上颌骨缺损颧种植体功能设计及生物力学评价

利用Branemark颧骨种植体,结合显微外科骨移植技术重建半侧缺损和全缺损上颌骨的形态和功能,并对重建的生物力学效果进行评价.基于CT扫描和图像及图形处理技术,建立标准人的模块化颅骨三维几何和有限元力学模型.基于该模型,模拟不同颌面骨缺损状态,设计上颌骨半侧和全缺损颧种植体长度、植入位置、植入方向,及常规种植体分布和数量,并利用有限元方法评价该设计的生物力学性能.结果表明,腓骨移植Branemark颧骨种植体种植修复半、全侧上颌缺损模型的应力分布中,应力最大值出现在颧种植体植入颧骨的颈部,颧种植体上应力值较周围支持组织的大,起到了颧突支柱对牙合力的传导作用;种植体结构中弯曲变化的位移不明显,并且种植体整体位移在颧骨附近逐渐减小为零.故腓骨重建颧种植修复上颌骨缺损方法能够有效传导牙合力,其周围支持组织具有良好的应力分布,是一种安全有效修复上颌缺损、恢复咀嚼功能的临床方法.     

液压机下横梁结构拓扑的进化结构优化

针对传统的形状尺寸优化方法难于获得全局最优解的问题,应用基于应力突变率的双向进化结构优化(BESO)算法对传统三梁四柱式液压机下横梁进行结构拓扑优化,分析进化历程和参数指标.算法实现了液压机下横梁最优结构拓扑和形状尺寸优化的一致,获得了合理的液压机下横梁新型拓扑结构.有限元分析对比表明,新结构实现了结构最大应力最小化和应力分布均匀化,提高了材料利用率.     

不同孔隙率多孔钛合金口腔牙种植体的有限元分析

研究不同孔隙率牙种植体的力学性能和种植体对牙槽骨的应力刺激情况，探究适合体部直径为5 mm的牙种植体的宏观多孔结构方案，为临床设计钛合金牙种植体结构提供参考.利用有限元分析的方法，对装配于牙槽骨中的4种不同孔隙率的牙种植体，分别施加不同方向的600 N和118.2 N的载荷，进行牙种植体和牙槽骨的应力分析.结果表明，针对体部直径为5 mm的牙种植体，当牙种植的体部孔隙率为30%时，种植体既具有优异的机械性能，同时牙槽骨也能得到良好的应力刺激，不同载荷下，牙槽骨的应力峰值均在理想的应力范围内.即体部直径为5 mm的牙种植体中，30%孔隙率是最适合的结构方案.     

钢-混凝土组合简支桥面连续结构横向应力分析

针对钢-混组合简支梁桥的桥面连续结构开裂等病害,围绕桥面连接板的横桥向应力问题,采用线弹性理论和板的偏微分方程进行分析,得出了桥面连接板挠度和应力的分布函数,建立非线性有限元模型,并进行实桥荷载试验.通过比较理论解、有限元解和实测试验结果,证实了理论解和有限元的有效性.根据得到的分布函数,发现横桥向和纵桥向上的最大拉应力出现在钢梁端部位置的连接板的上缘.此外,还分析了连接板区域尺寸变化对横桥向应力峰值的影响,包括纵梁端部距支座的长度、纵梁的间距以及连接板区域整体尺寸变化.结果表明：较小的纵梁间距和较长的纵梁端部与支撑之间的距离会导致连接板中的横向拉应力峰值增加,并提高横向拉应力在总应力中的占比,从而导致桥面连接板早于设计荷载开裂.因此对于纵梁间距较小、梁端长度较长的钢-混组合简支梁桥桥面连续结构,仅计算其纵桥向受力性能会导致计算结果偏危险,建议按照本文方法考虑横桥向应力对桥面连接板的影响.     

固定义齿种植体的优化设计

运用三维有限元方法分析两种不同三角形螺纹种植体(带梯槽和不带梯槽)模拟咀嚼状况下的应力、应变、位移分布,选出最佳结构种植体,从而进行固定义齿的优化设计.用PRO-E三维软件建立包括牙冠、种植体、密质骨、松质骨的三维组装结构图,导入ANSYS WORKBENCH进行计算,赋予材料属性、网格划分、施加载荷和边界条件,最后求解.就种植体的应力应变场和位移而言,不带梯槽的三角形螺纹变化比带梯槽的螺纹种植体数值稳定且较小.不带梯槽的三角形螺纹种植体结构更合理,同时选出种植体的长度,直径和种植体的螺纹顶角最优解,为种植体结构设计提供更优化的方案.     

