钛种植体结构和弹性模量对骨界面应力分布的影响

采用CAD(Pro/E)软件建立颌骨和钛种植体的三维模型,设置3种不同结构钛种植体,即全致密型(1号样品)、穿皮质区致密而松质骨区外层多孔内芯致密型(2号样品)与整体低弹性模量型(3号样品),分析钛种植体结构和弹性模量对骨界面应力分布的影响,研究能有效地转移应力至周围骨组织的新型种植体.研究结果表明:在相同载荷下,3种钛种植体颈部皮质骨均为高应力区,3号种植体的应力最高,为7.128 MPa;在松质骨区2号种植体的应力比1号与3号种植体的低,且呈均匀递减趋势.在加载条件下,2号种植体随着弹性模量的降低,骨界面应力降低,且明显比1号种植体的低,当多孔层的弹性模量为致密钛的40%或以下时,骨界面应力明显降低;3号种植体随着弹性模量降低,皮质骨区骨界面应力增加,而松质骨区骨界面应力降低不明显.钛种植体的结构和弹性模量均影响骨界面应力分布;穿皮质区致密而松质骨区外层多孔内芯致密型钛种植体有利于界面应力转移到周围骨组织,降低多孔层的弹性模量,能有效地降低骨界面应力.     

二段式钛合金种植牙不同弹性模量组件及其组合对骨界面应力分布的影响

采用Pro/E三维构图软件及Ansys Workbench 14.5建立二段式钛合金种植牙系统模型,并进行网格划分.设定材料属性、约束和加载条件,分析种植牙系统不同弹性模量组件及其组合对骨界面应力分布的影响,研究种植牙系统的改进方法.结果表明:低模量值种植体具有更好的生物力学相容性,种植牙系统采用适宜模量值基台和种植体组合能够有效地降低骨界面应力.     

下颌骨牙种植体有限元建模与瞬态分析

通过逆向工程技术,将二维的下颌骨CT图片转化为三维有限元模型.根据CT图片像素的Hounsfield值将颌骨材料划分为10种材料属性,并建立含种植体的下颌骨有限元计算模型.以冲击载荷模拟牙齿咀嚼时的力作用,计算下颌骨-种植体在此冲击载荷作用下的响应:当应力波首次传到种植体-下颌骨界面时,在种植体上部第1圈螺纹的根部出现局部的应力峰值8.21MPa,而当种植体-下颌骨的整体应变能达到最高峰时,在种植体的末端附近出现了全局应力峰值11.51MPa.静态和瞬态时的最大应力差超过40%,出现的位置也不同,由此可知,动态分析对种植牙的结构设计很重要.     

胶层对内贴CFRP加固圆形隧洞受力特性的影响

基于CFRP加固圆形隧洞的小比例尺模型试验,采用实体单元模拟胶层和衬砌混凝土,采用弹簧单元以及双线性界面黏结滑移关系模拟胶层和衬砌混凝土的弧形接触界面的黏结滑移行为,建立了"实体-弹簧-实体"三维有限元模型,并将有限元模型的计算结果与模型试验的实测结果以及界面应力理论计算结果进行了对比,验证了三维有限元模型的有效性.基于该有限元模型,着重分析了胶层厚度以及弹性模量的变化对混凝土应力、CFRP应力、胶层应力以及弧形接触界面复杂应力状态的影响.计算分析结果表明:胶层厚度以及弹性模量对隧洞衬砌混凝土的应力水平无明显影响,改变胶层的厚度以及弹性模量并不能明显地改善衬砌混凝土的受力状态;胶层的厚度以及弹性模量对弧形接触界面应力的影响十分显著,选择弹性模量较小的胶层,在施工过程中适当地减薄胶层的涂刷厚度,可以显著降低界面应力,从而减小内贴CFRP加固圆形隧洞结构发生剥离破坏的风险.     

连续配筋水泥混凝土路面脱空状态下荷载应力参数影响分析

利用ABAQUS有限元软件,建立板底脱空状态下的三维有限元模型,研究不同脱空尺寸下,板厚、混凝土弹性模量、基层厚度、基层模量、裂缝宽度对CRCP板荷载应力的影响.结果表明,随脱空尺寸的增大,CRCP板的拉应力增长幅度先增大后减小,挠度增长幅度则持续增大;板厚的增加以及裂缝宽度的减小可以明显减小脱空状态下的荷载应力和挠度...     

