个体化骨肌多体动力学和有限元联合建模的肩胛骨锁定板生物力学评估方法

为解决难以在体内生理载荷条件下评估植入物力学性能的问题,建立了个体化骨肌多体动力学联合有限元建模方法,在个体抬高运动体内载荷状况下调查肩胛骨骨折板的设计和生物力学性能。以一例个体的相关数据为材料,基于骨肌多体动力学软件Anybody和有限元软件Abaqus,建立与个体上肢相对应的骨肌多体动力学模型和肩胛骨骨折固定有限元模型,模拟右臂外展90°和前屈45°运动;采用骨肌多体动力学方法,预测个体体内所有的肌肉力和关节力,然后将预测的肌肉力和关节力加载至肩胛骨骨折固定有限元模型,调查新设计骨折板的生物力学性能,并与传统重建板进行了对比。结果表明:在右臂外展和前屈运动中,最大盂肱关节接触力分别为428 N和379 N;2.6 mm厚度新设计骨折板的最大范氏应力分别为118 MPa和113 MPa,均小于3 mm厚度重建板的最大范氏应力128 MPa和142 MPa。与传统的植入物失效评估方法相比,个体化联合建模方法增加考虑了个体的解剖差异和体内生理载荷状况,允许在个体日常活动体内载荷下调查植入物的生物力学性能,可为假体设计、医生手术和术后康复提供理论指导。     

车用涡轮增压器压气机的气动噪声机理

通过非定常流场数值计算分析压气机内部流场特性,利用宽带噪声模型计算压气机的近场噪声,对比分析近场气动噪声的形成机理. 用有限元法将流场计算获得的内部压力脉动作为边界条件,分析压气机的远场噪声,探明其频域特性,并进行噪声检测试验,验证仿真结果的准确性. 研究结果表明：湍流强度是气动噪声形成的关键因素,且叶轮出口区是压气机的核心噪声源;压气机的远场噪声以宽频噪声为主.     

预制钢桁架混凝土组合剪力墙抗震性能研究

将型钢桁架代替普通钢筋配置在钢筋混凝土剪力墙中形成钢桁架混凝土组合剪力墙,该剪力墙便于预制和安装,适合用于装配式建筑。采用ABAQUS有限元分析建立了钢骨混凝土剪力墙的抗震分析模型,利用试验数据进行了验证。进而使用该模型研究了钢桁架混凝土组合剪力墙的抗震性能,对5个不同设计参数的钢桁架混凝土剪力墙进行了往复加载模拟,研究轴压比和型钢含钢率对其滞回性能、变形能力、刚度退化以及耗能能力的影响。结果表明:轴压比增大对于钢桁架混凝土组合剪力墙的变形能力和耗能能力均不利;增加型钢柱的含钢率能有效提高剪力墙的抗剪承载力,增加型钢腹杆的含钢率对剪力墙耗能能力的提高明显,对承载能力提高较小。     

大豆收获机车架的轻量化设计

以某大豆收获机的车架为对象,利用三维建模软件Solidworks进行了参数化建模,导入有限元前处理软件Hypermesh对车架进行有限元网格划分和模态仿真分析,对车架样件进行模态试验分析,验证了仿真模型和结果的正确性。对车架不同工况下进行了强度校核计算;以车架固有频率和动载荷系数为2.5时材料的最大许用应力为约束,以车架质量最小为目标,进行了轻量化优化设计,优化后底盘车架减质量16%。     

钛合金无缝管热连轧工艺及应用

钛合金热熔小,温度下降快,轧制温度控制困难。钛合金材料的高温摩擦和塑性特点使其在热轧过程中容易产生表面缺陷,制约了钛合金无缝管热连轧生产。笔者运用有限元方法模拟了PQF型三辊连轧机将?204mm×16mm的TC4合金坯料轧制成?185mm×7mm的荒管的过程。模拟结果表明:开轧温度900℃,轧制速度2.93m/s条件下,钛合金管的内外温差最高达到250℃,第2和4道次的外表面拉应力超过200MPa,产生缺陷可能性最大。利用模拟结果进行了TC4和TA1现场试制。工业试制结果表明:采用连轧机组可实现钛合金无缝管的高精度轧制,生产的TC4和TA1无缝管的外径偏差0.5%,壁厚偏差10%,与模拟结果相吻合。TA1无缝管屈服强度为237MPa,抗拉强度为321MPa,延伸率为47%,室温CVN冲击功为100J。TC4钛合金无缝管的屈服强度为780～846MPa,抗拉强度为910～960MPa,延伸率为14%～16%,室温CVN冲击功为38～52J。     