弯形旋耕刀的静应力分析

为了研究侧切刃弯曲度与刀刃倾斜距离对弯形旋耕刀切入土壤时的受力影响,以目前所使用的某型号弯形旋耕刀作为分析对象,用SolidWorks软件建立4组不同尺寸参数的旋耕刀模型,根据旋耕刀工作参数计算出旋耕刀工作载荷(F)为428.16N,再导入ANSYS软件中进行有限元分析,分别得到4组不同尺寸的弯形旋耕刀对应静应力变化状况数据.结果表明,在整个应力与位移变化过程中,刀柄与刀刃的结合处为主要受力区域,并逐渐向刀尖方向扩散,当旋耕刀的尺寸为一定范围值时对应力的变化影响不大,整体位移相对变化不明显.     

不同模量比对复合材料储能飞轮强度的影响

以材料的环向与径向模量比λ作为参量,利用ANSYS有限元分析软件,对给定尺寸不同材料的单层及双层异构复合材料飞轮转子进行强度计算,得出飞轮转子在高速旋转时的径向和环向应力分布规律。进而利用强度比方程求解各种结构的强度比,分析材料参数对飞轮转子强度的影响。     

基于ANSYS压力容器不等厚过渡区的强度优化

以大型有限元分析软件ANSYS为工具,利用APDL语言建立了参数化模型,在研究了压力容器各部件之间不等厚过渡区域的应力强度分布规律的基础上,结合ANSYS优化设计模块,对不等厚过渡区域的尺寸进行了优化设计.得出了过渡区域的尺寸和结构最大应力强度之间的关系,找到了过渡结构的最优设计尺寸.结果表明,采用优化设计后的结构最大应力强度比设计前的结构下降了10.6%.     

卧式螺旋离心机转鼓参数变化对其模态影响的仿真

采用Pro/e软件建立了卧式螺旋离心机转鼓的有限元模型,在此基础上对有限元模型所涉及的网格划分、材料特性、边界条件以及施加约束等关键条件进行研究。通过改变转鼓的主要尺寸参数,获得参数改变前后转鼓15阶频率的对比结果;并利用有限元分析软件对其进行模态分析,得到其仿真图和转鼓壁厚与应力关系。通过对转鼓模态进行仿真分析,获得整个转鼓各参数的变化对其频率、应力及应变的影响。仿真结果表明:加大壁厚,转鼓的质量发生很大变化,对其固有频率产生较大影响;扩大内径相当于增加转鼓质量,但对转鼓固有频率的影响不大,却导致第一阶振型与原振型完全不同,应力位置也明显变化;转鼓内壁产生的应力主要由浆体离心力引起。这些结论可为设计转鼓的合理结构提供参考。     

带有环向内裂纹的薄壁钢管结构断裂力学计算分析

应力强度因子是衡量裂纹尖端应力集中水平的一个重要的参数.针对工程中常用的薄壁钢管结构断裂问题,采用有限元方法研究含有环向内裂纹的薄壁钢管结构在纯弯曲状态下的断裂力学响应,分析不同裂纹深度和环向裂纹长度对裂纹前端应力强度因子变化的影响,得到相关的灵敏度曲线.结果表明,在纯弯曲状态下,裂纹深度和环向裂纹长度对应力强度因子的影响规律不相同.     

地震作用下饱和软土场地地下结构动力参数敏感性模拟分析

为了研究饱和软土场地土性参数的变化对地下结构体系地震响应参数敏感性,基于u-p格式Biot动力固结方程和饱和两相介质有效应力动力求解方法,采用有限元开源程序平台OpenSEES建立饱和软土场地中地铁地下结构非线性动力相互作用体系有效应力全耦合模型并进行计算分析,其中土体采用多屈服面弹塑性本构,结构采用纤维截面弹塑性本构...     

涡轮盘随机结构可靠性研究

摘要：利用有限元软件对转子进行可靠性分析时,转子的结构以及其他设计参数都是以确定量来进行分析的, 不能实现设计参数为随机情况下的可靠性分析。以弹性力学为基础,从转子的微元体出发,推导出离心力和温度场同时对转子系统影响的等厚度和变厚度轮盘任意一点的应力计算式。考虑了转子随机结构尺寸、温度应力、转速和材料强度等参数的随机性,利用应力-强度没干涉模型、积分随机有限元和Gram-Charlier级数方法对转子进行可靠性分析,实现了转子系统随机结构的可靠性计算,且计算精度较高。     

某隧道进口段开挖的力学响应分析

在隧道开挖施工过程中,岩土体的结构发生了变化,应力也会发生相应的调整,将引起隧道周围岩土体产生变形或者发生破坏.以双向双洞公路单拱长隧道为例,利用COMSOL有限元软件,对隧道进口段一处剖面建立二维的有限元模型,研究在上覆层为软岩的情况下,截面尺寸为半圆拱型隧道进口段开挖期间的岩体力学响应情况.在隧道开挖过程中,临近开挖区的应力和变形范围是进行隧道加固预测的重要参数,为隧道进口段开挖和支护给出了一定的依据以指导工程施工.     

