关键词： 股骨颈骨折   股骨颈系统   空心钉   有限元分析   生物力学  

摘要： 背景：青壮年PauwelsⅢ型股骨颈骨折的治疗极为棘手，内固定治疗PauwelsⅢ型股骨颈骨折时，不仅需保障内固定物的机械稳固性，更要确保其能够抵抗剪切、压缩和张力的冲击，防止在骨折愈合过程中内固定物因疲劳而断裂或松动。然而，现有的内固定方式还不能完全满足要求。目的：期望能够为临床治疗青壮年PauwelsⅢ型股骨颈骨折时，提供更为合理、有效的内固定方式选择，从而优化治疗效果，减少并发症的发生，提高患者的康复速度和生活质量。方法：利用志愿者股骨CT数据构建了Pauwels角为70°的股骨颈骨折模型，设置3种置入方式：(1)股骨颈动力交叉钉系统组：股骨颈动力交叉钉系统主钉位于股骨颈轴位中心；(2)联合组：股骨颈动力交叉钉系统主钉位于股骨颈轴位的偏下1/3,1枚空心钉位于股骨颈轴位的偏上1/3；(3)空心钉组：3枚空心钉的布置以经典的倒三角形状排列，确保固定效果的最大化。分析3种不同内固定方式下股骨近端骨折块和内固定装置的应力分布和位移；结果与结论：(1)3组股骨近端模型的应力均集中在骨折线附近，联合组(201.10 MPa)<股骨颈动力交叉钉系统组(222.25 MPa)<空心钉组(271.25 MPa)；(2)股骨近端移位峰值均位于顶部，联合组(6.33 mm)<股骨颈动力交叉钉系统组(9.37 mm)<空心钉组(9.92 mm)；(3)内固定应力均集中于骨折断端处的螺钉表面，并从该处向两侧逐渐延伸，空心钉组(136.67 MPa)<联合组(201.10 MPa)<股骨颈动力交叉钉系统组(222.25 MPa)；(4)内固定装置模型位移最大处均位于内固定物的最顶端，3组均由顶部至远端逐渐减小，位移峰值分别为：联合组(6.21 mm)<股骨颈动力交叉钉系统组(9.19 mm)<空心钉组(9.51 mm)；(5)3组模型的近端骨块应力主要集中在骨折断端，特别是在骨折端靠下方的区域，这表明这些区域在力学传递过程中承受了较大的应力和应变，联合组(24.96 MPa)<股骨颈动力交叉钉系统组(39.69 MPa)<空心钉组(44.47 MPa)；(6)结果说明股骨颈动力交叉钉系统联合空心钉在冠状面呈平行排列的内固定策略，相较于单一的股骨颈动力交叉钉系统固定或倒三角形空心钉固定，展现出了更高的生物力学稳定性，为青壮年PauwelsⅢ型股骨颈骨折提供了更为可靠和有效的治疗方案。

关键词： 国家科技馆   大跨重型穹顶结构   悬挑结构   有限元分析   结构健康监测   BIM技术  

摘要： 国家科技传播中心项目采用多种结构形式，其中58m预应力大跨重型穹顶及14m超长重型悬挑的组合在国内尚属首例，为保证该结构在施工及运营期间的安全，引入了结构健康监测对大跨重型穹顶和超长预应力悬挑吊挂结构进行监测。采用结构有限元分析、预应力施工模拟的方式确定该结构体系的监测方案，同时，对科技馆健康监测系统的硬件和平台功能进行了详细阐述。本项目结构健康监测系统实现了模型预测控制技术、智能诊断技术、多传感器融合技术。借助健康监测系统获得了大量结构状态的数据，可以对结构健康状态进行预测分析，判断结构是否存在损伤以及损伤发生的位置和损伤程度，为科技馆的安全施工与运营提供可靠保障。

关键词： 地下水数值模拟   多尺度有限元法   达西流速   介质交界面   JUMP向量  

摘要： 提出一种用于模拟介质交界面处达西流速的跳跃多尺度有限元法(MSFEM-J),可解决有限元等惯用方法模拟含交界面地下水问题时的两个缺点:一是现有方法需要精细剖分刻画介质非均质性来保证解的精度,会消耗巨大的运算资源;二是现有数值方法无法保证介质交界面处的达西流速满足折射定律,即无法保证法向流速连续、切向流速按渗透系数呈比例。MSFEM-J可通过多尺度有限元(MSFEM)的基函数显著提升地下水水头和达西流速两个过程的计算效率;然后基于折射定律构造JUMP向量,迭代修正交界面弱侧节点的右端项并直至收敛,从而令交界面处达西流速满足折射定律。数值试验表明,本文提出的MSFEM-J所模拟的达西流速在介质交界面处符合折射定律,在研究区其他位置具有连续性。同时,该方法的计算精度高于精细剖分的惯用方法,且计算消耗仅为同效方法的2%左右。

