全膝关节置换术中不同关节线高度对髌股关节接触压强的影响

目的:探讨全膝关节置换(TKA)术中不同关节线高度对髌股关节接触压强的影响。方法:取7个关节结构正常、关节软骨完整的正常中国成人的新鲜冷冻尸体膝关节,将标本固定到8501型Instron生物力学测试机上,垂直加载负荷30 kg,改变股四头肌肌腱上的拉力使标本获得平衡,用压敏片测量髌股关节之间的峰值压强。人工膝关节置换术后,测量髌股关节之间的峰值压强;增加股骨侧的截骨量(每次为2 mm,即关节线分别为0、+2、+4、+6 mm),并将胫骨平台作相应的垫高,再次测量髌股关节之间的峰值压强。结果:TKA术后,膝关节屈曲60°、90°和120°时,关节线高度为+4、+6 mm时的外侧髌股关节峰值压强显著高于关节线高度为0、+2 mm时的峰值压强(P<0.05);膝关节屈曲30°、60°、90°和120°时,关节线高度为+6 mm时的内侧髌股关节峰值压强显著高于关节线高度为0、+2、+4 mm时的峰值压强(P<0.05)。结论:全膝关节置换术中,关节线的高度抬高超过4 mm以上就会进一步导致髌股关节的峰值压强增高。TKA术中,应该尽量将关节线的变化控制在4 mm之内。

抛光垫提高化学机械抛光接触压强分布均匀性研究

为了改善单晶硅片化学机械抛光(CMP)接触压强分布的均匀性和实现高平坦化抛光,基于弹性力学的"Winkler地基"理论提出了一个新的CMP接触模型。依据此模型,从葵花籽粒分布的结构特征出发对抛光垫进行了分割,计算分析了分割参数对接触压强分布的影响规律,并实验验证了分割参数对硅片抛光平面度轮廓的影响规律。研究结果表明:当分割参数为顺时针0.008～0.009 mm,逆时针为0.005～0.006 mm时,抛光接触压强分布较为均匀,并使得被抛光晶片的平面度得到改善。

化学机械抛光中背垫对硅片表面接触压强分布及宏观表面形貌的影响

为了获得单晶硅片化学机械抛光过程中背垫对接触压强分布的影响规律,建立了有背垫抛光过程的接触力学模型和边界条件,利用有限元方法进行了有背垫时的接触压强分布的计算与分析,并利用抛光实验对计算结果进行了验证,获得了硅片与抛光垫的接触表面压强分布形态,以及背垫的物理参数对压强分布的影响规律。结果表明,在有背垫时接触压强的分布仍存在不均匀性,而且在硅片外径邻域内接触压强最大,这导致了被加工硅片产生平面度误差与塌边。增加背垫的弹性模量和泊松比,可以改善接触表面压强分布均匀性,使硅片有效区域的平面度形貌变得更好。

PVA固结磨具研磨硬磁盘基片的接触压强分布

目的为了获得铝质硬磁盘基片研磨过程中的接触压强分布对基片平面度的影响规律.方法建立了铝质硬磁盘基片使用PVA固结模料磨具研磨过程的接触力学模型和边界条件.利用有限元的方法对接触压强分布进行了计算和分析,并利用研磨实验对计算获得结果进行了验证.结果获得了研磨过程的磁盘基片与PVA磨具间的接触表面压强分布形态,以及PVA固结磨具的几何和物理参数对压强分布的影响规律,确定了接触压强分布形态是产生磁盘基片平面度误差的重要因素之一.结论接触压强的分布是不均匀,在基片的内径和外径邻域内接触压强增大,导致材料去除率增大,使被加工基片产生平面度误差.选择合理地PVA磨块弹性模量与较小的PVA磨块厚度,可以接触表面压强场分布趋向均匀,从而改善磁盘有效区域的平面度.

