轮胎有限元分析与优化系统

介绍轮胎有限元分析与优化系统(TYABAS),该软件系统借鉴轮胎专用分析软件系统(TYSYS)前处理思想和方法,可在AutoCAD环境下方便、快捷地对材料分布图进行网格划分,赋予单元材料属性以及对单元、节点的边界条件进行指定;主程序可调用多种专用、通用有限元分析软件;针对计算结果开发了骨架材料后处理软件(TRMA软件)和轮胎轮廓对比分析软件(CCAT软件),利用多种分析理论,可对不同设计方案进行有限元计算结果的优选。

核反应堆系统多维度多物理场耦合有限元分析研究

核反应堆系统庞杂且运行环境严苛,存在多物理场耦合的复杂现象。早期开发的多物理场耦合软件具有扩展性和通用性不足的缺点。因此,搭建多物理场耦合框架,针对耦合问题中的关键技术开展研究,对加快我国自主化多物理场耦合平台开发进程具有重要意义。本文介绍了西安交通大学核反应堆热工水力研究室开发的核反应堆多维度多物理场耦合有限元分析平台,主要包含热工流体计算模型的开发、燃料性能分析技术的研究以及多物理场耦合框架的建立等工作。在热工流体计算方面,开展了核反应堆系统两相流分析模型和液态金属快堆子通道分析模型研究,开发了系统分析程序NUSAC和子通道分析程序FLARE;在燃料性能分析技术方面,开展了包覆颗粒弥散燃料和板状燃料的性能分析研究,开发了针对多种燃料的燃料性能分析程序BEEs;在多物理场耦合分析方面,搭建了多物理场耦合框架,结合热工水力、中子物理和燃料性能分析程序,实现了核反应堆多物理场耦合的精细分析。本文搭建的核反应堆系统多维度多物理场耦合有限元分析平台可为核反应堆系统多维度多物理场耦合高保真数值模拟分析提供有力支持。

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SolidWorks的装载机专用轮胎拆装机械手有限元分析及优化设计

以5 t装载机23.5-25规格轮胎为研究对象,利用SolidWorks软件建立了轮胎拆装机械手初始三维模型,并通过SolidWorks Simulation对夹爪和悬臂部分进行负载模拟仿真与应力静态分析。依据有限元分析结果对机械手初始三维模型进行结构优化和可靠性验证,通过增加肋板和加强筋减小了悬臂端部的形变,避免了悬臂容易发生弯曲断裂的问题,同时兼顾了因机械手自重增加而导致的成本升高问题。经过优化的机械手三维模型具有经济性、安全性和可视性等优点,为有效预防机械手工作过程的失效及提高生产率提供了有益借鉴。

非解剖复位下股骨颈系统内固定治疗股骨颈骨折的有限元分析

背景:难复性股骨颈骨折很难获得解剖复位,作为一种新型内固定装置,目前关于股骨颈系统内固定治疗非解剖复位的股骨颈骨折尚是空白。目的:运用有限元分析方法,探讨股骨颈系统内固定治疗未能获得解剖复位的股骨颈骨折的生物力学稳定性。方法:收集一名健康女性成年人的髋关节CT数据,利用Mimics 21.0、Geomagic Wrap 2021和SolidWorks 2020制作Pauwels角分别为30°,50°和70°的解剖复位股骨颈骨折模型,将以上3个解剖复位模型的骨折近端沿骨折线向上移位2 mm,得到3个不同Pauwels角的阳性支撑模型;相反,得到3个阴性支撑模型。使用SolidWorks 2020制作股骨颈系统内固定,并与以上9个模型装配。使用Ansys 19.0软件进行有限元分析,记录2100 N应力下股骨和股骨颈系统的位移分布和最大位移、应力分布和最大应力。结果与结论:①Pauwels角为30°,50°,70°时,股骨颈系统最大应力均集中在螺栓与抗旋螺钉交界处,股骨最大应力集中在股骨内侧皮质,最大位移均分布于股骨头上部和股骨颈系统顶端;②Pauwels角为30°,50°时,股骨颈系统和股骨的最大位移和最大应力情况均为阴性支撑>解剖复位>阳性支撑;③Pauwels角为70°时,股骨颈系统的最大位移和最大应力情况为阴性支撑>解剖复位>阳性支撑;股骨的最大位移和最大应力情况为阴性支撑>阳性支撑>解剖复位;④随着Pauwels角的增大,阳性支撑的生物力学优势在减弱,但均优于阴性支撑;当Pauwels角为30°时,阳性支撑比解剖复位更稳定;当Pauwels角为50°时,阳性支撑与解剖复位的生物力学差异变得更小;当Pauwels角为70°时,解剖复位的稳定性略优于阳性支撑;⑤提示股骨颈骨折在术中若难以达到解剖复位,但已实现移位2 mm以内的阳性支撑,应用股骨颈系统内固定可以得到稳定的力学固定,但是需要避免阴性支撑复位。