桥面铺装对正交异性钢桥面板疲劳性能的影响

目的研究沥青混凝土桥面铺装对正交异性钢桥面板疲劳性能的影响,提出合理的铺装层厚度与弹性模量.方法建立正交异性钢桥的有限元模型,并与试验结果进行对比,验证正交异性钢桥有限元模型及其边界条件的有效性;选取易产生疲劳裂缝4个典型位置的构造细节进行有限元分析,从而找到桥面铺装层厚度、弹性模量等铺装层参数对正交异性钢桥面板疲劳细节处应力幅的影响趋势;验算疲劳细节应力幅值是否小于《公路钢结构桥梁设计规范》(JTG D64—2015)中疲劳S-N曲线中相应疲劳细节的200万次循环疲劳强度35 MPa.结果当铺装层厚度自60 mm增加到100 mm时,疲劳细节的等效应力幅值逐渐下降,且呈线性递减趋势;铺装层厚度为70 mm时,其弹性模量应不小于5 000 MPa为宜;当其模量自1 000 MPa增加到10 000 MPa时,不同疲劳细节的等效应力幅值呈非线性下降趋势.当其模量增加到8 000 MPa时,疲劳细节的等效疲劳应力幅趋于稳定;铺装层材料的模量为3 000 MPa时,其铺装层厚度应不小于80 mm为宜.结论 4种疲劳细节中,与钢桥面板接触的疲劳细节其疲劳性能受铺装层厚度、铺装层模量影响比其他疲劳细节大.桥面铺装层能有效地降低疲劳细节的等效疲劳应力幅,改善正交异性钢桥面板的疲劳性能.     

大模量比短纤维增强复合材料应力分布预测

提出了适用于纤维模量远大于基体模量时短纤维增强复合材料(SFRC)轴向应力分布的预测公式。建立了SFRC的轴对称单胞模型,对不同模量比下SFRC的纤维轴向应力分布进行了数值计算。通过与现有理论模型得到的应力分布对比表明,当纤维和基体弹性模量比小于37时,现有理论模型得到的纤维轴向应力和界面剪切应力均与有限元分析结果相吻合;当模量比大于37时,现有理论模型得到的界面剪应力与有限元分析结果基本保持一致,但是纤维轴向应力与有限元分析结果相差较大。与Hsueh模型相比,提出的预测公式与实验结果更为接近。     

钛合金表面扩散焊接轴承钢硬化层厚度的优化设计

为了确定钛合金表面扩散焊接轴承钢硬化层的合适厚度,利用先进的纳米显微力学探针测量了材料的弹性模量. 采用ANSYS有限元软件,对钛合金表面扩散焊接轴承钢硬化层在受压情况下的应力分布以及尺寸稳定性进行了分析,以此对轴承钢硬化层的厚度进行了模拟. 结果表明,当轴承钢硬化层厚度在0.10～0.50mm内时,最大等效应力发生在镍与铜之间,容易引起界面处裂纹的产生;合适的轴承钢硬化层厚度范围应为1.00～2.00mm,最佳的厚度为1.50mm左右.     

不同厚度粘结层对全瓷冠修复影响的有限元分析

通过三维有限元法分析不同粘结层厚度对全瓷冠修复的影响,建立左下颌第一磨牙中央面洞充填的全瓷冠三维有限元模型,包含氧化锆全瓷冠、粘结层、洞形充填体、牙本质。粘结层采用Cement1、Cement2两种树脂材料,50μm、100μm、150μm、200μm四种厚度。分别模拟正常咬合、异常咬合两种咬合状态:载荷大小为200 N、700 N,垂直加载,加载点为5个。共建立16个三维有限元模型进行分析。两种咬合状态下各模型应力值分布规律相似,全瓷冠受力与粘结层材料几乎无关,粘结层受力随粘结层弹性模量增大而增大,最大主应力随粘结层厚度增大而减小,洞形充填体最大主应力随粘结层厚度增加缓慢升高;且高弹性模量粘结层受力低于低弹性模量粘结层受力。说明在对全瓷冠进行有限元分析时,应充分考虑粘结层的影响。推荐使用100~150μm的粘结层厚度,可能有更好的临床效果。     

