煤与瓦斯突出过程中煤体破坏的有限元模拟

研究了目前有限元软件难以计算的煤与瓦斯突出过程中煤体破坏问题。采用Python语言对ABAQUS前处理模块进行了二次开发,通过Python脚本程序将煤体网格重新划分,并且插入零厚度黏结单元。利用有效应力原理,与ABAQUS基于摩尔库伦准则的摩擦接触结合,实现了瓦斯压力对煤体影响的仿真。利用黏结单元模拟了煤体裂缝的产生与扩展,以及煤体的突出过程。实际仿真计算结果符合实验规律,证明了有限元二次开发技术可以很好地计算煤与瓦斯突出过程中煤体破坏问题,也为Python的二次开发在其他领域的应用提供了参考和借鉴。     

距下关节CT序列图像分割及信息提取研究

提出一种基于图像的距下关节信息提取方法.采用最大类间方差法与交互式数学形态学方法相结合的手段从活体后足CT序列图像中分割出距骨和跟骨,以移动立方体法重建距下关节复合体的表面并以动画方式显示距骨和跟骨的结构信息,提出力矩主轴法计算距骨和跟骨相对于参考系的旋转方向及它们之间的夹角.与其他方法相比较和仿真模型论证的结果表明,基于图像的距下关节信息提取方法具有较高的准确性和精度.     

三维任意几何光子成像系统的散射修正及图像重建方法

在客体材料密度重建过程中考虑散射光子的影响,研究了在重建过程中通过迭代扣除散射贡献进行散射修正的重建方法.针对三维任意几何结构问题,利用AutoCAD的二次开发功能实现几何前处理,开发了用于散射量计算的快速光子输运计算程序及基于三维任意几何结构的迭代法图像重建程序(IPOR).通过与蒙特卡罗程序MCNP进行数值比较,可知文中采用的散射修正方法在达到与蒙特卡罗方法相当精度的同时,其计算效率可提高2个数量级.重建计算结果表明,IPOR的重建精度远高于未进行散射修正的直接求解法的重建精度.     

ABAQUS在大体积混凝土徐变温度应力计算中的应用

对ABAQUS进行了二次开发,建立了弹性徐变本构模型,提出了一种考虑表面散热对水管冷却影响的等效算法,并进行了数值测试和分析.结果表明,在ABAQUS中增加上述模型和算法后,可以实现大体积混凝土温度场和徐变应力的计算,拓宽ABAQUS软件在土木工程中的应用范围.     

热膨胀系数对早期混凝土性态影响试验及数值模拟

为了更加准确地计算温度应变,对早期混凝土热膨胀系数的变化规律进行了研究.通过试验得出了早期混凝土温度及应变的变化规律,同时基于ABAQUS二次开发平台,开发出了基于水化度的混凝土温度及应变计算子程序,并在此基础上采用不同的热膨胀系数变化模型对试验进行数值模拟.模拟结果表明,不同的热膨胀系数变化模型对试验的模拟结果不尽相同,其中使用指数型下降的热膨胀系数变化规律与试验结果拟合效果更好.     

ABAQUS二次开发在触变成形模拟中的应用

ABAQUS有限元软件的二次开发对于ABAQUS在工程分析中的应用具有很大的促进作用。介绍了ABAQUS二次开发的基本原理和方法,并通过半固态AZ61合金压缩成形实例实现ABAQUS二次开发的应用。对于进一步研究镁合金触变成形机理,且在ABAQUS的数值模拟中加入新的材料模型提供了一种途径。     

基于有限元方法的钛合金加工切削力研究

本文基于有限元方法建立了车削钛合金Ti6Al4V的切削仿真模型.通过将Kistler9257B三向车削测力仪测得的主切削力与通过仿真模型获得的主切削力进行对比,验证了仿真模型的正确性.通过ABAQUS二次开发对仿真模型进行了参数化.利用切削仿真参数化模型对主切削力进行了分析.结果表明:通过试验得到的主切削力与仿真模型获得的主切削力相差小于10%;在所选试验参数范围内,随着进给量增加,主切削力增大;随着刀具前角、切削速度增大,主切削力减小;进给量对主切削力的影响最为显著.     

