芭蕉河面板堆石坝三维有限元应力变形分析

采用三维有限元法对芭蕉河面板堆石坝完建期 (竣工期 )和蓄水期的应力变形进行模拟计算 ,分析了不同时期坝体及面板的应力变形情况。计算结果表明 ,大坝应力变形满足安全要求。

某混凝土面板堆石坝三维有限元应力变形分析

混凝土面板堆石坝最重要的组成部分是堆石体,堆石体的应力变形程度是影响工程稳定和安全的关键。对某水库面板堆石坝采用大型计算软件ADINA进行三维非线性有限元分析,模拟计算了竣工期坝体的3个典型断面的应力变形情况。结果表明,坝体的应力、位移分布规律较好,变形值都在允许范围内;断层只对坝基的应力分布形态有影响,对坝体的应力、变形影响较小。

观音岩水电站面板堆石坝三维有限元应力变形分析

采用三维有限元法对观音岩面板堆石坝完建期(竣工期)和蓄水期的应力变形进行模拟计算,分析了不同时期坝体及面板的应力变形情况。计算结果表明。

双河口面板堆石坝三维有限元应力变形分析

采用三维有限元法对双河口面板堆石坝完建期(竣工期)和蓄水期的应力变形进行模拟计算,分析了不同时期坝体及面板的应力变形情况。计算结果表明,大坝应力变形满足安全要求。

拱形重力坝应力变形三维有限元分析

为复核已建工程拱形重力坝应力变形分布特性是否满足规范要求,文中采用三维有限元数值分析计算方法,建立实体计算模型,分别对在正常蓄水位、死水位、校核洪水位等工况下,进行坝体应力变形分析计算。计算结果表明:坝体应力变形符合有限元分析一般规律,应力变形计算值均在规范允许范围内。计算分析成果,可为漾头水电站大坝安全稳定提供有效理论支撑依据,也可为类似工程中低拱形重力坝应力变形分析计算提供参考,对提升拱形重力坝设计及指导相关工程实践具有理论与现实双重意义。

脊柱胸腰段应力分布与骨折相关性的三维有限元分析

目的:观察脊柱胸腰段骨折与椎体骨性结构及韧带间应力分布的相关性,探索脊柱胸腰段椎体骨折的力学机制。方法:招募8名健康男性青年志愿者,行脊柱全长X线片和CT检查排除脊柱畸形、肿瘤及骨病,对脊柱各椎体及股骨行骨密度测定排除骨质疏松。均行自T11椎体上终板至L2椎体下缘CT薄层扫描,将8名志愿者CT图像参数导入ABAQUS 2016软件中进行标准化,并进行有限元网格化构建。应用MIMICS 17.0、GEOMAGICS 15.0和PRO/ENGINEER 5.0软件处理,建立脊柱胸腰段有限元模型,测量模型相关参数,并验证模型有效性。在T11椎体上终板上加载竖直轴向载荷500N、附加扭矩10N·m模拟垂直压缩、前屈、后伸、左右侧屈、左右旋转7种运动状态,使用ABAQUS软件对有限元模型7种运动状态下的应力分布特点及变化规律进行分析,观察应力分布与脊柱胸腰段骨折的相关性。结果:建立的三维有限元模型共有309583个节点和428760个单元,包括4个椎体、3个椎间盘、前纵韧带、后纵韧带、横突间韧带、棘间韧带等结构。7种运动状态下的数据与文献报道的数据无明显偏差,模型有效。T11~L2椎体椎弓根截面积分别为135mm^(2)、154mm^(2)、105mm^(2)、139.2mm^(2)。应力云图结果显示各运动状态下高应力区存在于椎体的松质骨、椎弓根及其周围骨皮质。在垂直压缩状况下,T12椎体所受应力最大(617.4MPa),前屈状态下T11所受应力最大(200.7MPa),后伸、左右侧屈和左右旋转状态下L1椎体所受应力最大(314.2MPa、574.4MPa、626.2MPa、641.3MPa、527.1MPa),且前屈体位时椎体所能承受的应力最小,左旋转时所能承受的应力最大。垂直压缩状况下T12椎体发生骨折,前屈状态下T11发生骨折伴韧带损伤,后伸、左右侧屈和左右旋转状态下L1椎体发生骨折伴韧带损伤。骨折发生时,前纵韧带在后伸、左右侧屈状态下存在高应力区,后纵韧带在前屈状态下存在高应力区,横突间韧带和棘间韧带在前屈、左右侧屈、左右旋转状态下存在高应力区。结论:在构建包括重要韧带、椎间盘等软组织结构的脊柱胸腰段三维模型中,椎体松质骨、椎弓根及其周围骨皮质、韧带均存在高应力区,不同状态下所受应力最大椎体不同,发生骨折的椎体和韧带损伤也不同;L1椎弓根截面积最小,最易发生骨折。