含圆孔有限厚度板的三维弹性应力场分析

通过三维有限元计算来研究含圆孔有限厚度板的圆孔边缘应力场,找出了应力集中系数与板的厚度、圆孔半径之间的关系,同时还分析了圆孔边缘的三维应力约束程度和三维应力约束区域的大小.研究结果表明:离面应力约束系数在板的中面最大,而在表面为0,三维应力约束影响区域的长度约为板厚的一半;应力集中系数沿厚度的分布是不均匀的,其最大值及位置与厚度有关;有限厚度板中面的应力集中系数及其最大值均大于平面应力或平面应变的应力集中系数;对含圆孔任意厚度板的应力集中问题,按平面应力或平面应变来考虑是不安全的;Sternberg等人对含圆孔任意厚度板的应力分布及应力集中系数的近似三维求解,仅适用于厚度较小的板,当板超过一定厚度时同样也是不安全的.     

人工种植牙的应力分析

阐述了用全息光弹性法对人工种植牙及牙槽骨的应力分析，给出了植体与牙槽骨之间的界面应力分布和应力集中的研究结果，为人工种植牙的选型提出了建议。     

埋地管道不均匀沉降的应力及影响因素分析

为保障天然气埋地管道的安全运行,需要对其在不均匀沉降状态下的应力水平及其影响因素进行研究。选取该管道系统易发生应力集中的3个关键部位进行现场应力测试,得到系统运行时管道的应力值。应用ANSYS软件建立了管土非线性接触模型,通过对其进行分析,得到管道应力水平并建立了沉降差量与最大Von-Mises应力之间的映射关系。在该模型的基础上,探讨了管径、壁厚、埋深、埋土弹性模量、埋土泊松比对管道应力状态的影响。增大壁厚和埋土弹性模量以及减小埋深和管径均可降低不均匀沉降时管道的最大Von-Mises应力。研究结果为目前大量在建及在役天然气埋地管道的安全运行提供了理论支持,并提出了针对性的改进措施。     

基于有限元ANSYS的半刚性基层沥青路面力学响应分析

为解决乌鲁木齐市城市道路半刚性基层沥青路面横、纵向裂缝和车辙病害严重的问题,选取乌鲁木齐市城市道路典型的半刚性基层沥青路面结构,对面层厚度、基层模量以及基层厚度进行规律性的变化,研究沥青路面结构在不同行车荷载作用下的力学分布及变化规律.利用ANSYS有限元软件对不同行车荷载作用下的半刚性基层沥青路面结构进行仿真计算,并对提取的数据进行分析.结果表明:随着沥青路面厚度的增加,沥青层拉应力和剪应力均逐渐减小,但减小幅度却各有不同;随着半刚性基层厚度的增加,沥青层拉应力和剪应力均逐渐减小,且减小幅度均较小;随着半刚性基层模量的增加,竖向位移和沥青层剪应力均逐渐减小.因此,建议沥青面层在18～20 cm取值,半刚性基层厚度在35～40 cm取值,半刚性基层模量在1500～1600 MPa取值.     

季节性冻土地区高铁路基沉降研究

以哈大高铁苏家屯段为研究对象,利用有限元软件ADINA对其进行三维模拟,结果表明,未经CFG桩处理的高铁路基沉降值不符合规范要求.通过改变CFG桩参数(褥垫层模量、褥垫层厚度、桩径、桩间距、桩长),利用有限元软件进行多次二维模拟,得到各参数与路基沉降的关系.最后将CFG桩的参数进行组合,模拟出路基在CFG桩各参数组合条件下的路基沉降值.模拟结果表明,当褥垫层厚度为350mm,褥垫层变形模量为120MPa,桩间距为2m,桩径为05m,桩长为95m时,路基沉降量最小.     

爆炸冲击下煤矿救生舱抗爆能力有限元分析

目前对救生舱的结构安全性能爆炸测试还较困难,借助有限元分析方法可以降低爆炸冲击实验成本并达到结构安全性分析的目的.基于弹塑性有限元理论和LS-DYNA软件对不同爆炸冲击条件下某型号救生舱结构的变形和应力分布进行了有限元分析.分析结果表明:相同冲击载荷条件下侧面比正面受的变形和应力大;加强筋和外层钢板的等效应力较大,容易产生失效.当冲击载荷为1.5MPa时,舱体整体基本处于弹性变形状态;当冲击载荷为2.0MPa时,侧面的最大等效应力约为283MPa,此时加强筋将发生微小的塑性变形,但等效应力远小于抗拉强度.     