粘贴钢板加固RC梁抗弯性能分析

为研究钢板加固RC梁抗弯性能和破坏形态,做四根试验梁,对破坏后钢板加固的3根梁和1根普通对比梁进行抗弯性能试验,测出钢板层数(1、2、3层)加固下RC梁的荷载、裂缝、挠度等值,与未加固RC梁进行分析。有限元模拟软件对试验各个梁进行有限元分析,试验与有限元模拟对比验证,深入分析配筋率和钢板长度对加固RC梁加固效果和抗弯性能的影响。研究结果表明:钢板加固层数、长度、厚度和配筋率影响因素中,钢板层数的改变对RC梁抗弯性能的影响最为显著,且钢板存在最佳配板率和最优加固长度。     

2-维Ginzburg-Landau方程H~1-Galerkin有限元方法的高精度分析

采用非协调单元EQ~(rot)_1及零阶Raviart-Thomas元(EQ~(rot)_1+Q_(10)×Q_(01)),对2-维Ginzburg-Landau方程讨论了一种H~1-Galerkin混合有限元方法.在半离散和线性化Euler全离散格式下,分别有技巧地导出了原始变量u在H~1模意义下及流量■在H(div;Ω)模意义下的超逼近性质.最后,给出两个数值算例验证了理论结果.     

椭圆钢管混凝土中、长柱轴压性能研究

为了研究椭圆钢管混凝土中、长柱的轴压性能,文章通过ABAQUS有限元程序建立了轴压作用下椭圆钢管混凝土中、长柱的理论力学模型,考虑了核心混凝土与钢管之间的复杂接触问题、初始缺陷、椭圆特征、屈曲模态及材料非线性;试验结果验证了理论分析模型的准确性;开展了轴压作用下椭圆钢管混凝土中、长柱力学性能的参数分析,研究参数包括混凝土强度、钢材强度、径厚比、长短轴比、截面面积及长细比等,对轴压承载力、刚度及变形能力的影响进行了分析,揭示了椭圆形钢管混凝土中、长柱的破坏模式。研究结果表明:椭圆形钢管混凝土中、长柱的破坏模式包括柱半高以上反弯点破坏和柱半高反弯点破坏;椭圆钢管混凝土中、长柱承载力随着混凝土强度、径厚比及截面面积的增大而增大,随着长短轴比的减小而增大;其弹性刚度随着混凝土强度、径厚比及截面面积的增大而增大,随着长短轴比和长细比的减小而增大;影响椭圆钢管混凝土长柱的主要因素是长细比。研究结果可为椭圆钢管混凝土中、长柱在实际工程中的应用提供依据。     

CFETRCS模型线圈导体绕组等效材料性能研究

中国核聚变工程试验堆中心螺线管线圈(China fusion engineering test reactor central solenoid,CFETR CS)模型线圈管内电缆导体(cable-in-conduit conductor,CICC)绕组是由超导电缆、不锈钢铠甲绝缘材料组成,在空间上呈周期性分布的大型复杂绕组结构。在进行中心螺管模型线圈分析过程中,为了简化模型、减少计算量、缩短计算时间同时满足分析结果精度的要求,文章通过引入均匀化理论推导出等效弹性参数的求解方程;结合ANSYS有限元分析软件建立导体绕组的单胞模型,在给定的边界条件下通过三维有限元分析方法,对绕组的等效材料力学性能进行分析预测;同时运用该方法准确计算出了国际热核聚变实验堆(international thermonuclear experimental reactor,ITER)CS的等效材料性能,并计算了CFETR CS模型线圈CICC导体绕组等效材料性能。该方法为进一步开展CFETR CS模型线圈乃至CFETR大型磁体的结构分析奠定了一定的基础。     

铰接梁系静定互承结构的内力计算方法

为了更加高效地求解铰接梁系互承结构的内力,摈弃传统结构有限元分析的结点位移协调条件,以互承杆件之间搭接点的结点连接力为基本未知量,推导了互承杆件上结点连接力和基准点荷载之间的平衡关系,得到了基准点荷载作用下结构的静力平衡方程.根据叠加原理,将一般荷载转化为等效基准点荷载,建立了一般荷载作用下互承结构体系的静力平衡方程.通过求解平衡方程,即可得到静定互承结构的内力.进一步对三角形互承构型和阿基米德36型互承构型进行算例分析,并与ANSYS软件有限元分析结果进行了对比验证,结果显示:两种方法计算所得的内力一致,但提出的方法计算节点连接力更加简洁高效.