杜邦纸在包装袋设计中的材料属性

杜邦纸,是杜邦公司生产的纸质材料,共有两种不同的材质。一种是高密度聚乙烯材料,为Tyvek,是一种结合纸张、薄膜、织布等特质于一身的材料;另一种是间位芳纶纤维材料,为Nomex,是一种绝缘材料,被广泛运用于电气设备和电子领域。一般制作包装袋使用的杜邦纸材质为Tyvek,这种材质在日常生活中应用范围较广,且具有防水、防螨、坚固、抗撕扯、环保、可回收、质轻、适合多种工艺加工等优点。

股骨有限元分析赋材料属性的方法

将12侧股骨上段标本进行高速CT薄层扫描,在Mimics10.0中进行三维重建,在Ansys中进行体网格划分。对照组在Mimics10.0中根据灰度值将三维模型材料属性分为2种(密质骨及松质骨);试验组材料属性等分为10,20,50,100,200,400种后赋予材料属性,在Ansys中进行力学分析并采集三维模型全部单元力学测量数值;对分析数据进行统计学处理。结果显示,12侧股骨上段标本均成功进行有限元分析。标本1,5,6,7,9,10的对照组与各试验组差异均有显著性意义(P<0.05),标本2,3,4,8,11,12的对照组与试验组差异均无显著性意义(P>0.05)。各试验组之间差异均无显著性意义(P>0.89)。结果提示,传统方法将骨骼分成密质骨及松质骨2种材料属性,不能满足个性化骨骼有限元分析的要求,将骨骼赋予10种材料属性即可达到有限元分析的要求。

基于CT图像的长管骨有限元材料属性研究及实验验证

目的探讨经酒精处理的新鲜人体长管骨个性化材料属性定义的方法,以及骨骼材料数目对有限元结果的影响。方法利用断层扫描CT图片,在Mimics中建立股骨干三维实体模型,然后导入Hypermesh中分割成皮质骨、松质骨以及骨髓;根据相关经验公式分别赋于皮质骨和松质骨的材料参数,设置5组材料数目的不同仿真组;在Abaqus中进行线弹性阶段的压缩实验仿真,并进行体外验证实验。结果端部位移在0～1 mm时,松质骨材料数目为1种,皮质骨材料数目大于10种的整体力-位移有限元仿真结果与实测数据平均相对误差在10%左右;骨干的测量点变形量的有限元结果与实测数据相对误差为14.6%。在小位移下0～0.5 mm时1,种皮质骨材料的整体力-位移的仿真结果与实测数据误差为2.83%。结论 (1)利用CT图片灰度值,可以精确定义骨骼各成份的材料属性;(2)皮质骨材料数目设定对有限元仿真结果影响较大,将皮质骨设定10种即可满足有限元分析需要;(3)小变形时,1种材料的皮质骨就能满足分析要求。

股骨颈有限元分析的赋材料属性方法探讨及有效性验证

背景:作者前期实验通过理论推导的方式,认为将骨骼材料属性分为10种即可达到有限元分析的要求,其结论是否与真实相符,有待于与体外力学实验结果进行对比验证。目的:对12侧股骨上段标本进行有限元分析,并与体外力学试验结果对比验证,以探讨骨骼合理的赋材料属性方法。方法:将12侧股骨上段标本进行高速CT薄层扫描,在Mimics中进行三维重建,在Ansys中进行体网格划分。有限元分析组在Mimics中根据灰度值将三维模型材料属性分为2种(密质骨及松质骨)、10,50,100,200,400种后赋予材料属性,在Ansys中进行力学分析并采集股骨颈表面节点力学数值。体外力学实验组将12侧股骨上段标本进行压缩实验,采集与有限元分析组相同的测试点力学数据。结果与结论:单因素方差分析显示,力学实验组与有限元分析2种材料属性组比较,差异无显著性意义(P=0.082);与有限元分析10,50,100,200,400种材料属性组比较,差异无显著性意义(P>0.39)。有限元分析各亚组中,2种材料属性组与其余各组比较,差异有显著性意义(P<0.05),10,50,100,200,400种材料属性组间比较,差异无显著性意义(P>0.9)。结果提示,赋予骨骼10种材料属性即可达到有限元分析的要求。

股骨有限元模型材料属性分配梯度的优化分析

优化分析股骨有限元模型材料属性分配梯度,从而得到相对准确且经济的划分层数,为CT灰度值赋值法在医学有限元研究领域的应用奠定理论基础。首先选取1名成人志愿者的股骨进行CT密扫,将获取的DICOM格式CT序列医学图像数据输入Mimics中,并建构出3D渲染模型。在此基础上通过Solid Works对模型实体化,导入Hyper Mesh进行体网格划分,再返回Mimics中,选择2、4、5、10、50、100、200、400层等8种梯度进行赋材质,最后将有限元模型在ABAQUS软件中设定工况,并实施仿真分析;同时构建股骨近端有限元模型,通过与文献数据对比分析来验证其有效性。结果表明,研究所构建的股骨有限元模型的应力、应变水平与有关文献的实验结果一致,其有效性得到充分验证。在材料属性分配梯度的优化分析中,2、4、5、400层材料属性时的应力与其他层材料属性相比具有显著性差异(P<0.05),同时这4组材料属性之间的应力也具有显著性差异(P<0.05),而10、50、100、200层的材料属性间应力则没有明显的结果偏差。10层材料属性既能提高运算速度,节省运算量,又能保证运算结果的精准性;CT灰度值赋值法适用于临床个体化快速有限元仿真分析。

