关键词： 膝关节   有限元分析   护膝   屈膝角度   防护性能  

摘要： 为了探讨不同角度下护膝紧度对膝关节半月板及胫股软骨应力和位移的影响,首先利用MRI获取一位志愿者的人体膝关节数据,构建膝关节有限元模型,通过与前人研究结果对比验证该模型有效。然后在仿真软件中建立屈膝角度分别为0°、30°、60°的膝关节模型并通过改变膝关节外部软组织12个参考点的压力,模拟护膝在不同屈膝角度下对膝关节的压迫。进而以胫股关节软骨、半月板的最大Mises应力和最大位移两个维度作为研究指标,分析不同屈膝角度及不同护膝紧度下半月板和胫股关节的力学特征。结果表明,在应力维度上,不同角度下不同的护膝紧度对半月板和胫股关节的影响趋势不同;在位移维度上,不同角度下紧度越大,对膝关节各部位都呈现较好的防护效果。

关键词： 有限元分析   水凝胶   生物力学现象   图像分割   三维重建   力学分析  

摘要： 目的探讨通过荧光图像重建水凝胶的几何网络及其用于有限元模拟的可行性。方法取冷水鱼皮的明胶水溶液,分别与28.2、56.5、113.0、141.0 mg戊二醛交联16 h,制备明胶水凝胶;采用动态热机械分析技术测量各组明胶水凝胶的力学性能,并计算压缩模量(Emeas),用激光共聚焦显微镜和图像分割程序分析观测各组明胶水凝胶的孔隙结构;采用图像分割及行进立方体算法进行各组水凝胶支架几何模型的三维重建,对水凝胶荧光图像进行预处理、分割、重建及优化;采用ANSYS Workbench计算有限元,使用静态结构分析模拟各组水凝胶的压缩试验,计算模拟得到模型的压缩模量(Esim)以及水凝胶结构的负载情况。结果动态热机械分析获得水凝胶的应力应变数据,计算得到Emeas分别为(457.0±30.8)、(942.7±260.5)、(2053.3±115.0)及(2133.3±125.8)Pa;观测到经戊二醛交联的水凝胶孔隙发生变化,且戊二醛浓度越高,水凝胶的孔径越小、孔数量越多;三维重建程序生成了可用于有限元体网格划分的水凝胶几何模型;有限元模拟计算得到的Esim与Emeas一致,分别为447.2、829.9、1987.7及2181.6 Pa;有限元模拟结果显示,水凝胶结构承担的载荷增加,与基体相比,纤维网络承担主要载荷且载荷增加量更大;当基体弹性模量增加,纤维网络与基体界面处的应力分布的不均匀性降低,与纤维网络相比,基体共享负载增加。结论利用三维重建方法构建了水凝胶几何模型,模拟的有限元模型可反映明胶水凝胶的力学性能。

关键词： 差速器   轴承   有限元   可靠性   灵敏度  

摘要： 轴承性能对汽车差速器及驱动桥的可靠性有着重要影响。基于可靠性理论研究了差速器轴承的时变可靠性。根据计算的轴承载荷,采用FEM技术对其进行瞬态动力学分析;根据Hertz理论和应力-强度干涉理论建立轴承的可靠性模型,利用一次二阶矩法计算轴承应力-强度时变可靠度;对轴承的时变灵敏度进行分析;采用蒙特卡洛法验证计算结果。结果显示,轴承可靠度会随载荷的增大而降低,当载荷超过其阈值10kN时轴承逐渐失效。改善某些参数的均值和标准差,可以提高差速器轴承可靠性。

关键词： 膝关节   内侧副韧带   半月板   有限元分析   生物力学  

摘要： 背景:膝关节内侧副韧带损伤易导致继发性的半月板及软骨损伤,长期慢性损害会引起骨关节炎的发生。目前,关于内侧副韧带断裂所致半月板及关节软骨损伤的力学研究较少。目的:探讨膝关节内侧副韧带不同程度损伤对膝关节半月板及软骨生物力学的影响。方法:选择一名健康志愿者行膝关节CT和MRI检查,获取其影像资料,将扫描数据依次导入Mimics、Geomagic及Solidworks软件,经配准融合后建立正常膝关节三维模型,并在此基础上模拟出膝关节内侧副韧带不同程度损伤的模型,共分为4组,包括:①内侧副韧带完整;②内侧副韧带深层断裂;③内侧副韧带浅层断裂;④内侧副韧带完全断裂。最后导入Ansys软件,对膝关节施加3种模式载荷:①股骨顶端施加10 N·m外翻力矩;②股骨顶端施加4 N·m内旋力矩;③股骨顶端施加4 N·m外旋力矩。分析4组模型在不同载荷下对膝关节生物力学的影响。结果与结论:①在膝关节伸直位,对膝关节施加10N·m外翻力矩时,内侧副韧带不同程度损伤后外侧半月板总体应力均增加,关节软骨应力变化不明显,并且当内侧副韧带浅层出现断裂后外侧半月板应力峰值明显增大;②在膝关节伸直位,对膝关节施加4 N·m内旋力矩时,内侧副韧带不同程度损伤后内外侧半月板总体应力均增加,当内侧副韧带浅层出现断裂时半月板应力峰值从内侧半月板前角转移至外侧半月板前角;③在膝关节伸直位,对膝关节施加4 N·m外旋力矩,内侧副韧带不同程度损伤后外侧半月板应力峰值较内侧半月板增加更明显,关节软骨应力变化较小;④结果表明,膝关节处于伸直状态下,膝关节内侧副韧带浅层断裂继发半月板损伤的风险远大于内侧副韧带深层断裂,而外侧半月板较内侧半月板更易受到损伤;内侧副韧带浅层和深层对膝关节的旋转稳定性均有重要作用。