应用ABAQUS程序进行节理岩质边坡稳定分析

利用ABAQUS有限元软件,按强度折减技术对一实际工程大型节理岩质边坡进行了稳定性分析.针对ABAQUS程序节理材料模型的定义过于简化,只能将岩体视为满布节理的材料,节理视为相互贯通且遍布于岩体中,而不能根据实际节理面间距或分布密度来定义节理的缺点,提出了将受节理面控制的岩体进行"砖块式"划分的方法以模拟实际的节理分布情况.实例的计算结果表明,采用ABAQUS程序的节理材料模型弱化了实际岩体的强度,得到的分析结果过于保守,而采用将岩体"砖块式"划分的分析方法更符合实际情况,计算的结果更为合理可靠.     

给定荷载下的骨骼重建的有限元分析

作为一种活性生物器官 ,骨骼不同部分的密度在给定荷载下要发生变化 ,这种现象叫骨重建。定量的研究骨重建现象是骨生物力学的重要组成部分。在 Cater所做的骨材料的实验基础上 ,骨骼的不同微小部分被简化当作一种各向同性材料。再以有限元分析和迭代计算为手段 ,可以获得一种定量计算骨量的方法。与实验结果对照可以发现 ,此方法可使问题得到解决。     

集群系统在水下爆炸仿真中的应用

为提高水下爆炸仿真计算效率,对集群系统进行水下爆炸仿真进行了研究,构建了适用于水下爆炸仿真的高性能计算平台,并基于ABAQUS非线性有限元分析软件进行并行计算,结果表明集群系统大幅提高了计算效率,为开展水下爆炸大规模仿真研究提供参考。     

三维多晶体材料微结构的力学响应计算

材料微结构细观力学响应的数值计算对于识别"材料结构弱点",评估微裂纹的启裂、扩展,预测微结构材料损伤后的材料性能,推演"微结构虚拟失效"行为具有重要的意义.利用自主开发的材料微观组织结构仿真软件ProDesign构造出三维多晶体材料微结构的代表性体积单元,通过C语言程序设计、Python脚本语言混合编程的方式,实现对商业有限元软件ABAQUS前处理的二次开发,从而有效地实现三维多晶体材料微结构的细观应力响应计算.     

ABAQUS二次开发在动态剪切挤压连接仿真中的应用

针对在采用有限元软件分析多参数变化对研究对象的影响时往往需要反复建模、重复定义、修改参数等问题,提出了改进的编程方法和图形用户界面建立方法.以中间坯动态剪切挤压连接为例,基于Python语言对ABAQUS前处理进行了二次开发,编写了动态剪切挤压连接仿真模拟的内核脚本程序,借助RSG插件建立了动态剪切挤压连接的图形用户界...     

骨水泥用于股骨近端组配式假体柄固定的有限元分析

目前对于骨干组配式假体重建股骨近端骨缺损情况下骨水泥鞘的生物力学性能尚不清楚,而骨水泥鞘因应力集中而出现疲劳破裂是导致骨干假体松动的主要生物力学因素之一.本实验模拟临床操作以骨干组配式假体重建股骨近端骨缺损,利用有限元软件进行仿真分析,探究假体不同近端柄长以及外加辅助钛板固定方式下对应近端骨水泥鞘的应力分布变化规律.结果显示随着近端柄长的增加,对应骨水泥鞘应力峰值逐渐降低;相同柄长条件下外加辅助钛板增加了骨水泥鞘的应力峰值.     

二维复合材料微结构的力学响应计算

复合材料的力学响应数值计算对于多元多向异质体材料微结构的"性能导向型"设计、材料微结构失效的评估与预测具有重要的意义.利用自主开发的材料微观组织结构仿真软件ProDesign构造出二维复合材料微结构的代表性体积单元,通过C语言、Python脚本混合编程的方式,实现对商业有限元软件ABAQUS前处理的二次开发,使之用于复合材料微结构几何模型的建立、材料属性与晶粒取向的赋值、边界条件的定义以及有限元网格的划分,从而有效地实现二维复合材料微结构的细观应力响应计算.     