基于三维有限元分析的边荷载对水闸结构应力影响研究

某水闸位于惠州市沙河,是1座宽6 m的单孔水闸。闸室为压型钢筋混凝土底板的墩墙结构,施工期间闸室充排水时,发现闸室出现了较大的不均匀沉降。根据水闸的设计、施工等具体情况,采用三维有限元方法对水闸的沉降进行了计算分析,研究了不均匀沉降的成因,并对闸后沉降进行了预测。由于洞室自重已基本完成沉降,不会有实质性沉降;在运行期堵水情况下,洞室在河外侧和河内侧的沉降增量分别为0.3mm和0.4mm;通过处理,闸室沉降不会影响水闸的正常运行。

三维表面裂纹应力强度因子参数敏感性有限元分析

三维表面裂纹是许多工程结构中普遍存在的一种缺陷,无论是在损伤容限设计或缺陷评估阶段,人们都要求对裂纹的应力强度因子进行精确的估计,这一参量对裂纹的预测和剩余疲劳寿命的估计起到至关重要的作用。借助有限元软件Abaqus和断裂力学软件Franc3d建立三维半椭圆表面裂纹实体模型,依据断裂力学相关知识,采用M-积分法,对含有表面裂纹的模型进行数值模拟,研究了模型在不同裂纹形状比(a/b=1.5、1.36、1.25和1.15)以及裂纹倾角(θ=0°、15°、30°和45°)下的裂纹扩展情况和应力强度因子参数敏感性。主要研究内容与结论如下:裂纹形状比a/b越大,应力强度因子越小,应力强度因子分布形貌由“凹”向“凸”转变;裂纹倾角达到0°时,裂纹深处应力强度因子最大,裂纹更容易扩展,随着裂纹倾角(0°、15°、30°和45°)的增大,应力强度因子逐渐减小。

超短种植体配置下穿颧骨种植定位方案的三维有限元分析

目的:探究上颌窦沟槽(sinus slot,SS)技术和经上颌窦外(extra sinus,ES)技术结合超短种植体行穿颧种植修复后的生物力学分布特点,为功能性修复上颌骨重度萎缩提供理论基础。方法:通过患者的高分辨计算机断层扫描(computed tomography,CT)资料建立有限元分析模型,虚拟化穿颧种植体分别置于SS和ES模型,并结合使用2枚或4枚超短种植体。分析种植体von Mises应力值及牙槽骨中的主应力值。结果:配置2枚超短种植体+2枚ES穿颧种植体的von Mises应力最大(292 MPa);而4枚超短种植体+2枚SS穿颧种植体的最小(184 MPa)。配置2枚超短种植体+2枚SS穿颧种植体的最高主应力值最大(31 MPa);而4枚超短种植体+2枚ES穿颧种植体的最小(12 MPa)。配置4枚超短种植体+2枚SS穿颧种植体的最低主应力值最小(-58 MPa);而2枚超短种植体+2枚ES穿颧种植体的最大(-81 MPa)。结论:2枚SS穿颧种植体结合4枚超短种植体可能在生物力学方面更安全地用于修复重度萎缩的上颌骨。

穿颧骨种植上颌窦区种植体定位方案的三维有限元分析

目的:探究上颌窦沟槽(sinus slot,SS)技术和经上颌窦外(extra sinus,ES)技术结合常规种植体行穿颧种植修复后的生物力学分布特点,为功能性修复上颌骨重度萎缩提供理论基础。方法:通过患者的高分辨计算机断层扫描(computed tomography,CT)资料建立有限元分析(finite element analysis,FEA)模型,虚拟化穿颧种植体(zygomatic implant,ZI)分别置于SS和ES模型,并结合使用2枚或4枚常规种植体。分析种植体von Mises应力值及牙槽骨中的主应力值。结果:配置2枚常规种植体+2枚ES ZI的von Mises应力值最大(292 MPa);而4枚常规种植体+2枚SS ZI的最小(184 MPa)。配置2枚常规种植体+2枚SS ZI的最高主应力值最大(31 MPa);而4枚常规种植体+2枚ES ZI的最小(12 MPa)。配置4枚常规种植体+2枚SS ZI的最低主应力值最小(|-58|MPa);而2枚常规种植体+2枚ES ZI的最大(|-81|MPa)。结论:使用2枚SS ZI和4枚常规种植体联合修复重度萎缩的上颌骨,在生物力学方面安全性更高。