关键词： 扩张式封隔器   有限元   受力分析   胶筒参数  

摘要： 扩张式胶筒是扩张式封隔器中最重要的部件之一,需要具有一定的承压能力,以及扩张和收缩形变的能力。为了提高扩张式封隔器工作的可靠性及井下高温高压环境下使用的长效性,在分析扩张式胶筒密封机理上,建立了等效受力物理模型,用有限元方法分析胶筒在实际工况下的受力状态。通过对比模拟分析数据,确定不同工况的受力性能,最终得到扩张式胶筒设计参数。通过数值模拟分析胶筒厚度、中间跨度、端部变形、最佳工作长度等参数,得到合理的扩张式胶筒设计参数。

关键词： 主成分分析(PCA)   Fisher判别分析   矿井突水   水源判别   水化学特征  

摘要： 为有效预防矿井突水事故发生,快速准确识别矿井突水水源是至关重要。以陕西某矿为例,选取K^(+)+Na^(+),Ca^(2+),Mg^(2+),Cl^(-),SO_(4)^(2-),HCO^(-)_(3)六种水化学成分指标作为矿井突水水源识别的样本变量。笔者采用主成分分析(PCA)结合Fisher判别分析法建立突水水源判别,利用不同的水化学特征样本中的27个数据为训练样本,对该方法进行检验和应用,并与传统的Fisher判别分析法的结果进行比较。研究结果表明:利用Fisher判别分析正确率为92.6%,而利用PCA与Fisher突水水源判别方法对样本数据进行判别,正确率达96.3%,并对10个预测样本数据进行判别,正确率100%,判别结果正确率较高,对煤矿突水水源识别具有指导意义。

关键词： 合金   切削参数   切削温度   有限元  

摘要： 为了分析车削Al-Mn合金过程中切削参数对切削温度的影响规律,通过AdvantEdge FEM有限元仿真和实验相结合方法得出切削参数对切削温度影响重要程度依次为背吃刀量>进给量>切削速度。运用spss软件对数据进行方差分析和通过多元线性回归分析得出切削用量对切削温度的影响均为显著,同时分析得到切削温度的预测模型,通过预测模型可提前预估出切削过程中刀具的最高温度从而优化切削参数可以改善切削性能,提高工件的加工精度。

关键词： 全绝缘光单元复合光缆   机械拉伸   电流温升:有限元仿真  

摘要： 为获取IOPPC新型复合光缆(Insulated Optical Phase Conductor)在架设时所受机械拉伸和运行后电流温升的特性,进行了力学和电热学有限元仿真分析。首先,建立了光缆的多层绞合几何模型,采用扫略六面体进行了高精度网格划分,并对其施加了拉力载荷;然后,建立了考虑传导、对流和辐射的稳态电热模型,对其施加了额定载流量。有限元计算结果表明,在95%额定拉断力下,光单元最大应变为1.09%,没有超出光纤应变窗口,拉伸过程中没有出现单丝断裂;855A额定载流量下,光缆整体温度分布均匀,约为82.3℃,没有局部温度过热点。上述研究可为输电线路新型光缆的设计、研发和运维提供参考。

关键词： 护理床   平行四边形机构   角速度   运动学仿真   有限元分析  

摘要： 针对具有自理能力的独居老人上下床困难的问题,设计了一款具有一键式抬背屈腿功能的助老护理床。设计了一种双平行四边形机构的联动结构,并应用解析法与欧拉公式得出了靠背机构的角速度和角加速度与电动推杆的运动关系,利用MATLAB绘制了靠背机构在电动推杆以8 mm/s匀速运动时的速度趋势,即靠背抬角角度在0°~54°区间,角速度、角加速度变化十分光滑平稳,没有突变情况;从54°~73°极限位置区间,变化略大,但运动曲线光滑,没有明显突变和断点,表明助老护理床没有较大冲击。在Adams中进行了运动验证,得出其启动、稳定运行、停止时均无突变情况。并在ANSYS中进行了安全稳定性分析,得出其Q235结构下厚度结构强度合理。最后实物样机试验结构验证老人床完全可以轻松躺立切换,为今后进一步开发打下了基础。

关键词： 击针   自动步枪   有限元方法   Miner法则   疲劳寿命试验  

摘要： 针对击针的疲劳失效问题,以某自动步枪为研究对象,通过有限元仿真对击针进行了应力应变的精确计算,并通过试验验证了有限元模型的正确性。进行了击针材料的力学性能试验与应变寿命试验,得到了击针材料的应力应变数据与疲劳寿命数据;建立击针的有限元模型,仿真分析了其应力应变分布情况;根据击针疲劳数据和有限元分析结果,依据Miner线性累积损伤理论进行了击针的疲劳寿命仿真分析,并进行试验验证。结果表明,击锤在击打击针时,击针最大的Mises应力为击针锥度小端处,最大应力位置与实际断裂位置相吻合;静态响应仿真与实测值误差不超过7%;使用应变寿命曲线计算击针的疲劳寿命与试验疲劳寿命较为吻合。