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.     

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。     

最低形变能条件下摆线针轮承载啮合区间确定方法

针对摆线针轮缺乏有效载荷分析方法的问题,本文提出了一种基于最低形变能的摆线针轮负载特性分析方法。通过引入最低形变能,确定了实际的同时啮合齿数,获取了符合工程实际的真实负载特性,并通过有限元仿真和测量实验,验证了引入最低形变能理论分析方法的正确性和有效性。结果表明：最大可能啮合齿数的预测结果、利用能量最低原理计算的结果和有限元分析结果均为16齿,理论计算、实际测量和仿真分析的传动误差曲线都呈现出相对一致的抛物线趋势,其最大波动幅度分别为3.83′、3.66′和3.70′。     

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.     

盘式制动器热弹性耦合分析

探讨了汽车盘式制动器的摩擦接触热弹性耦合非线性问题及其分析方法.利用有限元分析软件ANSYS 8.1建立盘式制动器热弹性耦合分析的三维有限元模型,确定对模型求解的边界条件、载荷步及模拟工况,研究进行制动器热弹性耦合分析的过程,通过仿真计算得到制动器工作过程中制动盘瞬态温度场、应力场等重要信息.     

白车身疲劳仿真开发中的CAE关键技术研究

随着有限元工具的快速发展,基本所有的汽车厂商都已经广泛运用CAE仿真分析方法对汽车结构部件开发进行验证。通过对CAE仿真开发过程中焊点、螺栓的有限元模型进行分析,研究影响CAE仿真分析评价的关键技术因素,结合一汽丰田某款插电式混合动力汽车的研发过程,总结出有效的CAE仿真分析评价方法,为以后的白车身开发提供新的思路与数据支持。     

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。     

基于超声引导下的软组织内靶点运动预测模型

由于针穿刺软组织过程中软组织会发生运动,导致穿刺针无法精准穿刺到病灶区。为了提高穿刺手术的穿刺精度,本实验搭建了针穿刺实验平台,建立一种基于超声引导下的软组织内靶点运动预测模型。通过对采集到的超声图像进行二值化、腐蚀、膨胀、去噪等形态学处理后,提取靶点质心。根据对应靶点质心坐标变化得到软组织内靶点运动位移,进而获取模型弹性系数,建立软组织内靶点运动预测模型。验证实验表明:该靶点运动预测模型绝对误差控制在0. 6 mm以内,相对误差在15%以内,具有较强的实用性,能为穿刺路径规划、针体姿态调整及医疗机器人辅助进行针穿刺手术提供理论依据和数据支撑。     

基于连续-非连续耦合方法的降雨滑坡数值模拟研究

为研究降雨滑坡过程和破坏特征,基于连续-非连续耦合分析方法,采用边界墙耦合方法建立了连续数值模型与离散元数值模型的耦合边界,利用连续模型进行降雨入渗的饱和-非饱和渗流分析,而后生成连续-非连续耦合模型.通过等效力的方法将渗流场和孔压场施加到离散模型中,进行了降雨影响下的滑坡过程耦合分析.通过案例探讨了该方法的可行性,分析了降雨耦合分析中阻尼参数对结果的影响规律.结果表明,通过连续-非连续耦合计算方式对降雨滑坡进行耦合分析,能够较好地进行降雨作用下滑坡过程和破坏特征分析,研究结论可为连续-非连续数值仿真在岩土工程中的应用提供参考.     

唐钢单机架冷轧机板凸度调控的计算机模拟

利用金属模型与辊系变形模型耦合分析方法,对宽带钢冷轧过程进行了仿真模拟,对不同的辊错动量、弯辊力条件下的冷轧金属及辊系形变进行了计算,分析了辊错动量、弯辊力与轧后板凸度的关系,得到了板凸度的最大调控范围,研究结果对生产中的板形控制有一定的借鉴作用。     

唐钢单机架冷轧机板凸度调控的计算机模拟

利用金属模型与辊系变形模型耦合分析方法,对宽带钢冷轧过程进行了仿真模拟,对不同的辊错动量、弯辊力条件下的冷轧金属及辊系形变进行了计算,分析了辊错动量、弯辊力与轧后板凸度的关系,得到了板凸度的最大调控范围,研究结果对生产中的板形控制有一定的借鉴作用。     

侧脑室穿刺术的力反馈仿真

针对侧脑室训练模型缺乏的问题,提出一种适用于侧脑室穿刺术的虚拟手术培训系统.将软组织与穿刺针交互过程产生的力分为3种,以模拟穿刺力的层次感,从而极大程度上还原穿刺手感.特别地,在形变力分析中构建软组织形变模型,并提出形变模型参数的转化方法.在3种力的基础上,提出穿刺力的力反馈计算模型,结合力反馈设备将其应用于侧脑室穿刺术中.选猪脑组织进行穿刺力实验,结果表明,猪脑穿刺的穿刺力与虚拟穿刺穿刺力间的最大差值为17.25 mN(<20 mN),力的两次突变以及变化趋势具有较高的一致性,能够最大程度上接近真实手术手感.     

