穿刺软组织中针的受力形变仿真和偏差分析

为了提高机器人辅助针穿刺软组织的精度,减小穿刺误差,建立了柔性穿刺针的弹性梁物理模型,提出一种穿刺针受力分析的算法,并通过理论计算和 对模型进行仿真分析,得到了穿刺针元素结点的挠度和偏转角度,并验证了一致性和算法的正确性;通过对针尖施加不同大小的集中载荷进行仿真,仿真结果表明线弹刚性针的形变与施加在同一结点力的大小成线性关系。文中并就穿刺针的穿刺偏差原因,偏差模型进行相应的分析和介绍。     

针穿刺软组织实验与穿刺力力学建模

通过针穿刺软组织实验,得出针穿刺软组织过程中穿刺力随位移变化的数据。在分析穿刺力与位移之间关系的基础上,选取非线性弹簧模型和二阶多项式模型对穿刺力进行最小二乘法拟合,得到穿刺力的力学模型。     

基于ANSYS的真实软组织物理建模与穿刺仿真

为了提高虚拟手术中手术针穿刺过程的精确性,以真实软组织穿刺实验数据及结果为基础,研究采用基于ANSYS完成典型软组织——肝脏的穿刺有限元仿真.由于人体组织的多样性,软组织生物力学特征的复杂性、不均匀性、各向异性、不可压缩性、非线性-塑性-黏弹性,将肝脏软组织抽象为Mooney-Rivlin材料.结合针受力使软组织变形机理,完成了基于MATLAB对实验和仿真的应力应变曲线的拟合,通过拟合曲线的对照可以得出,ANSYS仿真结果和真实数据应力应变曲线趋势基本一致,验证了肝脏穿刺有限元仿真方法的有效性和可行性.     

机器人辅助柔性针穿刺路径的悬臂梁预测模型

路径操控技术是机器人辅助柔性针穿刺的重要技术之一。软组织变形、多层软组织相对滑移和针挠曲是引起靶点位置移动,降低穿刺精度的3个主要原因。该文在研究针受力的基础上,利用柔性针挠曲规律提出了一种预测穿刺路径的悬臂梁模型,通过准静态过程将柔性针分为有限段并将每段都视为一个悬臂梁,从而建立起三维空间中针体路径预测算法。仿真实验表明,该模型能够实现柔性针路径预测功能,为机器人辅助柔性针穿刺路径规划和避障运动提供了理论基础。     

基于快速质点-弹簧的软组织穿刺实时仿真方法的研究

软组织穿刺实时仿真一直是计算机图形学研究的重点,本文提出一种基于快速质点弹簧方法的软组织穿刺实时仿真方法。通过质点弹簧系统建立软组织物理模型,通过分析动力学模型快速求解软组织穿刺形变的数值解。在针体和软组织碰撞的碰撞过程使用包围盒碰撞算法,并且在软组织形变过程中加入阻尼和软组织褶皱算法以提高真实感。仿真结果保留了较好的细节效果,实时性可以接受,验证了该方法的有效性。     

柔性针在有障碍环境中的穿刺路径规划

斜尖柔性针相对组织有足够的柔性,能够穿刺出弧线轨迹,且能到达传统钢针不能到达的敏感区域.在二维有障碍环境中,通过作图找到能够避开障碍的最优路径;在三维有障碍环境中,利用快速搜索随机树法找到所有可行路径,再利用优化目标函数找到能避开障碍的最优路径.仿真结果表明这两种路径规划均能找到最优路径,验证了规划方法的有效性.     

基于ABAQUS的保险杠低速碰撞的仿真研究

以某轿车为例,利用三维建模软件CATIA建立保险杠系统及碰撞器的三维仿真模型,HYPERMESH作前处理软件、有限元分析软件ABAQUS作求解器,根据欧洲的ECE-R42法规要求对轿车前保险杠进行正面低速碰撞仿真分析,得到了整个碰撞过程中保险杠系统的变形过程及应力分布情况.并对模拟结果进行了分析,总结了建立仿真模型的经验.对深入研究保险杠及整车碰撞仿真具有重要的参考价值.     