旋转防喷器外壳体的有限元分析与优化设计

针对国外生产的一款旋转防喷器,使用三维造型软件中望3D建立该型号旋转防喷器的三维实体模型;将底座外壳体三维实体模型导入ANSYS软件中,通过有限元分析,求解出了外壳体的应力强度分布情况,设定两条路径分别进行等效线性化,获得了两条路径上的一次整体薄膜应力、一次局部薄膜应力、一次弯曲应力、二次应力和峰值应力,校核了旋转防喷器底座外壳体的强度;通过ANSYS WorkBench仿真平台对底座外壳体进行了优化设计,获得了底座外壳体的优化参数。

股骨颈动力交叉钉系统(FNS)的临床疗效观察及有限元分析

目的:探讨股骨颈动力交叉钉系统(FNS)的有限元分析及其治疗股骨颈骨折(FNF)的临床疗效。方法:选择自2021.12~2022.12在青岛市市立医院接受内固定治疗的年轻股骨颈骨折患者60例,以手术方式进行分组,空心加压螺钉(CCS)组30例接受CCS固定治疗,FNS组30例接受FNS固定治疗。观察两组患者围手术期相关指标,术后采用X线摄片、髋关节CT评估骨折愈合及股骨头是否出现缺血坏死,采用髋关节功能Harris评分对术后临床功能疗效进行评估。利用Solid Works建立股骨颈模型,Ansys workbench软件模拟并分析FNS固定股骨颈骨折的受力情况及特点,通过上述有限元分析技术探究FNS在治疗股骨颈骨折时的力学机制。结果:1) 两组患者性别、年龄、BMI水平、受伤致手术时间等基本资料比较,无统计学意义(P > 0.05);而FNS组患者术前术后血红蛋白差值、手术时间、透视次数、失血量、切口长度等指标均低于CCS组,有统计学意义(P < 0.05)。2) FNS组患者的骨折愈合时间及术后6个月复诊时Harris评分均优于CCS组,有统计学意义(P < 0.05)。3) FNS组患者术后并发症发生率6.67%、低于CCS组患者并发症22.22%,有统计学意义(P < 0.05)。4) FNS组件在杨氏模量、泊松比、体积模量、剪切模量、拉伸屈服强度、拉伸极限强度等力学指标的分析研究中,各项性能均优于股骨。结论:1) 对于年轻股骨颈骨折患者使用CCS与FNS内固定手术治疗,结果分析表明FNS内固定治疗更符合微创理念,手术创伤更小,减少透视次数,操作简单,有助于术后快速康复。2) FNS内固定手术可以降低患者术后并发症的发生。3) FNS固定治疗对恢复患者髋关节功能作用更为显著,可早期功能锻炼,可更好提高患者生活质量。4) FNS内固定材料可以满足人体功能需求,可以作为一种可靠的内固定方式供临床选择。

轻量化三七移栽机车架有限元分析及拓扑优化设计

三七是我国种植规模最大,开发利用较多的大宗药材之一,而云南省作为我国三七主要的产区,由于地形和农艺要求的影响,传统农业机具难以进入移栽区域进行作业,导致目前三七移栽仍采用传统人工作业方式,为此,研制一款三七移栽机对于促进三七产业化发展尤为重要。车架作为移栽机车身重要的承载结构,对整车性能的优劣有着至关重要的影响。为此,针对移栽机车架进行结构分析,旨在提升车架结构及整车的性能,为车架结构设计提供理论依据。利用SolidWorks软件建立车架三维模型,并导入ANSYS软件中进行静态有限元分析,通过静态电测试验确定有限元分析的应力值和试验真实应力值的相对误差范围后,对不同工况下车架动载性能进行分析以及前8阶模态振动变形分析,基于分析结果可知车架具有良好强度性能,但座椅位置存在较大变形,结构的刚度不足的问题。采用拓扑优化对车架进行优化设计,在保证车架应力分布合理的情况下减少车架变形情况通过改变斜撑支架结构布置实现减小变形的目的。根据优化设计结果,使车架总质量增加8.739%,变形量减小88.268%,最大应力减小11.693%。改进后的车架最大应力有所降低,并且车架变形有何明显改善,研究表明通过有限元法以及拓扑优化技术对于指导移栽机车架的结构设计具有较好的适用性。

MSS50移动模架吊挂系统有限元分析

利用ANSYS有限元分析软件,分别建立移动模架吊挂系统合模和开模工况下的有限元模型,研究吊挂系统在静载和过孔工况下的应力分布和变形情况,为确保其在施工状态下结构的安全可靠性,需校核移动模架吊挂系统最大受力工况下的结构强度、刚度及屈曲稳定性。有限元分析结果表明:移动模架吊挂系统满足强度、刚度及屈曲稳定性要求,研究成果可为移动模架的设计与安全施工提供参考。

