基于有限元分析的大理、丽江地区穿斗式木结构山架抗震性能

通过实地调查,分析了大理、丽江地区木结构榫卯结构的配置情况以及二者结构上的差异。为了研究二者的抗震性能与受力特性,通过有限元软件对两个地区的典型穿斗式木结构山架进行低周往复荷载模拟。结果表明:丽江地区穿斗式木结构山架抗震性能优于大理地区,两地木结构的薄弱点均在横向构件与纵向构件的榫卯节点处,榫卯节点的薄弱点位于榫头末端,二者的抗侧刚度均不高,易在水平荷载下倾斜。

个性化GYROID结构髁突假体:设计及有限元分析

背景:目前国内外制作的颞下颌关节假体在置换过程中需要依靠螺钉固定假体中的髁突部分,通过预留固位孔方便术中进行操作,但由于缺少个性化的颌骨设计,可能存在固位板与颌骨不贴合导致螺钉松动、脱位。因此,个性化髁突假体置换在修复颞下颌关节中具有重要的应用价值。目的:设计一种内部为GYROID结构的个性化髁突假体,用于下颌骨髁突的修复重建。方法:在Rhinoceros 7软件中选择GYROID结构,单胞为6 mm,设置壁厚分别为0.2,0.3,0.4,0.5,0.6,0.7,0.8 mm,利用有限元分析GYROID结构的力学性能。3D打印不同壁厚(0.2,0.3,0.4,0.5,0.6,0.7,0.8 mm)的GYROID结构实验试件,通过室温压缩实验检测试件的力学性能。通过有限元分析与室温压缩实验结果筛选符合下颌骨力学性能范围的一个壁厚值,对1名成年男性下颌骨CT数据进行逆向建模,设计内部为GYROID结构的髁突假体,采用有限元分析模拟髁突假体置换后牙尖交错颌位与对刃颌位的运动。结果与结论:(1)有限元分析与室温压缩实验结果显示,随着壁厚的增大,GYROID结构的弹性模量增大,其中壁厚0.5-0.7 mm GYROID结构的弹性模量位于下颌骨的弹性模量(1.5-4.0 GPa)范围内,因此选取壁厚值0.6 mm的6 mm单胞GYROID结构模型进行髁突假体的设计;(2)有限元分析结果显示,下颌骨模型的应力分布呈左右对称,两种咬合时的应力分布大致相同,应力峰值无较大差距,应力集中于髁突假体颈部,置换侧受力较健侧略大;内固定模型整体的最大等效应力为269.34 MPa,螺钉的最大等效应力为20.14 MPa,牙尖交错颌位时假体的等效应力和等效应变值均大于对刃颌位时,牙尖交错颌位时螺钉的等效应力和等效应变值均小于对刃颌位时;(3)结果显示个性化GYROID结构髁突假体的设计与固位效果良好,符合下颌骨力学传导。

个性化Gyroid结构髁突假体设计及对关节盘的有限元分析

背景:人工髁突假体置换作为治疗颞下颌关节疾病的手术方式之一,不仅要恢复形态和功能,还要保证长期稳定的应用。目的:设计个性化Gyroid结构髁突假体并进行有限元分析。方法:通过软件设计不同壁厚(250,350,450,550,650,750μm)的Gyroid结构试件,分别进行有限元模拟压缩实验,检测试件的弹性模量,筛选出与下颌骨松质骨弹性模量相匹配且孔径满足成骨条件的Gyroid结构壁厚区间,对此区间进行细分并利用3D打印技术制作Gyroid结构试件,进行万能试验机力学压缩实验,通过弹性模量与抗压强度筛选符合下颌骨力学性能、孔径更易成骨且强度较小的Gyroid结构壁厚,进行后续实验。设计下颌骨个性化Gyroid结构髁突假体三维模型,分别模拟模型在自然咬合状态下对刃颌位、牙尖交错位的有限元分析。结果与结论:①有限元分析结果显示,随着壁厚的增加,Gyroid结构试件的弹性模量升高,其中壁厚350,450,550,650,750μm Gyroid结构试件的弹性模量与下颌骨松质骨弹性模量相匹配,由于后续实验需细分组别且550,650,750μm壁厚组孔径(800-1000μm)在成骨范围内,故筛选出壁厚550,600,650,700,750μm Gyroid结构试件进行万能试验机力学压缩实验;②力学压缩实验结果显示,随着壁厚的增加,Gyroid结构试件的弹性模量与抗压强度升高,其中壁厚550,600,650μm Gyroid结构试件的弹性模量在下颌骨松质骨弹性模量范围内,最终选取壁厚650μm、孔径900μm进行下颌骨个性化Gyroid结构髁突假体三维模型构建;③下颌骨个性化Gyroid结构髁突假体三维模型有限元分析结果显示,对刃颌位关节盘应力主要集中在前中带下表面,牙尖交错位关节盘应力主要集中在下表面外侧,左右侧关节盘在对刃颌位、牙尖交错位的最大位移和等效应力相近,最大位移分别为0.031,0.030,0.028,0.018 mm,最大等效应力分别为2.87,2.30,2.73,1.71 MPa;④结果表明,壁厚650μm Gyroid结构符合下颌骨力学性能,降低了钛合金强度、减轻了个性化Gyroid结构髁突假体对关节盘的损伤。

