风力发电机叶片根部的有限元建模研究

研究了建立复杂层合结构有限元模型的方法.考虑到复合材料叶片根部结构具有重复铺层的特点,用子层刚度方法计算了其等效材料性能;采用ANSYS有限元软件按单一材料建立了根部的有限元模型,并讨论了载荷对边界条件和螺母-孔接触状态的影响.计算的[0°/±45°]三向层合板等效模量E1与实验值吻合良好;分别按等效模型和层合单元模型进行数值模拟所得到的位移误差很小,表明该方法具有较高的精度.所建立的模型可用于根部结构的受力分析.

牙周膜动力分析的几个问题

目的 :分析下颌切牙牙周膜的材料特性和阻尼因素对牙周膜动力分析结果的影响。方法 :通过CT断层扫描得到的图形信息建立人类包括牙齿、牙周膜及牙槽骨的三维有限元模型 ,采用有限元方法分析垂直载荷作用下不同的阻尼时牙周膜的动力响应。结果 :( 1)小变形假设得到的应力与大变形假设相比差别不大 ,两者相差不超过 1.4% ;( 2 )计算得到了阻尼系数 β =0～ 1.2时牙周膜的动力响应 ,一个咀嚼周期结束后牙周膜内侧的残余应力大于外侧 ,唇侧颈缘处最大 ,σr=0 .3 4MPa。结论 :采用小变形假设有助于提高动力分析的效率 ;一个咀嚼周期结束后牙周膜有残余应力存在 。

复合材料中的渐近均匀化方法

本文将非均质弹性体的渐近均匀化方法应用于复合材料的宏观与细观分析之中。该方法基于平均化的思想,将复合材料视作由周期性的细观结构所构成,其场变量依赖于宏观和细观两个尺度的坐标变量而变化。通过建立位移和应力的渐近表达式,推导出关于周期性基元的细观平衡方程和细观本构关系,并与有限元数值方法相结合,得到材料的宏观等效性能和细观应力分布。对典型算例的分析,反映出该方法的有效性及准确性。

用子模型方法进行牙周膜应力分析

目的:提高对下颌切牙牙周膜的应力集中区域进行应力分析的精度。方法:在包括牙齿、牙周膜及牙槽骨的整体有限元应力分析的基础上,以垂直载荷作用为例,采用子模型方法在应力敏感区域建立子模型,通过切割边界引入整体模型的计算位移作为位移约束边界,进一步分析牙周膜局部的应力分布情况。结果:与整体模型分析相比,子模型方法得到的应力分布规律相同,但在数值上更为准确。结论:该方法局部细化了网格,可得到应力集中区域较好的计算精度。

单向复合材料损伤刚度的双重均匀化方法

研究了单向复合材料的细观损伤刚度问题．假设单向复合材料具有周期性的细观结构，通过渐过展开方法建立与两尺度坐标变量相关的控制方程．细观损伤用两个损伤变量来描述：裂纹线密度和面密度．通过所提出的双重均匀化方法来讨论它们对复合材料刚度的影响．上述问题结合数值分析，得到复合材料损伤刚度随损伤变量的变化关系．

复合材料结构的内部分层及其扩展

本文用接触观点分析了复合材料壳体结构的内部分层问题,建立了求解摩擦接触问题的有限元迭代格式,并采用能量释放率判据分析分层裂纹的扩展。分层裂纹前缘采用轴对称奇异单元,并考虑了结构的大变形特性。计算表明,层间裂纹呈Ⅱ型扩展趋势。本文同时还分析了层间摩擦系数的影响,并指出,分层将导致壳体结构承载能力显著下降。

求解复合材料等效性能的混合均匀化方法

考虑到层合板结构的多尺度特征,将均匀化方法与三维弹性子层板方法相结合,推导出一种新的方法,用以求解层合复合材料的等效刚度.该方法通过均匀化过程,将此三维刚度问题简化为二维问题,便于有限元网格划分及数据处理,提高计算效率.其潜在的优点是,可在二维规模上方便、准确地求得纤维方向含有周期性损伤时的损伤刚度.数值算例显示该方法具有较好的精度.