气固输送尾气管道弯头结构的有限元应力分析

为了准确评价气固输送尾气管道弯头的安全稳定性,分别选取了反应器出口尾气管道的高温段弯头和低温段弯头为研究对象,建立了三维几何结构模型并进行网格划分,在温度、压力载荷耦合作用下开展了管道弯头的有限元分析计算,研究了2个管道弯头的应力与应变的分布特征与规律,探索了结构模型变形量分布及形成机理,对管道弯头安全性和稳定性进行了合理评价。结果表明,在温度和压力载荷作用下,两段管道弯头结构安全性和稳定性较好,但高温段管道弯头的斜切喷射管H2、低温段管道弯头斜切接管L1,都存在应力集中、应变和变形明显增大的问题,这主要与外部载荷、接管位置、安装条件和管系结构等因素相关。

穿骨道与带线锚钉固定重建内侧髌股韧带的三维有限元分析

背景:内侧髌股韧带重建是治疗髌骨脱位的主要和基础治疗方法,一般是采用自体或异体肌腱分别在内侧髌股韧带的髌骨足印区和股骨止点进行固定,其有多种固定方式。髌骨侧止点固定方式较为多样,主要有传统经骨道和近年来的锚钉固定法,包括单隧道、双隧道穿骨固定和2枚带线锚钉固定等方式,但何种固定方式更能减少髌股关节应力及更符合生物力学尚无定论。目的:观察单隧道穿骨道与带线锚钉2种髌骨端固定方式重建内侧髌股韧带对髌股关节和内侧髌股韧带力学的影响。方法:建立膝关节三维有限元模型,髌骨侧行单隧道穿骨道或髌骨内侧缘2枚带线锚钉固定重建内侧髌股韧带,股骨侧均用挤压钉固定于股骨内上髁和内收肌结节中点,观察膝关节在屈曲0°,30°,60°,90°,120°时,2种固定方法对髌股关节及内侧髌股韧带的应力影响。结果与结论:①无论种哪固定方式,膝关节屈曲0°-60°时,髌股关节的应力较大,在30°时达到高峰,90°,120°逐渐减小;2种固定方式对髌股关节的应力差异较小;②内侧髌股韧带上的应力均在30°位最大,60°位后明显减少,且在各角度锚钉固定时内侧髌股韧带上应力均明显大于穿骨固定方式;③结果显示,2种固定方式对髌股关节应力的影响差距不大,但锚钉固定时内侧髌股韧带上应力明显大于穿骨固定。

某大型水电站导流洞进口闸室结构三维有限元分析

某大型水电站导流洞进口闸室结构为一个典型的三维受力结构,特别是封堵期作用于闸门上的最大水头达到120m,水推力大。为了保证导流洞进水口闸室结构在复杂受力情况下的安全可靠性,建立闸室整体有限元模型,并参考类似工程相关计算,主要对该导流洞进口闸室结构在完建期、运行期和封堵期3种工况进行三维计算分析。

不同直径与长度的种植体联合修复的皮质骨三维有限元应力分析

对比分析不同直径与长度的种植体组合联合修复对皮质骨应力分布及大小的影响。方法 建立右下5、右下7种植体支持的右下5至右下7种植固定桥修复模型,不同直径和长度的种植体两两组合成16组三维有限元模型,采用垂直力与倾斜力加载的方式,观察对比不同模型的皮质骨等效应力峰值大小及分布情况。结果 当种植体长度组合不变,直径组合改变,4.3mm与4.8mm直径组合的模型应力峰值比较小,4.1mm与4.8mm直径组合及4.1mm与4.3mm直径组合的皮质骨应力峰值比较大。当种植体直径组合不变,长度组合改变,皮质骨应力峰值在垂直力加载时有随着长度增加而减小的趋势,在倾斜力加载时,10mm与10mm长度组合皮质骨应力峰值较小,12mm与8mm长度组合应力峰值较大。从直径和长度两方面同时比较, 4.3mm×10mm与4.8mm×10mm组合及4.3mm×10mm与4.8mm×8mm组合应力峰值较小,4.1mm×10mm与4.3mm×8mm组合及4.1mm×10mm与4.8mm×8mm组合应力峰值较大。结论 1、种植联合修复中,皮质骨的应力有随着种植体直径增大而减小的趋势,但4.1mm直径与4.8mm直径种植体组合的皮质骨应力值较大;2、垂直力加载时,种植联合修复的皮质骨应力峰值有随着种植体长度增加而减小的趋势;倾斜力加载时,没有明显的规律;3、种植联合修复中,当两个种植体的长度和直径同时改变,从生物力学角度,4.3mm×10mm与4.8mm×10mm种植体组合及4.3mm×10mm与4.8mm×8mm种植体组合是保护皮质骨较优的联合修复种植体组合。