砂带磨削接触压强模型分析与实验

为验证赫兹接触模型在砂带磨削中应用的准确性,利用ABAQUS软件建立砂带磨削接触有限元模型,分析厚度比、橡胶硬度、接触压力和工件的曲率半径等因素对接触压强和接触参数的影响,以橡胶接触轮与平面和曲面工件的接触实验验证模型的合理性。分析和实验结果表明:忽略影响较小的因素,砂带磨削接触状态基本符合赫兹接触理论。当圆柱接触轮与曲面工件接触时,接触应力分布呈半椭球型,有限元分析与实验结果验证其准确性;当厚度比为20%,橡胶的肖氏硬度为70 HS时,橡胶接触轮的力学性能与赫兹接触理论误差最小。

硅片抛光的接触压强分布与宏观形貌创成机理

为了获得单晶硅片化学机械抛光过程中的接触压强分布及其对基片平面度的影响规律,从化学机械抛光的实际出发,建立了抛光过程的接触力学模型和数学模型.利用有限元方法对接触压强分布进行了计算和分析,并利用抛光实验对计算结果进行了验证;获得了化学机械抛光过程硅片与抛光垫之间的接触表面压强分布形态,以及抛光垫的物理参数对压强分布的影响规律,确定了接触压强分布形态和硅片平面度误差的关系.结果表明,接触压强的分布是不均匀的,而且在硅片外径邻域内接触压强最大,从而导致被加工硅片产生平面度误差和塌边现象.合理地选择抛光垫的弹性模量和泊松比,可以改善接触表面压强分布的均匀性,从而使硅片有效区域的平面度变得更好.

实验室摩擦和磨耗试验胶轮与路面间静态接触压强测试方法的开发

开发一种实验室摩擦和磨耗试验机在不同负荷下胶轮与路面间静态接触压强的测试方法。该方法设计一套可以装在万能材料试验机上的夹具,其适用于阿克隆磨耗试验机、兰伯恩磨耗试验机和RTM综合摩擦试验机等的胶轮与路面。测试过程如下:用上夹具固定试验胶轮,下夹具固定试验机的路面轮;在路面放置坐标纸,在胶轮与路面的接触部位涂上印泥,开启试验机,以一定负荷将胶轮压到路面上,在坐标纸上得到胶轮的接地印痕;利用显微镜测试印痕面积,通过负荷和印痕面积比得到胶轮与路面间在一定负荷下的静态接触压强。该方法适用范围广,可为实验室模拟轮胎行驶摩擦试验参数的设置提供重要指导。

管材脉动液压成形时接触压强与液体压强关系的研究

采用商业有限元软件ABAQUS,建立了管材液压成形有限元模型,分别在非脉动和脉动液压加载下对管材液压成形过程进行了有限元仿真,并通过试验对有限元模型进行了验证。研究结果表明:在不同脉动液压振幅和频率加载下,接触压强均小于液体压强,而且随着管材的胀形,接触压强逐渐接近液体压强,当胀形结束时,接触压强与液体压强的差值为20%左右;脉动液压振幅越大及频率越高,则接触压强波动也越大;脉动液压振幅越大,接触压强越接近液体压强,但在脉动液压频率大小合适时,接触压强最接近液体压强。

基于VC++的阶梯过盈套接触面压强的计算

在实际生产过程中,根据阶梯过盈套等参数来计算接触面压强的过程往往是比较繁琐的,这经常会导致工程效率较低,为了提高实际工程中过盈接触面压强的计算效率,提出了利用VC++实现基于高速高精度数控机床电主轴的阶梯过盈套接触面压强计算的方法,首先利用VC开发工具建立图形用户界面软件,然后在软件的对话框中可以根据已知参数作为输入条件,最后可以方便的得到所需接触面压强的值,省去了实际工程中计算的麻烦,提高了工程中阶梯过盈套参数的计算速度,提高了工程效率。

基于辊弯成形法向接触压强的板材变形机理

针对在辊弯成形过程中法向接触压强的分布及对板材变形的影响,搭建辊弯成形力能参数实验平台测量成形力、成形力矩等参数.建立ABAQUS有限元仿真模型提取成形过程中的法向接触压强,并提出一种在实验过程中测量法向接触压强的方法,验证仿真的准确性.结果表明：实验和仿真关于板材在上下表面法向接触压强分布相符合,且接触压强相对误差较小,仿真可以用来模拟实际工况中的法向接触压强值.通过仿真分析得出：上表面法向接触压强分布在弯角及弯角附近;下表面法向接触压强分布在立边边部、立边中部以及靠近弯角腹板处.