动态载荷下下前牙固定桥基牙牙周膜的三维有限元法分析

目的用三维有限元法分析动态载荷下下前牙固定桥修复前、后基牙牙周膜的应力和应变分布规律。方法对有限元模型进行动态垂直、斜向加载,计算基牙牙周膜的应力和应变值,绘出牙周膜的应力分布图及牙周膜的应力-时间曲线。结果动态载荷下,下前牙固定桥修复前、后基牙牙周膜的应力和应变分布趋势与静态载荷基本相同,但其大小明显降低,变化率为60%～75%。牙周膜的应力分布及大小具有时间依赖性,一个咀嚼周期结束后,牙周膜有残余应力存在。斜向冲击载荷时,牙周膜应力下降直至消失的时间比垂直向冲击载荷短。结论动态载荷下,下前牙固定桥修复前、后基牙牙周膜的应力和应变值明显降低。在一个咀嚼周期中,牙周膜的应力分布和大小具有时间依赖性,一个咀嚼周期结束时,牙周膜有残余应力存在。残余应力的大小与加载量及加载方向有关。加载方向是影响牙周膜应力分布、应力累积和应力释放的重要因素。

下颌前牙固定桥基牙及其支持组织的三维有限元模型的建立

目的:建立下颌前牙双端固定桥的三维有限元模型,为分析下颌前牙固定桥的生物力学特征提供数字模型。方法:采用正常人的下颌骨标本,进行CT断层扫描得到包含下颌前牙的35幅图像,通过计算机图形转换软件和3D建模软件获取图像的边界信息,应用ANSYS有限元建模模块处理,建立了包括牙齿、牙周膜和牙槽骨固定桥修复前及修复后的几何模型和三维有限元模型。结果:固定桥修复后,有限元模型包括牙体、牙槽骨、牙周膜在内共41 648个节点,27 269个单元。结论:CT辅助有限元建模技术能精确建立下颌前牙及其支持组织的三维有限元模型。

正弦波纹扁球壳的非线性强迫振动

波纹壳是传感器弹性元件的一类重要形式,也是精密仪器仪表弹性元件中的一类重要形式。由于波纹壳形状复杂、参数众多、厚度薄,对其进行非线性分析非常重要同时也是十分困难的。本文考虑一种在传感器弹性元件中有重要应用价值的正弦波纹浅球壳体,将这种壳体视为结构上的圆柱正交异性扁球壳,根据Andryewa的思想,分别得到了正弦波纹壳径向、环向在拉伸、弯曲下的等价的四个各向异性参数;建立了正弦波纹扁球壳的非线性强迫振动微分方程;得到了正弦波纹扁球壳非线性强迫振动的共振周期解及幅频特性曲线。

下颌后牙单端桥及其支持组织修复前后有限元模型建立

目的:建立下颌后牙单端固定桥及其支持组织修复前后的三维有限元模型。方法:以人类正常牙列完整的下颌骨标本为建模基础,采用CT扫描技术,利用AutoCAD与ANSYS软件建立左侧下颌后牙单端固定桥及其支持组织修复前后的几何模型和三维有限元模型。结果:构建的下颌后牙单端固定桥修复前后的几何模型接近中国人牙齿的实际尺寸。修复前、后牙体、牙周膜及牙槽骨的三维有限元模型分别划分为142 640个节点、101 938个单元和168 756个节点、119 499个单元。结论:采用CT扫描技术,结合AutoCAD与ANSYS软件所建模型结构层次清晰、单元划分精细,具有良好的形态相似性和还原性,能够满足模拟加载的需要。

静态载荷下下前牙双端固定桥基牙牙周膜应力的三维有限元法分析

目的:用三维有限元法分析静态载荷下,下颌前牙固定桥基牙牙周膜的应力和应变分布规律,为固定桥的设计和制作提供理论依据。方法:建立下颌前牙双端固定桥及其支持组织的三维有限元模型并进行静态条件下的垂直及斜向加载,计算基牙牙周膜的应力和应变值,绘出牙周膜的应力分布图。结果:固定桥修复前,垂直载荷下,基牙牙周膜的应力以压应力为主,应力集中在根尖;斜向载荷下,基牙牙周膜的应力主要是拉应力和压应力,应力集中在唇、舌颈缘;固定桥修复后,基牙牙周膜的应力和应变分布规律与修复前相似,但最大应力、应变值都明显增大;牙周膜内表面的应力大于牙周膜外表面;垂直载荷时,牙周膜内、外表面的应力差异更为显著。结论:固定桥的修复基本没有改变基牙牙周膜的应力和应变分布规律,但使上述值明显增大。牙周膜具有明显的应力缓冲作用,垂直载荷作用下的应力缓冲作用比斜向载荷作用下明显。