基于有限元仿真技术的可分体落地电源车车厢结构力学性能分析

探讨了分体式电源车在现代社会中的重要性,强调其在为现代工业提供电力后勤保障中的关键作用。随着专用车行业的发展,电源车的设计正朝着高效、环保和智能化方向发展,其中可分体设计成为提升灵活性和维护便利性的创新方案。基于有限元仿真技术,分析了可分体落地电源车车厢的结构力学性能,旨在为电源车的设计优化和材料选择提供科学依据。通过有限元仿真技术评估了其在不同工况下的力学表现,提出了优化建议,推动电源车技术的进步与应用。研究结果将为电源车的创新发展提供理论支持和实践指导。

薄壁结构件毛坯去应力分析与铣削加工变形有限元模拟研究

薄壁件在航空航天领域应用广泛,其制造精度直接决定了装备的服役性能。然而,由于热处理的影响,导致薄壁件在加工之前存在残余应力。如果控制不当极易导致零件超差。因此,本文以7075铝合金板材为研究对象,分析了残余应力在板料淬火与预拉伸时产生的原理。进一步,采用有限元方法作为工具,对7075毛坯在淬火和预拉伸法过程中残余应力的产生进行了模拟。通过模拟发现,当毛坯件被拉伸约3%,塑性应变量约为2.4%时,淬火残余应力消除可达91.2%。在降低残余应力的基础上,本文建立了薄壁结构件铣削加工仿真模型,模拟了多因素耦合作用下的铣削加工变形,并通过铣削实验验证了仿真结果的正确性。

基于下卧隧道结构变形的有限元分析

为了研究基坑施工对下卧隧道结构变形的影响,本文以地铁5号线地下商业区项目为例,利用有限元三维模型,通过介绍施工顺序和分块施工的模拟结果,分析了两者对隧道结构变形的影响,研究结果表明:随着基坑分块尺寸的增大,隧道结构水平呈先减小后增大的趋势变形;当隧道两侧基坑同时施工有利于控制隧道结构的变形。

爆破作业下近接既有地铁结构振动与变形有限元分析

针对爆破作业对近接地铁的影响问题,以广州市新建地铁站为例,利用有限元分析法对爆破工况下的既有地铁变形及振动情况进行了分析。结果显示,基坑支护结构和地铁结构的模拟位移与实际位移误差均不超过7%,各断面的振动速度均在0.03 s左右达到最大,并且模拟振动速度与实际振动速度的误差不超过6%。模拟结果与实际值吻合度较高,可知浅孔台阶爆破作业方式对既有地铁的变形和振动影响较小。

某大型预应力渡槽结构应力变形有限元计算分析

渡槽作为常用输水建筑物在引调水、灌区建设工程中应用广泛。大型渡槽承受自身重量、满载水深、环境温度等荷载综合作用,结构设计及配筋验算较为复杂,目前尚未有针对渡槽的设计规范可循。以湖北某大型预应力渡槽为研究对象,采用有限元计算软件分析预应力渡槽在完建期和运行期不同工况组合下应力变形情况,验证预应力钢绞线布置合理性。计算结果表明:各工况下,槽身纵向均为压应力,且有一定预压余度,预应力钢绞线布置合理。基于有限元计算结果,对渡槽横向配筋进行验算,设计成果可供类似工程参考。

柔性连接填充墙RC框架结构非线性有限元分析

为了研究橡胶作为新型柔性连接材料对填充墙钢筋混凝土(RC)框架结构抗震性能的影响,在7榀1/2缩尺填充墙RC框架结构低周反复加载试验的基础上,采用DIANA有限元软件分析了填充墙与框架之间的连接方式、砌块材料、柔性连接材料以及砂浆强度对填充墙RC框架结构抗震性能的影响。结果表明:与刚性连接相比,以橡胶作为新型柔性连接材料,能减缓结构的强度和刚度退化,极大降低结构的破坏程度,显著提高结构的抗震性能;高弹性橡胶和高阻尼橡胶作为柔性连接材料均表现出优异的抗震性能,而聚苯板(EPS)作为柔性连接材料的抗震性能要比橡胶差;刚性连接方式下不同砌块材料对结构抗震性能影响很大,当使用强度较高的砌块材料时建议采用柔性连接方式以减弱墙-框相互作用;合理降低砂浆的强度等级,可以改变填充墙的破坏模式,对抗震有利。