PEMFC边框密封结构的仿真与优化

质子交换膜燃料电池的边框一般通过黏结剂黏接在质子交换膜上，在保护质子交换膜的同时，还起到密封作用。燃料电池长期工作在复杂的环境下，边框和黏结剂的性能均会发生疲劳衰减，导致被剥离或破坏，进而影响燃料电池的气密性。因此，以边框和黏结剂的搭接试件为对象，结合内聚力模型和有限元软件设计了多种边框结构，研究了新结构对黏结性能的影响。结果表明：在低弹性模量的边框表面做三角形或梯形的凸形结构，将有效提升黏结结构的分离位移，但对于高弹性模量的边框，新结构反而会降低黏结性能；此外，优化结构的尺寸、形状对搭接模型黏结性能也有影响，当凸三角形底边长为1.5 mm时，搭接模型有最好的黏结性能。     

大型轴流压缩机焊接机壳结构特性有限元分析

在建立大型轴流压缩机焊接机壳有限元模型的基础上,对联接螺栓台阶面与上机壳法兰面之间、上下机壳法兰面之间的接触问题以及螺栓的预紧问题进行了处理,并应用有限元分析软件对模型进行了分析计算。计算结果表明焊接机壳静态下的应力和变形均在允许范围内。热-应力耦合作用下的应力分布规律及机壳整体变形结果显示,机壳直径变化处圆周上的应力变化达30~240 MPa,局部超过300 MPa;进气口一侧中分面法兰上的部分螺栓的应力已超过700 MPa,接近螺栓材料的屈服极限(720 MPa);机壳的径向和轴向变形量分别达16 mm和15.4 mm。     

基于三维有限元的超薄白色罩面结构设计方法

通过有限元分析及试验，探讨了超薄白色罩面（UTW）的结构设计方法．采用ANSYS软件建立有限元模型，以正交各向异性接触模型模拟层间接触状况．分析确定了最不利荷位，对板底拉应力和层间剪应力的影响因素进行了分析，计算了不同板尺寸下的温度应力．基于基层顶面当量回弹模量和旧沥青层模量，给出结构强度综合系数的计算公式，得出结构强度综合系数小于等于17时的板厚设计图表，可用于超薄白色罩面的路面设计。     

集成传感器芯片的封装应力分析

针对集成传感器芯片封装粘贴过程中的残余应力影响器件性能的问题，使用有限元方法对环氧粘胶粘贴集成传感器芯片产生的封装残余应力进行了分析．采用有机层压板作为封装基板，仿真计算了环氧粘胶的杨氏模量、厚度和溢出厚度的变化对集成传感器性能的影响，同时对集成传感器进行了封装实验．实验测量与仿真结果的比较分析表明：通过选择低杨氏模量的环氧粘胶、增加环氧粘胶厚度和增加环氧粘胶的溢出厚度可以减小封装应力对集成传感器的影响，而且封装应力对其中压力传感器的影响远大于对温度和湿度传感器的影响．分析结果对集成传感器的封装应用具有一定的参考价值．     

微机电系统中凸台-弹性膜结构的力学建模与仿真

为了测试和评定微构件的力学特性,建立了凸台弹性膜结构的力学模型。将凸台弹性膜结构化简为中心带有凸台的无限长薄板条结构,利用板壳理论得出了凸台的弹性模量、厚度和横截面积对弹性膜表面应力分布影响的解析计算公式,并通过有限元分析对计算结果进行仿真验证。理论分析和仿真结果吻合。凸台弹性膜复合结构的等效弯曲刚度与凸台的弹性模量和厚度有关,当凸台的弹性模量和厚度增加时,凸台弹性膜复合结构的等效弯曲刚度增大,可以通过增加凸台的弹性模量和厚度来提高凸台弹性膜结构的强度。该研究为凸台弹性膜结构的优化设计和应用提供了计算方法和设计依据。