基于ABAQUS对螺栓断裂问题仿真分析

针对电动拧紧枪的固定螺栓断裂的问题,运用大型有限元仿真软件ABAQUS,把多因素问题分解为两个单因素分别进行讨论,并建立三维模型,进行有限元仿真分析,找到引起螺栓断裂的主要因素.研究结果表明:电动拧紧枪的固定螺栓通过滑块连接副与电动拧紧枪悬挂系统的连接方式,实际上导致螺栓受到了近似对称应力的交变应力作用,是引起螺栓断裂的主要因素.本文提出了运用有限元软件把工程多因素问题分解,然后分别对各因素进行分析,找到问题的主要因素并提出解决的方案方法;为工程人员解决工程问题提供一套可行的方法.     

基于ABAQUS的桩侧摩阻力仿真分析

采用ABAQUS软件模拟桩土相互作用中的接触问题,利用ABAQUS软件中的主-从接触算法,在桩侧与土体之间建立接触对;对桩身采用弹性模型,土体采用摩尔-库仑模型进行模拟,并考虑初始地应力的影响。通过计算,得到了桩侧摩阻力的分布情况,在算例中模拟了某试桩工程的桩侧摩阻力和桩顶总沉降,与现场测试结果相一致。     

基于ABAQUS的地毯簇绒过程底布动态响应

为精确分析地毯簇绒过程中底布受力的动态变化及变形情况,利用ABAQUS有限元分析软件,仿真模拟织针刺入聚丙烯编织底布的全过程.首先建立了簇绒织针和聚丙烯编织布的细观三维模型,并通过试验测得底布的材料规格参数.然后,在ABAQUS有限元分析软件中创建系统有限元模型,对织针穿刺底布过程进行仿真模拟.模拟结果得到了底布与织针的受力曲线,并分析了底布的变形及破坏特性,为底布张力控制系统的设计及高端地毯簇绒机的设计提供理论依据.     

基于ABAQUS二次开发的轧制过程组织性能预测

考虑到实际板带轧制过程中组织性能预测的精度缺陷,基于低合金钢轧制过程动态再结晶型的真实应力-应变数学模型及微观组织模型,通过VUMAT及USDFLD数据接口,依托于ABAQUS有限元软件,对软件材料子程序及其微观组织模型进行了二次开发研究,最后对Q345B板带的热轧制过程进行了模拟验证。研究结果表明:模型的预测精度较高,板带横截面处各部位的静态软化率和奥氏体晶粒直径差别较大,板带中心处的奥氏体晶粒分布比较均匀,板带侧面及表面奥氏体晶粒细化程度不大,要靠后续的精轧过程继续细化。     

六边形柔性绳网展开过程仿真与试验

柔性绳网在工程领域应用广泛,它具有复杂的非线性行为,其建模仿真研究是数值仿真领域的一大难点。针对六边形柔性绳网系统的发射展开过程,建立了动力学模型,利用ABAQUS有限元仿真软件,实现了对柔性绳网展开过程的动力学仿真研究。同时,开展了柔性绳网地面发射试验,试验结果表明：绳网展开过程的网形、张开面积与模型仿真结果基本吻合,说明所建立的动力学模型准确、可靠,有限元法可用于柔性绳网的仿真研究。     

基于ABAQUS的秸秆还田机刀轴有限元应力仿真

秸秆还田机是秸秆机械化还田的主要机具,而埋草刀轴是承受扭矩及振动的关键部件.本文以1ZT-210型水稻整株秸秆还田机为研究对象,利用有限元软件ABAQUS对刀轴进行静力及瞬态动力仿真,得到刀轴薄弱部位在刀轴中部;确定了产生最大位移响应时的时间及响应,同时确定了梁的最大弯曲应力,并利用模态扩展确定了不同弯刀入土时,刀轴中部所受的应力.试验数据为刀轴结构的改进设计提供理论依据.     

基于ABAQUS有限元仿真的车辆碰撞护栏动力响应

当前基于车辆碰撞护栏的研究多以单一车型或单一碰撞位置为研究对象,侧重护栏结构或参数优化,较少探寻多车型多碰撞位置条件下护栏所受冲击而产生的动力响应规律。以国内常用的3mm厚波形梁护栏及三种车型(1.5t小型客车、10t中型客车、10t中型货车)为研究对象,基于ABAQUS有限元仿真软件,在三种车型及两个不同撞击点的情况下,分析护栏冲击加速度、护栏横向最大位移、护栏应力等变化动力响应指标。研究结果表明,不同车型撞击下护栏冲击加速度响应具有明显差异,10t车型撞击下护栏所受的最大冲击加速度显著高于1.5t小客车,可通过护栏加速度值判别碰撞事故车辆类型及危险程度;在10t车型不同位置撞击下,护栏的最大横向位移相差50%,最大位移均超过1m,最严重情况达1.35m,针对大型车辆通行率较高路段,护栏至路侧外边缘应留有1m-1.5m安全距离;不同车型碰撞下护栏受损跨数不同,1.5t车型碰撞下护栏应力最大值247Mpa,仅使护栏达到弹性变形阶段,护栏仍具有安全防护能力;10t车型碰撞下护栏应力最大值329Mpa,使碰撞点及前方护栏发生塑性形变,完全丧失防护能力,需及时对碰撞点前后跨数护栏进行完整更换,保证道路护栏处于完整防护能力水平。     

