关键词： 镁基复合材料   表征体积单元   有限元分析   宏观有效性质  

摘要： 碳纳米管(CNTs)增强镁基复合材料的应力-应变响应预测对于理解可设计性参数在弹塑性变形阶段的影响具有重要意义。由于非均质材料有限元模拟的复杂性,在微尺度组分显式求解方面尚有一定的局限性。为获得非均质材料在弹塑性变形阶段中的宏观有效性质,基于改进的随机序列吸附算法建立了随机CNTs内嵌增强的镁基复合材料单胞物理模型,复合材料中的界面粘结层由内聚力单元代替,CNTs模型依据扫描电子显微镜(SEM)观测到的真实形貌建立。对三维数值模型进行有限元分析计算,求得表征体积单元数值模型有效性质的数值解,有效分析了拉伸载荷作用下材料基体破坏和界面脱粘、强度问题及各组成相间的应力传递机制、损伤机制。实验与模拟的对比结果表明,建立的复杂结构纳米相增强材料细观模型对于预测材料参数与细观结构、力学性能之间的响应关系能够提供客观、充分和真实的依据。

关键词： 大型水池   结构计算   有限元   Midas Gen  

摘要： 为解决输水工程大型水池结构计算适用性问题,结合工程实例,采用通用有限元软件Midas Gen对某工程高位水池进行有限元分析,建立高位水池整体分析模型,得到高位水池在各种荷载工况及荷载组合下的变形及内力分布结果。针对水池不同部位,分析其水平向和竖直向弯矩,得出弯矩分布规律,用以进行针对性配筋设计。同时,内力结果不至过大,说明高位水池立柱和梁形成的纵、横向框架结构增强了水池的整体性和受力性能,结构体系是合理的。该计算实例可为类似工程设计提供参考。

关键词： M-Z干涉仪   薄壁增敏电缆套筒   有限元分析   检波器  

摘要： 介绍了一种新的电缆扰动监测系统,解决了传统电网舞动检测器在面对电磁干扰和持续供电问题时的问题。该系统采用双端M-Z光路结构,能够实时定位舞动位置,而检测器采用薄壁增敏电缆套筒构建,经过有限元分析得出其固有频率为106.77 Hz,与实验数据仅有1.65%的误差。实验结果显示,该检测器在0~140 Hz范围内的相对灵敏度为41.25~66.78 dB re rad/g,对舞动信号的检测灵敏度高。

关键词： 有限元   船舶   轴承  

摘要： 本文介绍有限元仿真技术,并对船舶轴承的材料模型理论进行阐述,同时给出船舶轴承本构模型的应力应变曲线;对船舶轴承进行动力学仿真分析,并在仿真过程中利用吸工装置代替螺旋桨,给出螺旋桨扭矩激励的计算方法,并对船舶轴承的角加速度、角速度以及径向受力情况进行分析;最后对船舶轴承承载进行有限元仿真,并对船舶轴承的振幅、频率以及受力情况进行仿真分析。

