和接触。研究后交叉韧带(posterior cruciate ligament,PCL)松弛对韧带生物力学和膝关节接触力学的影响。方法基于数据库开发下肢有限元骨肌模型,将膝关节的三维变形模型耦合到骨肌模型中,包括三维韧带、软骨和半月板。有限元骨肌模型的输入包括地面反作用力和关节角度。肌肉冗余问题通过逆向动力学优化解决。将预测的关节接触力与在体测量数据进行对比。通过调整PCL的等效刚度,实现PCL的不同松弛场景,对比分析韧带的力和应变以及关节的接触力学。结果预测的膝关节接触力与实验数据基本一致。较高松弛度导致PCL的力降低和有效应变增加。与正常模型相比,松弛-2模型在关节前后方向的位移明显增大。松弛-2模型的胫骨内侧髁软骨接触应力比正常模型高23%。结论该模型可用于在各种活动中对骨关节软/硬组织进行系统的、个性化的生物力学评估。

关键词： 桥梁工程   荷载横向分布   刚接梁法   装配式桥梁   有限元分析  

摘要： 传统刚接梁法在装配式T梁桥荷载横向分布计算中忽略纵向弯矩等因素,导致计算结果与实际情况存在一定差异。为了准确计算装配式T梁桥荷载横向分布状况,文中在刚接梁法的基础上,结合三维有限元模型分析结果,提出考虑主梁刚度修正的荷载横向分布计算方法。针对纵向弯矩等因素对主梁的竖向刚度与扭转刚度的影响,引入计算长度系数作为待修正参数,以有限元计算的荷载横向分布构造目标函数,并通过内点法对目标函数进行优化,得到修正后的刚度参数,计算出装配式T梁桥荷载横向分布影响线。结果表明,对于常规跨径的装配式T梁桥,与主梁竖向刚度相关的计算长度系数为0.5~0.6,而与主梁扭转刚度相关的长度系数则为0.18~0.22。文中提出的修正刚接梁法计算结果与三维有限元结果吻合良好,能够较好地适用于装配式T梁桥荷载横向分布计算。

关键词： 钢框架   全螺栓装配   轻质墙板   滞回性能   有限元分析  

摘要： 基于一体化轻质保温装饰墙板全螺栓装配式钢框架的抗震性能试验研究,本文采用商业有限元软件ABAQUS对结构进行了精细化非线性有限元分析。研究了结构的滞回性能、结构能力、应力分布以及失效模式等,提出了在柱脚和龙骨间设置加劲肋的改进设计方案,并对诸如顶底L型件水平板和竖向板螺栓数量、加劲肋形式、结构高跨比以及轴压比等关键设计参数进行了拓展分析。结果表明,采用本文有限元建模方法能够精准地模拟试验的滞回性能,极限承载力与试验最大差值为8.86%,模型失效模式及应力分布与试验现象高度吻合;柱脚和龙骨间加劲肋使柱脚内外翼缘协同变形,减小翼缘局部屈曲,避免龙骨连接处焊缝的应力集中,显著提升了结构承载力;通过优化顶底L型件的螺栓数量和加劲肋形式等设计参数,可进一步提升结构能力;实际工程中应合理控制结构高跨比和轴压比,以满足抗震设防要求。

关键词： 跟骨骨折   生物力学   手术复位   锁定钢板固定   骨缺损   移位性   植骨治疗   临床试验  

摘要： 目的跟骨骨折是跗骨骨折中最常见的一种,其中超过2/3为移位性关节内跟骨骨折,手术复位后伴随跟骨骨缺损。目前治疗跟骨骨缺损的手段主要是通过植骨,但是植骨是否有效存在争议。因此为了优化手术决策,需进一步研究骨缺损的影响以及植骨的生物力学作用。通过有限元仿真方法,研究比较不同缺损跟骨以及其植骨后的生物力学应力应变结果和生物力学稳定性。方法重建了一个健康的复合足踝有限元模型,通过修改模型以模拟锁定钢板固定的SandersⅢ型跟骨骨折,构建中度和重度跟骨骨缺损与植骨后的模型进行比较。通过模拟3种步态的情况,对跟骨的应力和骨块位移进行了评估。结果中度和重度骨缺损使跟骨应力分别增加了16.11%和32.51%,植骨后分别减少了10.76%和20.78%。中度和重度缺损使总移位分别增加了3.99%和24.26%,而后关节面移位则分别增加了86.66%和104.44%。植骨后,前者的移位减少了25.73%和35.96%,而后者在中度和重度缺损时分别减少了88.09%和84.78%。结论模拟研究证实,植骨可以减少跟骨的应力和骨块的移位,从而提高稳定性并降低继发性骨折的风险。未来的研究将通过临床试验进一步验证这些发现。

关键词： 二次开发   多目标优化分析   快速设计   减少成本   轻量化  

摘要： 采用仿真软件二次开发与优化算法结合的方式,实现了对不同尺寸的同种结构件在不同冲击条件下的优化分析。在L型件承受不同加速度冲击条件下,通过在图上量取的方式,快速了解不同尺寸L型件的结构受力状态,以方便设计人员进行规格选择,在保证强度的同时减少了成本,实现轻量化的要求。