钛粉末激光快速成形三维建模与成形机理

金属快速成形技术具有能够快捷地制造形状精度很高的复杂金属制件的优点,尤其在生物仿生复杂多孔结构制造方面具有较大的发展空间。为了解决金属快速成形加工过程中的成形质量不一致、组织形态差异大的问题,采用三维造型、温度场模拟与组织生长技术进行分析与求解。使用有限元法实现成形过程温度场的仿真,分析相关工艺参数对温度的影响作用。在求解温度场的基础上,通过耦合有限元法和元胞自动机可以再现快速成形过程的晶体组织形成过程。基于晶体的形核和生长机理建立纯金属晶体组织形成的元胞自动机模型,该模型需要能够实现晶粒的择优生长。结果表明:基于温度场分析的宏观有限元模型结合微观元胞自动机模型进行耦合计算能够实现快速成形晶体组织的优化与控制,其仿真结果和相关文献一致度达到95%以上。     

固体推进剂药柱热-机耦合分析及应用

基于有限元分析的基本原理,建立了热-机耦合问题分析的有限元基本方程,并对固体火箭发动机药柱在固化冷却过程进行了数值仿真.算例表明,热-机耦合分析方法能较好地仿真固体火箭发动机药柱的温度场和应力应变场,对药柱的结构完整性分析提供了一种分析方法.     

高超声速飞行器模型弹性特性影响的机理分析

针对高超声速飞行器的弹性效应对气动及推进系统的耦合影响,基于一类高超声速飞行器构型,采用机理分析方法,分析飞行器弹性形变,计算飞行器机身和控制面发生弹性形变后的气动布局及发动机推进系统的推力,研究了弹性效应对气动及推进系统的耦合影响.仿真分析表明:当飞行器机身发生弹性形变时,升力、阻力、俯仰力矩及推力变化明显.低阶弹性模态对飞行器的影响起主导作用,弹性效应的影响在建模中不容忽视.     

基于有限元法与田口法的V形件冲压仿真参数稳健设计

提出了一种有效的冲压仿真参数稳健设计方法,该方法将有限元分析方法和田口法有效结合．以V形件冲压过程为对象,首先分析各建模参数对稳健性仿真实验设计的影响,并就各因子的水平选择进行了研究,寻求有利于提高稳健性的建模参数组合．利用有限元软件ABAQUS建立了V形冲压件的有限元仿真模型,得到仿真实验设计结果．运用田口分析方法,进行了V形件冲压加工建模参数的稳健性设计分析,给出了实物试验结果,对仿真实验结果进行了验证分析．本研究为有效进行稳健设计提供了一种简单、实用的方法．     

行人头型冲击器试验有限元建模及敏感参数分析

随着有限元仿真模拟计算技术的成熟,有限元模型越来越多被用于汽车碰撞安全研究进行模拟试验,有限元模型的调试和对标对模型复现实际试验的精确程度有着重要影响。为研究影响有限元模型仿真计算与实际试验输出差异的主要因素,进行了14次行人头模块冲击试验,并建立了相应的有限元模型进行仿真模拟。在有限元模型对标的过程中,通过改变有限元模型结构建立上的处理方式和一些容易影响有限元模型输出的参数,得到了一些有限元模型对标的有效手段,并总结了有限元建模过程中需要严格控制的对结果影响显著的敏感参数。     

纤维—混凝土复合管的流固耦合振动模态分析

为研究玻璃纤维-混凝土复合管的振动特性，分析了该管的结构，建立了流固耦合仿真模型，形成了该管的单向流固耦合分析方法，继而对该管进行了谐响应分析.结果表明，该管道在流固耦合状态下，形变大于自由状态时的形变，固有频率会有所降低，管道因振动产生破坏的可能性大幅提升；而谐响应分析结果更清晰地证明了管道在低阶振动模态容易发生破坏.     

钢管穿孔过程的有限元模拟分析

使用有限元法模拟钢管在曼内斯曼式穿轧机上的穿孔过程,建立了三维有限元模型。仿真设计采用静力隐式算法,结合Kumar本构模型对实心坯二辊斜轧穿孔过程进行热力耦合有限元模拟分析。通过对工件应变、轧制力和温度变化规律的分析,得出导致工件轧制力和温度上下波动的主要原因。     

工业用3M圆弧齿同步带动力学仿真分析研究

针对工业用3M圆弧齿同步带,利用UG软件建立同步带与带轮3D模型,通过HyperMesh软件对同步带进行网格划分,再利用RecurDyn软件建立带与带轮的刚柔耦合模型并进行动力学仿真分析,获得传动过程中带应力变化曲线,系统分析不同转速和张紧力对带最大应力影响规律。为研究工业用圆弧齿同步带的使用寿命提供了一种数字化仿真分析方法。