关键词： 种植体   骨质   应力   咬合空间   咬合接触   三维有限元  

摘要： 背景:骨组织改建与应力加载密切相关,目前就骨质与种植修复体咬合调整关系的研究或指南较少,并且缺乏科学的证据。目的:通过有限元方法探究不同种植修复体咬合间隙在Ⅰ-Ⅳ类骨质条件下时对种植体-骨界面应力分布、应力峰值、位移的影响。方法:通过光学扫描仪扫描等比例牙齿模型后,使用Solidworks 2022构建等比例右上第一磨牙Straumann 4.8×8 mm BL RC种植体及其相关部件模型,再利用Mimics、Geomagic、Solidworks软件,依据文献ZARB和LEKHOLM提出的骨质分类、NORTON和TRISI骨质密度分类,建立Ⅰ-Ⅳ类骨质的上下颌骨模型。以0,20,40,60,80,100μm为修复体咬合间隙完成模型的装配,并且额外构建一组未进行密度比设置的均质模型作为对比。将上述模型导入Hypermesh进行网格划分后,进行有限元分析的材料赋值、边界约束以及参数设定,最后以250 N为加载力模拟上下颌受力情况,分析比较各组模型中种植体-骨界面的应力分布、应力峰值和位移情况。结果与结论:①相同荷载条件下,种植修复体应力随咬合接触点均匀分布,当咬合间隙达80μm和100μm时,Ⅰ类骨质和Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ类骨质下的种植牙冠分别出现应力中断现象。②种植体-骨界面的位移主要集中在种植体周围的皮质骨区并沿种植体长轴向下传导至底部的松质骨区域。随着Ⅰ-Ⅳ类颌骨骨质的减弱,各组模型皮质骨区产生的位移、Von Mises应力均呈现增加趋势,且均较松质骨区大。而松质骨区Von Mises应力除自Ⅱ类骨起则呈下降趋势外,其余均与皮质骨区相类似,但当咬合间隙增大时,皮质骨及松质骨区产生的应力及位移峰值则呈现逐渐减小趋势。③在咬合间隙为0-40μm的Ⅱ-Ⅳ类骨质条件下以及60μm的Ⅳ类骨质条件时,种植体-骨组织界面应力均介于20-60 MPa之间,其余各组应力均<20 MPa。④种植体Von Mises应力主要集中于种植体颈部,在咬合间隙为20μm的Ⅱ-Ⅳ类骨质条件下,种植体应力峰值均大于咬合间隙为0μm、Ⅰ类骨质条件下的144.10 MPa。⑤在不同弹性模量的均质模型中,其应力及位移分布较非均质模型更加均匀。⑥结论:实验结果从生物力学的角度证明种植义齿修复的咬合调整应该将牙槽骨骨质纳入考虑因素,临床工作中咬合间隙应随着颌骨密度的下降而增加,单颗种植牙与对颌天然牙的咬合间隙在20-40μm是一个相对合适的咬合调整方案。但由于有限元分析法的特殊性,还有待结合临床进行进一步的深入研究。

关键词： 跖趾关节   双平面   足底筋膜   足横弓   足弓   跖骨   近端   生物力学  

摘要： 目的足底筋膜的刚度影响足底铰链机制的动态调整和支撑作用,进而影响足弓的形状和功能,关于足底绞盘机制以及该机制对内侧纵弓的关系研究较为丰富,但该机制对横弓的研究较少,在探究足底绞盘机制与足部刚度的之间的关系的同时不仅仅只考虑内侧纵弓,也应该考虑后横弓对足部刚度的贡献度,完善足部的生物力学知识。方法建立了一个跖趾关节屈曲角度为30°的足-板模型,采用肌肉骨骼模型和有限元分析方法,利用双平面系统获取5 km/h下足部的动态数据对有限元模型进行验证研究足底筋膜刚度对足弓参数的影响。结果有限元模拟结果与DFIS系统获取的数据值相似,模型是有效的;随着足底筋膜刚度的增加,绞盘机制增强,但跖趾关节屈曲角度减小;足底筋膜远端应力逐渐减小,近端与远端应力增大;足底筋膜刚度在25%~150%,足横弓宽度随刚度的额增大而增大,高度随刚度的增大而减小,但足底筋膜刚度在150%~200%时,足横弓宽度减小,高度增大,刚度增大。结论足底筋膜刚度增加会使绞盘机制增加,但会使跖趾关节屈曲角度减小。足底筋膜刚度通过影响足底绞盘机制中跖趾关节的屈曲,来影响足底筋膜远端拉力,同时与作用于跖骨远端地面反作用力共同影响足横弓的刚度。

关键词： 预制模壳填芯混凝土悬臂盖梁   静力试验   有限元   参数分析   承载力计算  

摘要： 盖梁的轻量化发展是实现全预制桥梁的必然要求。基于已有的预制模壳填芯混凝土悬臂盖梁静力试验,采用有限元软件ABAQUS对试件PRC1进行数值分析,有限元计算结果和试验结果吻合较好,验证了有限元模型的可靠性。通过修改已验证的有限元模型参数,进一步分析外壳混凝土强度、纵筋配筋率和交界面接触设置对预制模壳填芯混凝土悬臂盖梁力学性能的影响。基于钢筋混凝土一般构件的承载力计算方法建立试件的理论计算公式,并对提出的计算公式进行验证。研究结果表明:当外壳材料为普通混凝土时,混凝土强度等级从C35增加到C60,峰值承载力仅提高1%,而当外壳材料为超高性能混凝土(UHPC)时,峰值承载力相较C35提高了22%。纵筋配筋率与峰值承载力呈线性增长趋势,当顶部第1排纵筋直径从14 mm增加到22 mm时,峰值承载力提高了34%。交界面接触设置为绑定约束比面面接触的峰值承载力更接近试验值,且后者是相对保守的。基于钢筋混凝土一般构件建立的承载力计算方法所计算结果与试验结果和有限元分析结果吻合较好。