关键词： 粗陶粒   高延性水泥基复合材料   应变-硬化   随机陶粒模型   数值分析  

摘要： 选取了不同粒径的粉煤灰陶粒作为粗骨料，制备含粗骨料的高延性水泥基复合材料（coarse aggregate-engineered cementitious composites，CA-ECC），分析了陶粒粒径对CA-ECC压缩和拉伸性能的影响。结合细观和微观试验，分析了CA-ECC高拉伸变形能力形成机制。基于随机骨料模型建立了CA-ECC细观数值模拟，在验证模型可靠性的基础上，开展了参数分析，阐述了陶粒的不同特征对CA-ECC拉伸性能的影响机理。结果表明：CA-ECC仍能维持良好的拉伸变性能力，当粒径在5-8 mm时，CA8-ECC的拉伸变形可以达到11%。观察断面后发现，裂缝在陶粒内部扩展过程中容易产生偏转和分叉，形成比常规ECC更密的裂缝。通过有限元分析发现：分布在ECC基体中的小粒径陶粒可以诱导损伤的扩展，使ECC基体损伤发展充分。此外，结合荷载条件下材料内部应力分布情况确定了良好的界面性能、合适的陶粒弹性模量和粒径是保证CA-ECC高变形能力的前提条件。

关键词： 非线性   变刚度螺旋弹簧   力学性能   有限元分析  

摘要： 针对变刚度弹簧的力学性能问题，以铃铛型变刚度螺旋弹簧为研究对象，探究了几何参数对变刚度弹簧力学性能的影响。基于弹簧串联理论，提出铃铛型变刚度螺旋弹簧设计方法，通过参数化建模建立变刚度螺旋弹簧的三维模型，通过静态压缩试验验证了理论计算和有限元模型的正确性且仿真与实际测量值最大误差不超过10%。利用有限元软件Ansys分析了变刚度螺旋弹簧关键几何参数线径、节距和有效圈数对变刚度螺旋弹簧力学性能的影响规律，分析结果为变刚度螺旋弹簧设计和优化提供参考。

关键词： 激光-MIG复合焊   6005A铝合金   坡口尺寸   接头性能   软化现象   有限元分析  

摘要： 激光-MIG复合焊接技术是一种高效的具有发展前景的材料加工技术，广泛应用于轨道交通等领域。本文对10 mm中厚板6005A铝合金进行了单层单道激光-MIG复合焊接试验，研究了不同坡口尺寸下焊接试件的微观组织及其相关力学性能。研究发现，焊缝区中心的晶粒为等轴晶，靠近熔合线的晶粒为柱状晶。焊缝区的晶粒直径明显大于热影响区和母材的晶粒直径。不同焊接坡口尺寸拉伸试样的断口均在热影响区，表明热影响区为复合焊接接头最薄弱部位，焊接软化是影响抗拉强度的主要原因。焊接接头整体的抗拉强度约为母材的75%～79%，断裂特征主要表现为韧性断裂。焊接接头的硬度显著低于母材且在热影响区有最小值，并通过有限元分析焊接温度场进一步验证了焊接接头最软的位置。

关键词： 有限元分析   应力分析   牙髓根尖周病   根管治疗   开髓   根管预备   根管充填   修复   工程化口腔材料  

摘要： 背景：根管治疗后牙髓根尖周病变患牙往往因失去较多健康牙体组织等原因导致抗折强度降低，如何增强牙齿抗折强度一直是临床医生密切关注的问题。有限元分析能直观地展示不同状态下患牙各个部分的受力情况，对牙体结构和材料力学性能等进行综合分析。目的：综述有限元分析在牙髓根尖周病根管治疗中的应用进展，并对未来的发展趋势进行展望。方法：在PubMed、Web of Science数据库和中国知网、万方数据库、维普数据库、中国生物医学文献服务系统中检索使用有限元法分析牙髓根尖周病根管治疗的相关文献，英文检索词为“FEA,finite element analysis,stress analysis,root canal treatment,pulp opening,root canal preparation,root canal filling,restoration”，中文检索词为“有限元分析，应力分析，牙髓根尖周病，根管治疗，开髓，根管预备，根管充填，修复”，最终纳入103篇文献进行综述。结果与结论：有限元分析可以通过构建牙体及周围组织的有限元模型分析牙齿在咀嚼、咬合等过程中的应力分布和变形情况。借助有限元分析，临床研究者能够对牙髓根尖周病根管治疗中不同开髓洞型、根管预备方式、根管充填材料及修复方案等对牙体力学性能的影响进行分析，从而选择出最佳的治疗方案，提高治疗效果和患者预后。有限元分析有助于医生在临床治疗中减少牙体组织的损失，提高治疗效果和患者预后。有限元模型是对实际情况的简化，需结合临床试验进行综合分析。