经编机摆动臂有限元分析及优化设计

以有限元分析与优化设计理论为基础,结合UG NASTRAN有限元分析软件,建立了经编机槽针床摆动臂结构的有限元分析模型,对其结构进行了静力学应力分析,利用应力分析结果作为优化设计的强度和刚度约束条件,建立了经编机槽针床摆动臂的数学模型,并对其进行优化。结果表明,在保证零件强度和刚度的前提下,通过改变主要设计尺寸参数,使结构的质量减轻了7.6%,从而有效提高了机构的运行速度。     

曲轴的参数化有限元分析

建立有限元数学分析模型来分析曲轴的受力情况及主要损坏方式,模拟施加载荷及约束。利用有限元分析软件对曲轴进行参数化分析,分析曲轴所受的最大拉应力及最大剪应力、应力分布图,找到曲轴的易损坏点。建立了曲轴拉应力随尺寸变化方程,为曲轴的防护或改进提供了理论依据。     

节理岩体宏观力学参数尺寸效应的数值试验

基于Mont-Carlo法,建立了节理岩体的结构面网络,采用RFPA2D-DIP数值模拟软件把生成的网络图转化为有限元网格,从而建立能反映材料细观结构的数值模型.对其中6个不同尺寸的节理岩体试件进行单轴受压数值模拟试验,分析了不同尺寸节理岩体应力与应变之间的关系,以及抗压强度和变形模量的尺寸效应,并对岩体的破坏过程进行了研究,描述了1500mm×1500mm岩体的破坏过程.结果表明,随着岩体尺寸的增大其抗压强度和变形模量均减小,但变化幅度却越来越小,抗压强度随尺寸增大趋于稳定的速度更快,并得出了指数衰减的拟合关系式,不同尺寸岩体的破坏过程大致相同.该研究方法为节理岩体宏观力学参数的研究提供了一种新方法.     

种植体长度与直径对下颌骨牙齿种植影响的有限元分析

基于活实体数据,采用计算机图像处理、逆向工程技术得到上下颌骨及牙列的几何模型,构建出有限元模型,并进行有效性验证.利用构建的高仿真度上下颌骨及牙列有限元模型,探讨种植体长度、直径对牙齿种植的影响.结果表明:下颌骨碰撞仿真实验得出的接触力–时间曲线与尸体实验得出的曲线走势相同,接触力峰值与尸体碰撞得出的峰值相近.牙齿种植仿真实验得出了种植体应力分布云图,种植体、皮质骨、松质骨最大应力,下颌骨-种植体相对最大位移.通过比较数据可以得出,种植体直径的增加比长度增加更有利于牙齿种植的稳定性.     

不同螺纹形态的圆柱状2D种植体的即刻力学分析

为研究不同螺纹形态的圆柱状2D种植体的即刻力学,建立了简化的种植体—牙槽骨的参数化模型,骨块简化为内部为松质骨外部为皮质骨的矩形方块,在骨块上建立圆柱形螺纹种植体及牙槽骨,牙槽骨和种植体简化为一个整体。采用有限元方法,对不同螺纹形态种植体轴向截面应力应变在不同承载特征下的变化规律并进行了对比分析。结果表明,在混合加载作用下,种植体—牙槽骨的应力、应变及变形分布更趋均匀,表明相邻牙槽骨之间的反作用力即水平加载对应力分布的影响是不可忽略的。当螺纹角度在30°~60°时,顶角为45°的螺纹形态应力集中现象严重;顶角为60°的螺纹形态应力、应变及变形最小。为避免应力过度集中产生的二次伤害,应采用顶角为60°的螺纹形态,有利于应力在皮质骨、松质骨区域更合理的分散,可延缓皮质骨表面的骨吸收,为种植体的螺纹设计提供参考依据。     

螺栓连接纵向安装边机匣的有限元分析与优化

针对航空发动机螺栓连接纵向安装边机匣的结构特点,运用有限元优化设计方法,建立了螺栓连接纵向安装边机匣的有限元计算模型,利用有限元软件进行了应力分析与模态分析,获得了螺栓连接纵向安装边机匣的最大等效应力和前4阶固有频率以及相应的振型,并对纵向安装边的几何参数进行了应力灵敏度分析和动态特性灵敏度分析。在此基础之上,确定了纵向安装边主要设计参数的变化对结构最大等效应力和低阶固有频率的影响规律。通过修改设计参数对螺栓连接纵向安装边机匣结构进行优化,提高了结构强度和动态性能,为螺栓连接带纵向安装边机匣设计提供了依据。     

基于AWE的大口径闸阀阀体强度分析与结构优化

在ANSYS Workbench集成开发平台环境下,建立大口径闸阀阀体的参数化模型,从安全、经济的角度,就如何改进阀体的结构以减少阀体的应力集中现象,合理优化加强筋结构尺寸和位置进行有限元分析和结构设计,得出阀体最优的结构尺寸,结合最大应力强度敏感性分析,为该类阀体结构的设计提出指导性意见.结果表明,优化后的阀体最大等效应力明显减小、应力分布更加均匀,该研究方法具有较高的效率和精度.