大型多出料口钢筒仓有限元分析及结构优化设计

大型多出料口钢筒仓采用圆转方下料的结构设计优化对其结构的影响较大。文中在大型多出料口钢筒仓传统设计方案的基础上,首先,采用Midas gen有限元软件建立两种工况下的模型,然后对圆转方下料的结构设计进行分析计算,根据分析结果,结合实际工程中,在圆转方位置开设检修孔及掏灰孔,最后,提出合理的钢筒仓开洞补强构造措施,研究成果可为类似工程中钢筒仓结构设计提供一定的参考。

基于时间有限元的非线性系统周期响应求解及稳定性分析

非线性现象广泛存在于结构分析之中,获取非线性系统的周期响应对分析结构的频响特征、分岔与稳定特性至关重要。为此,一种基于时间有限元的非线性系统周期响应求解方法被提出。该方法在伽辽金时间有限元法的基础上,引入周期边界条件,并结合牛顿迭代法进行求解。该方法的优势在于:能够简单地处理非光滑周期荷载(如阶跃或冲击周期荷载);能够直接根据时间有限元的系统矩阵计算传递矩阵和Floquet乘子,进而判定周期解的稳定性。最后,通过数值算例验证了所提时间有限元在非线性系统周期响应求解及稳定性分析中的正确性、收敛性以及精度。

斗轮堆取料机俯仰结构的有限元分析及优化设计

该文主要探究斗轮堆取料机俯仰结构有限元模型的构建过程、静力分析和优化设计。该文首先使用UG软件构建俯仰结构模型,然后使用HyperMesh软件对该模型进行几何清理与网格划分。在此基础上,设计俯仰结构有限元分析方案,在施加载荷与边界处理后展开静力分析。结果表明,斗轮堆取料机俯仰结构的等效应力远低于容许应力,结构强度达标。随后选取俯仰结构的前臂架,Ansys软件中的Design Explorer模块展开优化设计,将重量作为优化目标。在不改变前臂架最大等效应力的前提下,前臂架的重量从原来的21767 kg变为18240 kg,重量减幅达到16.2%,优化效果明显。

储罐双层底板的结构优化及有限元分析

近年来石油泄漏事故时有发生,引起泄漏的最主要原因之一,就是储罐的底板腐蚀。目前的大型储罐底板多为单层,容易被腐蚀产生缺陷而导致泄漏,为此本文提出了一种基于单层底板的双层底板结构。采用有限元软件,对单层底板储罐和双层底板储罐进行了受力分析,结果表明,在相同的约束条件下,双层底板储罐的受力性能良好,受到的最大等效应力相比单层底板储罐减小了31.6%。具有不同底板结构的2台储罐,其最大等效应力均出现在罐底边缘板与第一层壁板组对安装的大角焊缝位置,其中,双层底板储罐的最大等效应力,产生在大角焊缝的壁板一侧,单层底板储罐的最大等效应力,产生在大角焊缝的底板一侧。

基于有限元分析的压力容器优化设计

压力容器作为化工、石油、天然气等工业领域的关键设备,其设计和性能优化对于确保工程安全性至关重要。有限元分析作为一种数值模拟技术,能够模拟容器内部的应力、变形和温度分布等参数,为优化设计提供了有效的工具。本文对压力容器进行了一定论述,明确其类型、工作原理以及设计的关键点等,在此基础上,进一步探讨了基于有限元分析的压力容器的优化设计步骤,主要包括:初始设计和材料选择、几何参数的优化以及约束条件和性能指标的确定等,有助于推动有限元分析在压力容器优化设计中应用的不断深入,进而为压力容器整体性能的不断提高提供技术支持。

ZF3700/16/26型液压支架底座的有限元分析及优化研究

利用SolidWorks和ANSYS Workbench软件建立泰山隆安煤业ZF3700/16/26型液压支架底座的有限元模型,通过分析发现最大应力和最大位移变形分别为515 MPa和4.14 mm,对应的安全系数只有1.07,存在安全隐患。针对这一问题,以过桥宽度、柱窝高度和耳板厚度为优化对象,开展优化改进工作,优化后的最大应力和最大位移变形分别降低29.4%和21.01%,安全系数提升至1.51。将优化后的底座应用到泰山隆安煤业工程实践中,经6个月时间的现场应用,达到了预期效果,使用寿命预计可延长15%左右,可以为企业创造良好的安全效益和经济效益。