下颌后牙单端桥基牙骨支持组织应力的动力学分析

目的:建立下颌后牙单端固定桥及其支持组织的三维有限元模型,采用瞬态动力学分析,比较单端桥修复前后基牙骨支持组织的应力分布规律。方法:用ANSYS 10.0软件对模型施以不同部位和方向的冲击载荷,分析单端桥基牙骨支持组织的应力大小、分布及变化规律。结果:斜向载荷下,基牙骨支持组织存在明显应力集中;单端桥修复后,应力峰值77.676 MPa位于近缺隙侧基牙的皮质骨颈部;一个咀嚼周期末存在应力残余,其值不显著。结论:单端桥近缺隙侧基牙承受主要应力,载荷方向影响应力大小及分布,应力峰值小于下颌骨应变极限强度。

下颌后牙双端种植桥及其支持组织修复前后三维有限元模型的建立

背景:三维有限元分析法是研究种植桥及其周围骨组织力学分布规律的重要手段,其精度受控于模型的准确及对真实状态的模拟。目的:建立下颌后牙双端种植桥及其支持组织修复前后的三维有限元模型。方法:利用Pro/E建模软件与CT结合,建立部分下颌骨、牙冠以及种植体的三维实体模型,通过无缝接口功能导入有限元软件中,最终分别建立双端种植桥修复前后的有限元模型。结果与结论:采用CT扫描技术、Pro/E与ANSYS软件相结合所建立的下颌种植桥及其支持组织修复前后模型切实可行,具有高度的几何相似性和力学相似性,可满足模拟加载的需要。

层合复合材料的损伤刚度分析

渐近均匀化方法是一种便于同时求解复合材料细观与宏观性能的有效方法。本文在均匀化方法的基础上 ,通过层合结构的均匀化基元 ,建立相应的有限元方法 ,对层合板进行损伤刚度分析。与其它方法和实验结果的比较显示其具有良好的精度和直观方便的优点。

动态载荷下单端桥基牙牙周膜应力的三维有限元分析

目的采用瞬间动态分析以Г56为基牙修复Г7缺失的单端桥修复前后的三维有限元模型，在不同部位加载下基牙牙周膜的应力状况及分布规律，以期寻求更接近咀嚼过程的生物力学数据。方法在动态载荷周期内对三维有限元模型施以250N平均骀力作为不同加载部位和方向的动态载荷，应用ANSYS软件计算基牙牙周膜在动态载荷下的应力，绘制牙周膜的应力-时间曲线。结果基牙牙周膜的应力随着加载、卸载时间的积累逐渐加大，斜向加载时达到1个动态载荷周期的应力峰值（例如修复后载荷作用于Г567，0.260s时Г5牙周膜的von Mises应力值为7.936MPa）；修复后的最大应力多位于近缺隙侧基牙的牙周膜上[例如修复后载荷作用于Г567，0.260s时Г6牙周膜的von Mises应力值为18.483MPa，远高于Г5牙周膜的von Mises应力值（7.936MPa）]；修复前后基牙牙周膜在1个动态载荷周期中主要表现为压应力明显高于拉应力，但随着修复后承受载荷牙齿数目的减少，Г5牙周膜的近中颈缘则产生相反的结果，呈现出显著的拉应力；观察连续3个动态载荷周期后发现，后一个周期基牙牙周膜的应力值均比前一个周期有所增加，但应力值的增长并不明显。结论在下颌后牙单端桥的咀嚼运动中，侧向骀力对基牙牙周健康影响最大；修复后对近缺隙侧基牙的牙周组织条件要求更高；连续多个动态载荷周期加载下牙周膜形成的应力积累不会对牙周膜造成损害，修复第二磨牙缺失的双基牙单端桥设计是可行的。

双端种植固定桥修复前后种植体-骨界面的动力学研究

目的探讨动态加载时种植桥的骨界面应力分布规律，为临床提供参考。方法在双端种植桥修复前后的有限元模型上，模拟一个咀嚼周期0．875s内连续性的垂直向、舌向及颊向运动，分别对两颗种植基牙和种植桥进行单独加载和共同加载。计算种植体一骨界面的应力并比较，绘制应力图。结果修复前加载5牙冠，斜向加载完成时5-骨界面的应力最大值是垂直加载完成时的4．2倍。修复后同时加载两颗种植基牙的修复冠及桥体，斜向加载完成时5-骨界面的应力最大值是垂直加载完成时的1．2倍。修复前加载在5牙冠上，0．300s时应力最大值为48．393MPa；单独加载种植桥的5I修复冠，0．300s时模型总体最大值为9．541MPa，在7-骨界面的远中颈缘。单独加载桥体和同时加载种植基牙的修复冠及桥体时7-骨界面应力最大值在各时段末均大于5-骨界面。结论双端种植桥减少斜向载荷的不利影响，均匀合理地分布骨界面的应力。