关键词： 离心压缩机   叶轮   蜗壳   有限元   优化设计   数学模型  

摘要： 目的：空气压缩储能装置在各行各业日益成为储能的关键设备，而对于微型压缩机的结构设计存在不足，现设计一款低压小型离心压缩机。方法：设计计算压缩机的主要参数并对叶轮、蜗壳等选型之后，构建并组装叶轮、导风轮、无叶扩压器、蜗壳和中心轴等核心部件，利用有限元分析软件着重分析了叶轮和中心轴的应力和位移分布情况，确保各零件的屈服强度符合设备的正常使用要求。结果：经过优化设计后，叶轮变形比例降低至0.12，大大降低了叶轮应力；轴头轴颈长度与原长度近似相等，而中心轴的总重量减少了约0.4 kg。结论：从改变制造工艺、优化数学模型等方面对关键部件优化设计，不断提升小型离心压缩机的设计与校核参数，为微型离心压缩机的优化设计和性能提升提供理论依据。

关键词： 残余应力   激光熔覆   表面织构   有限元分析  

摘要： 文章在H13模具钢多层激光熔覆过程中，通过预置表面织构以降低激光熔覆后模具钢熔覆层的残余应力，减少其裂纹的产生。首先对待加工表面进行预处理，预置正方形表面织构，并利用ANSYS软件APDL语言模拟激光熔覆过程，对熔覆过程中的温度场和应力场进行了耦合分析研究，然后结合正交实验模拟结果研究预置织构对激光熔覆层温度场和残余应力的影响，最后进行实验测定。研究结果表明，对正交仿真实验结果进行均值化分析，得到最优熔覆参数为激光功率P=400 W，扫描速率v=20 mm/s，激光光斑半径R=0.8 mm，影响熔覆层残余应力的影响程度顺序依次为激光功率＞激光光斑半径＞扫描速率。将最优参数下有、无织构的仿真以及实际加工结果进行对比，仿真结果中有织构激光熔覆后工件表面的残余应力较无织构激光熔覆工件表面降低了25.96%，实际熔覆后有织构工件表面的残余应力较无织构激光熔覆工件表面降低了18.55%。因此可以得出结论：通过在H13模具钢基体表面预置织构的方法，可以降低熔覆层残余应力，从而减少或消除裂纹的产生，在利用激光熔覆进行模具再制造过程中可以起到积极有效的作用。

关键词： 夯土体   含水率   物理力学性质   平遥古城   有限元分析  

摘要： 针对所受赋存环境变化影响，夯土城墙的含水率分布存在差异。为探究不同含水率下夯土体的物理力学性质的变化规律，以世界文化遗产平遥古城夯土体为研究对象，通过设置不同目标含水率夯土体。利用固结仪、直剪仪对不同含水率下土体的的压缩模量、黏聚力以及抗剪强度等力学性能指标进行了测试，同时利用ABAQUS中强度折减法计算其不同含水率下城墙的稳定性系数，探讨了不同含水率土体对城墙稳定性的影响。结果表明：当土的含水率w＜13.0%时，随着含水率w逐渐增加，土体的压缩模量Es、抗剪强度τ、黏聚力c均呈现上升趋势；当土的含水率w＞13.0%时，随着含水率w逐渐增加，土的压缩模量Es减小，土体压缩性提高。含水率继续增加，土体逐渐由低压缩性土向中压缩性土过渡，土的黏聚力c、抗剪强度τ逐渐降低。随着含水率w的增大城墙安全稳定系数大体上呈逐渐下降趋势，夯土城墙在不同含水率下最大剪应力、等效塑性应变的分布情况为最大剪应力外墙大于内墙，底部大于顶部，塑性应变集中在内墙底部。此研究结果可为平遥古城夯土城墙及类似夯土建筑的预防性保护和修缮土体选取提供理论依据。