SCR脱硝系统的烟道及支架有限元分析

本文为设计某SCR脱硝系统项目中的烟道及支架,利用有限元分析软件ABAQUS及Midas-Gen钢结构分析软件,建立了烟道模型及钢支架模型。通过分析高温烟道的应力、变形及热膨胀位移等结果,确定了合理的烟道布筋方案和支撑限位方案,并且提取了最恶劣工况下高温烟道对钢支架产生的支反力,进而将支反力添加于钢支架模型进行分析,使计算结果更接近现实,并对钢支架的稳定性、应力及变形结果进行了分析,为高温烟道及其支架的设计提供了理论参考及计算思路。

基于有限元的压缩式垃圾车填装器仿真分析及优化

压缩式垃圾车填装器通过轴销连接悬挂在车厢后部,通过刮板的摆动、滑板的直线拉动、举升油缸的驱动等机构的协同运动,完成垃圾的收集和卸载。对极限工况下的填装器做了有限元分析,根据分析结果,优化了导轨结构,再对优化后的填装器结构进行有限元分析。通过云图对两个导轨方案的分析结果对比得出:优化改进后的导轨整体位移变化和所受最大应力减小,提高了填装器的整体强度,保证了填装器整体强度符合使用要求。

10米风杆优化设计及有限元分析

风是气象观测要素之一,根据中国气象局业务观测规范要求,需要测量10 m高度处的风速风向,因此在地面自动气象站中,10米风杆是常用的安装部件。文章在对原10米风杆现场测试失效原因分析的基础上,采用优化设计及系统设计等方法,从基础结构、杆体结构、材质选择等方面进行了改进,通过有限元分析的方法对风杆进行受力和变形量的计算分析,结果表明优化后的风杆具有更高的稳定性、可靠性及经济性。

基于有限元分析的电驱动商用车减速器壳体优化设计

随着汽车电动化的进程日益加快,电驱动城市物流商用车已成为了市场上一个重要车型。作为城市物流车的核心零部件,减速器的性能稳定变得至关重要。而减速器壳体在减速器运行中起到支撑保护功能,会受到多种重力负荷的作用。在面对电驱动状态下出现的复杂转速及扭矩工况时,往往会出现减速器壳体因应力集中受损、轴承因润滑不足烧蚀等多种问题。减速器壳体的结构设计直接影响到减速器总成的整体性能与可靠性。本文主要采用Masta、Particleworks软件,对电驱动商用车的减速器壳体进行有限元分析及结构优化设计。并搭载后桥总成进行台架试验验证。结果证明,所优化设计的减速器壳体符合相关汽车行业标准及实际应用需求。通过这一实用方法,提高了减速器壳体的强度、刚度及减速器总成轴承润滑能力。为电驱动商用车的高效、稳定运行提供了保障。也为后续电驱动后桥总成零部件开发及优化设计提供了思路。

不同钉棒内固定方式在腰椎侧路融合中的有限元力学分析

背景:考虑到脊柱固定的稳定性,目前临床在进行侧路椎间融合时大多采用后路双边椎弓根螺钉固定的手术方式,且多数为两期手术完成。侧卧位的后路单侧、侧方椎体钉棒固定的固定方式,也有可能会提供较好的力学稳定性,所带来的手术时间缩短、风险与花费降低等获益考量值得进一步研究。目的:比较4种不同侧路椎间融合内固定方式的生物力学特性。方法:建立正常L3-5有限元模型,在验证其有效性基础上模拟4种不同内固定方式,即后路双侧椎弓根螺钉+侧路融合模型(Model A)、后路单侧椎弓根螺钉+侧路融合模型(Model B)、侧路双侧螺钉+侧路融合模型(Model C)及侧路单侧螺钉+侧路融合模型(Model D)。分别比较各模型在生理活动范围下的稳定性、螺钉内固定和椎间融合器的应力差异。结果与结论:①对所有重构模型,在融合节段(L4-5)的活动范围均显著下降,Model A的活动范围下降更明显;②在模型的屈伸、侧屈和轴向旋转运动状态,侧路置钉的峰值应力与后路置钉的峰值应力的差异分别超过67.74 MPa、80.10 MPa和43.95 MPa;③在不同重建模型内固定应力分布方面,Model A和Model B螺钉的应力分布主要集中在椎弓根螺钉的体部,而Model C和Model D的峰值应力主要集中在螺钉的尾部;④提示Model A能够获得最好的稳定性,并且能够降低cage下沉及移位的风险;而Model B亦能够提供较好的稳定性,在保证稳定和固定的前提下能成为侧路融合的替代选择;⑤此外在选择侧路置钉的内固定时,Model C能获得与Model D相似的效果,但在临床诊疗上面对腰椎后伸不稳定的患者需谨慎选择侧路的单侧内固定,亦应避免过度后伸以降低螺钉松动和疲劳断裂的发生率。