隧道结构变形与受力特征的稳定性有限元分析

为了研究隧道结构变形与受力特征的稳定性,本文以四川某高速公路隧道施工为例,采用通用ANSYS11.0进行有限元模型搭建,通过建立的有限元模型,运用比较的方法对有无水压、排出与渗入、两种不同的断面以及不同的水压分布等内容比较,研究结果表明:水压力是造成水平和竖向位移的主要因素;水压分布不均匀是对隧道结构变形与受力特征的稳定性影响较大。

基于Python的平面杆系结构有限元分析

基于Python程序,将杆单元位移不连续、理想刚杆两种力学对象关联统一,开展平面杆系结构有限元模型分析,并实现一种基于“变量标记”的自由度集中处理的计算模式.基于虚功原理引入并推证刚体荷载传递定理,表明耦合单元、刚杆及忽略某一自由度的有限元内置算法处理过程中,实质是将单元刚度矩阵进行“刚化”处理.算例分析表明,“变量标记”的计算模式与单元刚度矩阵的“刚化”处理,具有力学模型的普适性和统一性、编程的可行性以及结果的可靠性等特点,能解决平面任意杆系结构的建模问题.研究结果表明,“主从结点”、“刚杆”等建模方法,对于进一步开展有限元二次开发、大变形以及非线性等功能性扩展等有重要的参加价值,证明将Python程序应用于结构有限元分析的可行性.

新型阶梯型节点悬臂段抗震性能试验及有限元分析

针对外伸悬臂式拼接全螺栓连接节点梁翼缘很难同时保证上下表面平齐与足够抗震性能的问题,提出一种新型阶梯型全螺栓连接梁柱节点。对两个不同端板连接面形式的悬臂型节点试件进行低周往复加载试验,通过对试件的破坏模式、滞回曲线、骨架曲线、承载力、延性及耗能能力等进行分析,考察该类型节点的抗震性能,并分析厚端板与U型卡扣连接形式对抗震性能的影响。结果表明:不同连接面形式对节点的弹性段性能影响较小,对节点最终破坏形式影响较大;厚端板阶梯型节点具有良好的承载性能和变形性能,U型卡扣节点抗震性能较差。并以厚端板试件为例进行有限元模型的建立与校核,通过有限元软件改变参数探究端板厚度对新型节点抗震性能的影响,发现随着端板厚度的降低,节点初始刚度、承载能力及耗能能力均随之降低。

全装配式钢结构楼板动力性能及舒适度有限元分析

针对全装配式楼板刚度偏低、舒适度不足的问题,优化设计一种已有的新型全装配式钢结构楼板;基于承载力和自振频率对该楼板的承重结构进行选型,并建立考虑构造体的全装配式钢结构楼板精细化有限元模型,采用有限元方法分析该楼板的动力性能,研究全装配式钢结构楼板特型波纹板厚度、高度和楼板跨度对楼板自振频率及加速度响应的影响。结果表明:优选的全装配式钢结构楼板特型波纹板具有较大承载力并可以满足楼板自振频率要求;增大全装配式钢结构楼板特型波纹板厚度、高度,减小楼板跨度,可以增大楼板的自振频率,减小峰值加速度,有效改善楼板的舒适度;全装配式钢结构楼板特型波纹板厚度宜选为1.5 mm,并得到常用全装配式钢结构楼板特型波纹板高度的适用楼板跨度范围。

基于有限元分析多件装夹夹具体结构设计研究

为了研究某汽车制动泵缸体件多件装夹夹具体结构刚性,利用UG软件建立多件装夹夹具体模型,通过ANSYS有限元分析比较无拉杆和有拉杆两种夹具体结构变形情况。结果表明,设置拉杆的夹具体结构变形比无拉杆的夹具体结构变形小,可有效地控制装夹变形量。基于此,设计一种对称式多件装夹夹具体,装夹时无需考虑夹具体变形量,只需关注被装夹工件的变形,简化了夹具体整体结构。在多件装夹夹具中,优先采用对称式夹具体结构设计,其次是拉杆式夹具体结构设计。研究结果可为企业设计多件装夹夹具体结构提供参考。