基于ANSYS Workbench的O形橡胶密封圈有限元分析

为了研究O形橡胶密封圈(以下简称O形圈)的压缩率与接触压强的关系,首先通过ANSYS Workbench有限元分析软件对装置结构进行必要的模型简化,其次进行关键的边界条件设置及载荷的施加等操作,最后完成非线性静态有限元分析。采用后处理分析技术,得到该装置结构的变形量及von Mises应力分布图。结合实际工况,分析螺栓预紧力、O形圈压缩率及接触压强之间的关系,保证介质(含压气体或液体)密封的接触压强满足工况需求,确保介质密封的有效性和可靠性。

护环对硅片抛光表面压强分布和轮廓的影响

为了获得单晶硅片化学机械抛光过程中护环对接触压强分布的影响规律，从有护环化学机械抛光实际出发，建立了抛光过程的接触力学模型和边界条件，利用有限元法对有护环抛光接触状态时的接触压强分布进行了计算和分析，并利用抛光实验对计算获得结果进行了验证。获得了硅片与抛光垫间的接触表面压强分布形态，以及护环几何参数对压强分布的影响规律。确定了护环抛光接触压强的分布也存在不均匀性，而且在硅片外径邻域内接触压强最大，并导致被加工硅片产生平面度误差和塌边。结果表明，当选择护环与硅片的间隙为0，负载比为2．5～3．5，以及适当的护环宽度时，可以改善接触压强分布的均匀性。

斜面60°光纤透镜抛光接触状态的分析

为了掌握光纤透镜抛光接触状态,依据接触力学理论,建立了60o斜面光纤透镜抛光时的接触力学模型;应用ANSYS接触分析技术和MATLAB数据图视功能,对光纤透镜抛光过程中光纤加工端与抛光垫的接触状态进行了分析。结果表明:补偿角α、光纤夹持伸出长度l和抛光垫弹性模量E2不仅影响到光纤透镜抛光接触区域的接触形式,也同时影响接触压强的分布状态;外加位移载荷z对接触形式影响不大,但对接触压强分布影响较大。

基于ABAQUS螺栓接头的接触有限元分析

螺栓接头是一种广泛应用的管道连接方式。工程实践证明,法兰强度的破坏极为罕见,而泄漏则是连接失效的主要形式,因此法兰的密封性能成为研究的重点。采用接触有限元方法,计算了螺栓、法兰和垫片三者之间的相互作用,给出了法兰和垫片间接触压强的分布规律,指出了考虑法兰接头密封时管道内压是一个不可忽略的计算因素,验证了螺栓之间的区域为密封的薄弱环节。对有效和准确的评价法兰接头的密封性能,改进法兰接头结构设计,提供了重要的参考。

超声波线焊的两维非接触有限元分析

在超声波线焊中,虽然金线和焊接平台间的接触界面较大,但实验显示,焊接部位只发生在接触截面的周边,这是一种特别的焊接界面形态和超声波线焊的机理。本文采用弹塑性、大变形的非线性有限元方法,模拟了超声波线焊的过程,分析了接触界面的接触压强分布,发现不均匀的接触压强分布是导致这种焊点形态的主要原因。这种不均匀的焊点形态也将影响对压碶按压力作用的理解,过高的压碶按压力并不一定有助于超声波线焊。

基于平均压强一致性原则的大尺寸气囊工具头优化设计

根据超大口径光学元件的加工需求,设计一种适应1~2 m口径光学元件抛光的气囊工具头.建立了气囊工具头受载的有限元仿真模型,并以常用的球冠半径为80 mm的气囊工具头的静态加载实验验证了仿真模型的可靠性.基于平均压强一致性原则和仿真模型设计了球冠半径为320 mm的大尺寸气囊工具头,优化设计得到球冠内外橡胶层厚度分别为3和6 mm,中间金属层厚度为1.2 mm的气囊工具头结构.仿真得到其适应的下压量范围为2.4~3.2 mm,在2.5 mm的下压量时得到2025 N的抛光正向力,接触压强呈类高斯型,最大值达0.830 MPa,分布半径达40 mm.在理论上验证了其结构合理性与适应性.