三维复合材料微结构的力学响应分析

复合材料的力学响应数值计算对于多元多向异质体材料微结构的"性能导向型"设计、材料微结构失效的评估与预测具有重要的意义.利用自主开发的材料微观组织结构仿真软件ProDesign构造出三维复合材料微结构的代表性体积单元,通过C语言、Python脚本混合编程的方式,实现对商业有限元软件ABAQUS前处理的二次开发,使之用于复合材料微结构几何模型的建立、材料属性与晶粒取向的赋值、边界条件的定义以及有限元网格的划分,从而有效地实现三维复合材料微结构的细观应力响应计算.     

级配碎石本构模型弹性变形适用性及验证

针对级配碎石本构模型对沥青路面变形适用性,推导应变张量更新算法并对碎石本构模型进行有限元二次开发,将其用于ABAQUS有限元软件分析路面变形,并将分析结果与现场实测结果对比.结果表明:级配碎石计算收敛模量分布极不均匀;级配碎石采用Uzan模型计算得沥青层层底应力、应变与沥青层内部最大剪应力均较其采用线弹性模型和k-θ模型的情况大;通过与现场实测应变比较可知,采用Uzan模型计算所得沥青层层底应变与实测应变最接近.     

基于散乱点数据的三维重建并行实现

为解决三维重建过程中重建数据计算量大、重建时间长等问题,提出了基于散乱点的三维重建并行策略.利用任务池的方法,实现了任务分配过程中的动态负载平衡.基于可视化工具包VTK对待重建的图像进行体绘制和可视化.通过仿真实验对并行算法的性能进行了量化分析,实验结果表明所提并行策略能够提高重建速度,缓解重建精度与重建速度之间的矛盾.     

数控仿真中切削面计算的并行化研究

针对高离散精度模型与刀具包围体进行切削计算的情况,由于三维图像重建的计算量大,基于传统CPU实现的数控加工仿真系统不能满足实时性的三维绘制。本文利用GPU的并行性特点,提出并行方式数控仿真切削面显示算法:通过线程并行处理基于MC算法的实体构造模型中体素与刀具包围体的切削计算,根据切削后体素角点信息和边的状态查找建立的构型索引表和交点数目索引表,加速数控仿真切削面的提取,从而提高三维图像的绘制速度,满足实时性显示要求。     

用正交异性算法仿真的肌力对股骨再造的影响

肌力与骨骼的生长(即"骨再造")有密切关系。该文基于CT数据建立股骨有限元模型,用正交异性算法仿真了肌力对骨再造的影响。骨再造仿真中,由复杂到简单共设置三组肌力载荷工况,使用正交异性算法结合有限元分析。结果表明,复杂肌力比简单肌力的仿真结果更符合股骨的真实密度分布和结构。肌力可以在一定程度上调节局部骨量大小和骨小梁的排列,对股骨近端影响较大,对中端和末端影响较小。对肌力做适当的简化不会影响骨密度分布和内部结构,但过于简化的肌力将显著影响局部骨量大小和骨小梁排列方向。     

锥束X射线CT投影的蒙特卡罗仿真

提出了一种锥束X射线CT(计算机断层扫描)投影的蒙特卡罗计算方法,对X光子逐次抽样并以随机步长跟踪,将探测器区域内的沉积能量转化为投影信号,使用蒙特卡罗计算工具EGSnrc执行后台批处理计算,得到符合成像物理学的仿真投影.经过合理加速和参数优化,计算量较通用默认设置降低了2个数量级.对生成的锥束投影进行重建,结果显示出预期的射束硬化和散射伪影.该方法易于进行二次开发,贴近真实设备,是锥束X射线CT原型机散射校正的基础.将仿真投影与真实的物理设备测量数据进行比较,平均误差为1.18%.