基于ABAQUS的结构入水砰击流固耦合特性分析

基于耦合欧拉-拉格朗日方法,应用ABAQUS软件建立球体垂直入水模型,通过对两种材料球体入水过程数值仿真结果与实验数据进行对比,验证了应用此方法解决流固耦合问题的有效性,根据已有模型依次改变迭代时间步长和泊松比,得出了数值处理参数的改变对空泡形态、球体速度等数据的影响.研究表明,时间步的改变比泊松比对数值结果的影响更为明显.改变入水材料的泊松比可以在一定程度上改变球体入水后的运动特性,但对于空泡发展过程的影响微乎其微.     

基于ABAQUS和有限元法的金属丝拉伸过程数值模拟

通过拉伸实验研究金属丝在拉伸时的力学性能对改善由其制成的零件或构件的工作性能具有十分重要的意义,但金属丝拉伸实验的操作较为复杂,为此利用ABAQUS软件对某条金属丝的拉伸(加载)过程进行仿真模拟。首先,利用杨氏模量测量仪对该金属丝进行了拉伸实验,并结合Python GUI数据处理系统获得了该金属丝的伸长量和弹性模量;接着,根据有限元法和实验中测得的弹性模量,在ABAQUS软件中建立了该金属丝的有限元模型;随后,在ABAQUS软件中设置相应的载荷和边界条件并开始仿真。对比实验测得的金属丝的伸长量和ABAQUS软件计算出的金属丝的伸长量后发现,二者的契合程度很高,证明了ABAQUS软件的仿真模拟结果是正确的。     

曲轴系柔性多体动力学与动力润滑耦合仿真

以建立内燃机曲轴系统更精确的动力学模型为目的,利用ADAMS建立了曲轴系柔性多体系统动力学模型,并联合使用ADAMS和EHD(弹性流体动力学)用户定义子程序建立了油膜流体动力学模型,进行了曲轴系柔性多体系统动力学与油膜动力润滑的耦合仿真,将不计入油膜作用时的多体系统动力学仿真结果与计入油膜作用时的耦合仿真结果进行比较.同时,得到了曲轴主轴承轴心轨迹,并分析了入口压力、入口温度、发动机转速和负荷对轴心轨迹的影响.     

ABAQUS的内藏钢板剪力墙非线性仿真

为提高实际工程中剪力墙的抗震效果问题,采用ABAQUS有限元分析软件,建立了18个内藏钢板剪力墙模型,以轴压比、高宽比、钢板厚度为设计参数,在单调载荷作用下,对内藏钢板剪力墙的承载能力和变形特点进行分析.结果表明:轴压比增大,剪力墙的极限承载力就会跟着增大;高宽比大的剪力墙要比高宽比小的剪力墙的水平承载能力低;钢板厚度大的剪力墙抵抗侧向能力强.3个设计参数对内藏钢板剪力墙的承载能力和变形特点有一定的影响,为解决实际工程问题提供了理论依据.     

基于FEM-SPH耦合方法的AISI4340钢超精密切削过程仿真

数值模拟是研究金属切削的重要手段,但有限元方法(FEM)由于依赖网格而存在一定的局限性,不适宜处理大变形问题.光滑粒子动力学(SPH)是一种无网格法,可以避免网格畸变,解决切削过程中材料大变形问题.结合两种方法的各自优点,建立了AISI4340钢金刚石超精密切削过程的FEM-SPH耦合模型,研究切削过程中材料的去除机理.仿真结果表明:随着切削过程的进行工件内部应力逐渐增大,当达到屈服极限时,工件材料沿前刀面塑性流动,形成切屑,刀尖钝圆的推挤起了决定性的作用;成形表面下存在较为严重的残余应力;切削热主要来源于切削过程中塑性功的转换且大部分被切屑带走;增大刀尖钝圆半径将会使切削力尤其是切削抗力显著增大.