强夯起重机臂架结构有限元分析及优化

针对强夯起重机臂架实际工况下的应力集中、结构冗余等问题,以某新型强夯起重机为分析对象,采用UG NX及其Nastran模块建立三维模型,有限元分析计算确定多种工况载荷,得到强夯起重机在静载和动载荷作用下的位移和应力分布情况,确定应力集中和结构冗余部位,通过优化设计改善结构应力分布,减轻臂架质量并提高其力学性能。对起重和脱钩工况的优化结果表明,臂架最大应力和最大位移分别减少12.5%和6.99%,臂架质量减轻2.36%。

基于双DMD的红外场景投影仪的结构设计及有限元分析

红外场景投影仪能够模拟多种类型的目标与背景,对光电探测系统进行动态测试评估。为提高中波红外场景投影仪帧频速度和灰度等级,提出了一种基于双DMD (数字微反射器件)的设计方案。根据光学系统的特点及中波红外投影仪使用环境,对总体结构进行选型。根据投影仪的使用环境要求,对其进行有限元分析,结论表明力学性能满足指标要求。投影仪的测试结果表明此系统完全满足指标要求。Infrared scene projector can simulate multiple types of targets and backgrounds, which can evaluate dynamic test of photoelectric detection systems. In order to improve the frame rate and the grey level of the midwave (MWIR) scene projector, the design scheme based on dual-DMD (Digital micro-mirror device) is presented. The overall structure is selected according to the characteristic of optical system and operational environment of the midwave (MWIR) scene projector. The finite element analysis of the system is carried out according to operating environment requirements, which results show that the mechanical properties meet the specification. The results of the testing for the projector illustrate that the performances of the optical systems meet the specifications of the infrared scene projector.

矿用装载机工作装置有限元分析和结构优化

针对5t轮式矿用装载机工作装置,进行有限元分析和结构优化。应用SolidWorks软件建立与实际情况相同的三维模型,通过ANSYS软件对典型载荷工况下的静态结构进行分析,得到工作装置的总变形图和等效应力图,确认应力集中区域。对应力集中区域进行合理改进,实现工作装置的结构优化。研究结果可以作为矿用装载机工作装置设计和结构优化的依据,对工程机械的设计具有参考价值。

micro-CT和有限元分析技术在手舟骨研究中的应用进展

手舟骨是手部的重要骨骼之一,在临床上损伤频发且治疗具有一定难度。因此,深入研究手舟骨的微观结构和生物力学特征对了解其损伤机制和优化治疗方案至关重要。微计算机断层扫描(micro-CT)技术提供了高分辨率的骨组织成像,而有限元分析则能帮助模拟手舟骨在不同生理和病理状态下的应力分布和行为模式。通过micro-CT技术获取手舟骨的高分辨率三维图像,能够用于构建手舟骨真实解剖结构的有限元模型,从而实现对手舟骨力学性能的精确模拟。这两种先进技术的融合为揭示手舟骨的结构功能关系及其损伤机制提供了新视角。因此,本文回顾了手舟骨的解剖学特征及其在不同状态下的生物力学行为,并重点讨论了micro-CT和有限元分析技术在手舟骨研究中的具体应用及其优势,通过综述近几年来的研究成果,为手舟骨相关疾病的诊断、治疗及预防提供新的科学依据和方法。

菠菜播种收割一体机结构设计与有限元分析

针对现有菠菜收割机留根、铲根深浅不一以及播种机撒播效率低、线绳播种成本高等问题,通过理论计算和SolidWorks建模分析,设计了一种犁地深度可调、整株收割、定量等距播种的菠菜播种收割一体机。采用Simulation模块对优化的机架和犁进行有限元分析发现,机架的大部分最大应力点位于机架前端的输料口处,在制造时需提高此处的焊接质量;犁须选用耐腐蚀性好的材料以减少其在腐蚀性土壤环境中的损坏。通过综合比较和有限元分析发现,机架所受最大应力均小于玻璃钢屈服极限,若通过合理成型设计弥补玻璃钢的成形性差等问题,有望使其成为未来农机具中犁制造的优选材料。研究结果可为菠菜播种收割一体机设计和关键部件优化提供一定理论参考。

基于逆有限元法的三维壁板结构变形场重构

过约束状态下的结构内部转角不连续,会导致结构变形场难以准确重构。该文以飞行器进气道典型三维壁板结构为对象,开展超静定状态下结构变形场重构方法研究。将子区域划分与逆有限元法相结合,实现了基于实测应变数据的超静定结构全场变形重构。对静载工况下三维壁板结构开展变形场重构数值仿真研究,验证算法的可行性和重构精度;进一步开展了试验研究,实现了变载荷工况下基于实测应变的三维壁板结构全场变形重构,并利用实测位移数据验证重构变形场的精度。试验结果表明:位移测点处的重构位移值与实测位移值的相对误差在10%左右,结合子区域划分和逆有限元法的变形重构算法可以准确重构出过约束工况下三维壁板结构的全场变形。