闭锁间隙对回转闭锁接触应力影响数值仿真分析

建立了自动机机头和节套在闭锁阶段的有限元模型,并在模型中引入了实际可能存在的接触和闭锁间隙,通过非线性瞬态有限元软件进行数值计算,获取了机头和节套闭锁面在不同闭锁间隙碰撞下的Von-Mises等效应力云图,分析了闭锁间隙对闭锁面接触应力的影响,并引入接触面压强波动系数和波幅反映了接触应力值波动随闭锁间隙变化的规律,仿真结果可为闭锁机构的强度设计和工作特性分析提供一定依据。

柔性管卷管式铺管上卷有限元模拟

采用卷管法进行海底管道铺设过程中,管道首先通过牵引作用上卷于卷筒进行储存。管道与卷筒发生非线性接触,可能会产生复杂的塑性变形和局部屈曲。通过全尺寸柔性管力学性能试验获得柔性管轴力—应变以及弯曲—曲率等非线性力学性能关系,将试验所得的非线性材料性能参数导入建立的两种柔性管上卷ABAQUS有限元模型(梁—实体单元模型与壳和桁架—实体单元模型),实现柔性管较大轴向抗拉刚度和较小抗弯刚度的同步模拟以及管道与卷筒的非线性接触响应特征。通过对比分析两种有限元模型数值模拟得到的管道弯矩、弯曲曲率、管道轴力、管道与卷筒的接触压强等数据,发现在管道上卷过程中管道沿副法线方向的SM3弯矩占据其弯曲变形主导地位;管道与卷筒之间的摩擦效应对于管道轴力的影响较为显著;管道与卷筒的最大接触压强主要发生在卷管过渡段区域。

大功率PEMFC装配建模及应力状态分析

大功率质子交换膜燃料电池(PEMFC)由数百个部件层叠装配而成,特征尺度跨度大、接触界面多,难以高效准确预测内部应力分布状态。提出大功率PEMFC电堆装配等效模型,通过交替堆叠10只电池等效体和全尺寸单体电池,实现超400只电堆反应区和密封区应力分布的高效计算。与实验相比,等效模型的预测误差为5.17%。等效模型计算发现,受端板变形的影响,靠近端板的单体电池内部接触压力均匀性较差;当靠近堆心时,单体电池接触压力均匀性提升,反应区压力变大,密封区压力变小。增加端板弹性模量和流道脊槽比,可提升单体电池内部压力均匀性及电池间的应力一致性。

电磁发射用一体化C形电枢的结构设计

为对电磁发射用一体电枢结构进行合理的设计,选取C形一体电枢的部分结构参数作为研究目标,通过对电枢进行建模仿真,对一体电枢的结构参数变化对其电流密度分布、与轨道接触面上的接触压强分布进行了计算,并通过对比获得了部分结构参数变化对电流密度和接触压强分布的影响规律。电枢的两翼厚度和头部厚度对通过电枢的电流密度和电枢上产生焦耳热分布的最大值区域有明显影响,而长度增加对这些特性分布的幅值和位置影响不大。30mm尾翼长的模型中,接触压强较大的主要范围为其后半部分,与实验结果比较一致。设计制作了不同结构的铝合金电枢,进行发射实验,并测量通过电枢的发射电流、观测发射后的电枢轨道接触面状况。发射实验结果显示,加长电枢两翼长度,可以一定程度的扩大电枢-轨道良好接触区域的面积,头部厚度7mm的铝电枢在20mm口径的发射装置中可以满足通流250kA以上不至于产生物理破坏。通过对计算和实验结果的分析比较,提出进一步工作展开的方向应为将数值计算和实验现象建立直观的联系。