不同股骨止点对内侧髌股韧带重建后髌股关节应力影响的三维有限元分析

背景:髌股韧带重建有多种手术方式,其中股骨止点选取对手术实施影响较大,目前针对股骨止点的选取有多种方式,但无定论。目的:通过三维有限元软件分析膝关节不同屈曲状态下内侧髌股韧带(MPFL)股骨重建止点位置改变对髌股关节应力的影响,从而选择出合理准确的股骨重建止点。方法:获取成年人正常膝关节CT数据,导入Mimics、Geomagic及Soildworks软件进行提取模具、添加韧带,其中韧带的股骨止点选择分别为股骨内上髁与内收肌结节连线的中点、股骨内上髁、内收肌结节、股骨髁间窝顶部向内髁投射点和内收肌结节下10 mm,再将添加韧带后的模具导入机械软件Ansys,对不同股骨止点重建后髌股关节应力进行生物力学的有限元分析。结果与结论:(1)在膝关节屈曲0°和30°时,选取任一股骨止点产生的髌股关节应力大于其他屈曲角度(60°,90°,120°);无论采取哪种位点作为股骨端止点,当膝关节屈曲超过30°时,髌股关节间的接触应力大小基本无差别;(2)在膝关节屈曲0°和30°时,以内收肌结节为止点的髌股接触压力最大,以股骨内上髁与内收肌结节连线的中点为止点的接触力最小;在膝关节屈曲30°时,股骨内上髁与内收肌结节连线的中点及股骨髁间窝顶部向内髁投射点、内收肌结节下10 mm作为股骨端止点的髌股间的接触应力大小无明显差别;(3)结果显示,重建内侧髌股韧带时股骨侧止点最好选择在内收肌结节与内上髁连线的中点,能够有效恢复膝关节的稳定性,达到延缓关节及软骨退变的目的。

柴油机活塞的温度场、热变形与应力三维有限元分析

本文应用 MARC有限元分析软件 ,采用三维有限元法计算大功率柴油机活塞在热载荷作用下的温度场和换热情况 ,并在此基础上分析活塞的热变形及热应力场 ,确定活塞失效的主要位置 ,从而为改进设计提供参考。

在温度和机械载荷作用下活塞应力与变形的三维有限元分析

根据有限元法解得的温度场，利用微机对ω型燃烧室的柴油机活塞进行温度载荷和机械载荷作用下应力和变形的三维有限元分析。单元网格划分中采用了３１８６个节点、２２１０个８节点六面体等参元，将计算输出的各单元形心的六个应力分量换算为三个主应力分量，再选择合适的插值求得各节点的主应力分布。绘制各截面在温度和机械载荷作用下的变形图和三个主应力分量的等应力曲线图。为了评估计算的可靠性，还进行了沿活塞轴线方向的静力校核。

西龙池面板堆石坝应力变形三维有限元分析

分别采用邓肯E-B模型和沈珠江双屈服面模型模拟堆石坝体、利用线弹性模型模拟沥青混凝土面板进行有限元变形及应力计算分析,并对两种不同模型在竣工期和蓄水期坝体堆石和面板的应力变形规律进行了比较。结果表明,对外凸反拱曲线型面板堆石坝,邓肯模型计算的面板拉应力较大与实测不符,而弹塑性模型的计算结果则较合理。

打鼓滩水电站闸坝三维有限元变形应力分析

砂卵石层级配不均,透水性强,厚度变化较大,且河床中往往有砂层夹层分布,在这种地基上修建闸坝有必要进行渗流稳定与结构稳定的安全性分析。以坝址覆盖层为砂卵石层的打鼓滩水电站为例,采用D-P非线性本构模型,进行三维有限元数值模拟计算,重点研究了河床覆盖层上闸室与闸基在各典型工况下的应力及变形。计算得出,闸室变形量和不同坝段间的位移差较小,满足规范要求;闸室结构应力大部分表现为压应力,只在局部存在应力集中现象,但应力值在规范允许范围内,地基承载力和地基沉降也满足规范要求。

公伯峡面板堆石坝三维应力变形有限元分析

基于邓肯-张E-B模型,对公伯峡面板堆石坝进行了应力变形三维有限元仿真计算,获得了其竣工期及运行期的应力变形分布规律,并将运行期的计算结果与实测成果进行了对比分析,进一步探讨了公伯峡面板堆石坝运行期面板的应力变形特性,所得成果具有实际应用价值。