关键词： 胫骨骨折   骨折愈合过程   骨科医生   骨愈合   肢体畸形   骨折区   应力传感器   生物力学  

摘要： 目的胫骨远端骨折是常见的骨折部位,通常需要手术治疗才能实现解剖复位。髓内钉(IMN)广泛应用于骨科,用于稳定骨折和治疗肢体畸形。术后骨愈合的过程对患者康复具有重要意义,可以指导后续的治疗方法。然而,目前用于确定融合程度的影像学技术,如X射线,在准确性上需要提高,并且具有一些辐射影响。研究表明,骨折区域上的机械载荷可以反映骨愈合过程,并评估骨折区域的稳定性。本研究旨在探讨骨折区在骨愈合和IMN过程中的生物力学变化,并根据应力和位移的变化为后续放置智能应力和位移传感器做准备,以期为术后骨折的治疗和康复提供指导。方法开发了代表胫骨骨折不同愈合阶段的有限元(FE)模型,应用生理条件下的轴向载荷、扭转载荷、弯曲载荷模拟正常胫骨应力下IMN固定系统的应力应变。结果术后不同阶段骨折区的应力值、变形值、位移值均有所不同,IMN上骨折区的应力逐渐减小,而骨痂上的应力逐渐增大,直至术后第12周达到稳定状态,且骨痂的变形值和位移值随时间减少并趋于稳定,根据IMN骨折区应力的变化和骨痂的位移值,可以在IMN的骨折区放置应力传感器,在骨痂区放置位移传感器。结论本研究利用有限元分析评估胫骨骨折愈合过程中4个阶段IMN和骨之间的应力、变形和位移。通过结合这些方面,可以评估骨愈合的程度。这项研究使骨科医生能够监测骨折愈合的进展,而不仅仅依靠影像学检查。此外,它有助于指导患者接受适当的康复训练以获得更好的康复。

关键词： 螺旋缝隙   泄漏   双向流固耦合   容积效率   螺杆泵  

摘要： 针对螺杆泵泄漏机理,利用数值模拟加数据拟合方法,提出了一种针对螺杆泵螺旋微小缝隙泄漏的双向流固耦合模拟方法.利用此方法,对比了单向流固耦合和双向流固耦合方法在螺杆泵泄漏计算结果的偏差,计算结果表明,间隙越小偏差越大,间隙为0.500 mm时两结果相差20.3%,说明螺杆泵这种刚柔配合螺旋缝隙泄漏必须利用双向流固耦合求解才能获得准确结果.随后利用双向流固耦合方法对三维螺杆泵模型进行有限元分析求解,研究了初始间隙、流体介质黏度、螺杆泵单级腔室压差、进出口压力对螺杆泵泄漏的影响.结果显示:泄漏量随初始间隙的增大而增大,随流体介质黏度的增大而减少;进出口压力变化对螺杆泵泄漏影响很小,可以忽略;腔室间的压差造成橡胶定子变形形成间隙,间隙随着压差增大呈线性增大.最后利用双向流固耦合方法计算了不同举升压力螺杆泵的容积效率,与试验结果对比误差在±5%以内.

关键词： 桥梁工程   框架桥   纵横梁加固体系   道岔区   有限元   变形  

摘要： 研究目的:由于道岔区轨道刚度和质量分布不均匀及其固有的不平顺性,结构受力比正线复杂。道岔一直是病害高发区域和养护维修的难点,因此顶桥下穿铁路咽喉道岔区比铁路正线风险高、难度大。基于此,本文提出一种新的受力性能好、适用范围广、应用于顶桥下穿多股道铁路咽喉道岔区的加固体系。研究结论:(1)横梁按照简支梁结构计算与实际横梁受力状态不相符,对纵横梁加固体系进行数值模拟分析时,将纵梁、钢轨、扣轨梁及岔枕等构件考虑在内,与实际工程中横梁的受力状态较为相符;(2)路基模量的变化对横梁和钢轨位移影响较小,为防止施工中顶桥区域及其两侧路基塌陷,建议采取适当注浆措施;(3)本文研究对顶桥下穿多股道既有铁路道岔区工程加固体系设计具有借鉴意义。