ITER校正场线圈等效材料属性有限元分析

校正场线圈是ITER大型超导磁体系统的重要组成部分,其线圈体由多种材料组成且周期性排列,对其等效材料属性预测很重要。目前主要采用基于均匀化理论的有限元方法,但其处理过程复杂。本文提出了基于广义虎克定律的有限元方法,使求解过程更简便。分析对比两种方法,后一种方法处理过程更简单,结果更精确,所得结果为校正场线圈的结构分析和热分析提供了必要的参数。

材料属性分配梯度对椎体有限元模型力学性能的影响

目的研究以灰度值为基础的不同材料属性分配梯度对椎体有限元模型力学性能的影响。方法对1位健康成人脊柱(T12～L5节段)进行快速CT薄层扫描,在MIMICS中对每节椎骨进行三维重建,通过Geomagic软件处理后,导入ANSYS中进行网格划分,再返回到MIMICS中按2、4、8、10、50、100、200、400份8种梯度对材料属性进行分配,最后重新导入ANSYS软件按照同一载荷条件进行有限元分析。结果 2、4、400这3个分配梯度与其他分配梯度相比,应力情况存在显著性差异(P<0.05),而8、10、50、100、200梯度之间计算结果偏差不大。结论有限元模型材料属性划分不宜过多或过少,10份左右的划分梯度既可以保证运算结果的精确性,也相对可以提高运算速度,尤其适用于临床个性化快速有限元建模。

上颌切牙三维有限元模型中多材料属性的设定方法

目的:寻求上颌切牙三维有限元模型构建中多材料属性设定的方法,并探讨相关的生物力学意义。方法:通过Mimics软件导入DICOM数据,建立上颌切牙的三维有限元模型,采用CT值与骨密度和弹性模量的经验公式,最终确定模型的材料属性。结果:通过计算,得到了牙齿不同部位的弹性模量,从而实现了对牙齿多材料属性的设定。结论:通过计算模型密度和弹性模量,进一步确定单元材料属性,对于建立接近实际的牙齿三维有限元模型具有重要的意义。

一种消除材料属性对脉冲涡流缺陷轮廓重构影响的方法

采用脉冲涡流技术对缺陷轮廓进行重构时,不同属性材料中相同尺寸缺陷的检测信号特征存在较大的差别,缺陷轮廓重构的精度会受被测试件材料属性的影响,为有效地消除其影响,提出了一种基于不变函数的缺陷轮廓重构方法。该方法通过采用表征同一缺陷的两个不同特征量构建了能够消除材料属性影响的不变函数,而后通过建立由检测信号到缺陷轮廓的非线性映射关系模型,实现了不同属性材料的缺陷轮廓重构。将该方法应用于不同材料的缺陷重构实验,结果表明:该方法不仅可以有效地消除材料属性对缺陷轮廓重构的影响,而且具有较高的重构精度和较强的抗噪声干扰能力,是一种有效可行的缺陷重构方法。

牙釉质和牙髓不同材料属性对牙周组织应力分布的影响

对比分析区分牙釉质和牙髓与否对牙周组织应力分布的影响,指导建模时是否考虑牙釉质和牙髓。选用正常形态的下颌中切牙,基于CT扫描建立3维有限元模型,所有结构都采用各自的材料属性,在此基础上,将牙釉质、牙髓分别考虑为和牙本质相同的材料属性,施加与5种典型正畸牙移动相对应的载荷,对3个模型在相同载荷作用下牙周组织的vonMises应力进行比较。结果表明,将牙本质的材料属性赋予牙釉质和牙髓导致牙根的最大应力差异分别为21.43%和9.25%,而对牙周膜和牙槽骨的计算结果几乎没有影响。当研究对象是牙体时,模型应区分牙釉质和牙髓;而当研究对象是牙周膜和牙槽骨时,则可不做区分。

材料属性对货车轴承密封罩过盈联接的影响

以352226X2-2RZ型货车轴承密封罩压装过程为例,采用有限元分析软件ABAQUS对其进行弹塑性分析,获得货车轴承密封罩过盈联接的塑性应变、最大接触应力和最大等效应力的变化规律,并进一步研究了材料属性(摩擦系数、弹性模量和泊松比)对货车轴承密封罩过盈联接塑性应变、最大接触应力和最大等效应力的影响规律,为货车轴承密封罩材料选择提供了一定的参考数据.

基于ABAQUS的定切削用量下硬脆材料切削力与材料属性关系研究

设计了单因素仿真试验,利用ABAQUS有限元软件对切削力与材料属性的关系进行了仿真,并对仿真结果进行了分析。基于最小二乘原理对定切削用量下切削力与3种材料属性的关系进行了数值拟合,并用R-square对拟合结果进行了检验,分析表明拟合结果具有一定的可靠性。随着弹性模量的增加,切削力有明显增大的趋势,当泊松比≤0.3时,切削力约35N;当泊松比>0.3时,切削力呈现出迅速上升的趋势。切削力随密度的增加总体呈现下降的趋势。

不同材料属性赋予下椎体的静力学分析

背景:人体骨骼具有非线性强、骨质分布不均匀等特点,不同的弹性模量赋值导致静力学结果差异性大。目的:分析3种材料属性赋予方法在椎体数值模拟分析中的差异性。方法:基于逆向工程原理,通过图像分割建立腰椎L4、L5及椎间盘模型,对椎体模型赋予3种材料属性:(1)灰度值赋值:通过Mimics利用灰度值进行梯度赋值;(2)均质及灰度值混合赋值:对椎体前端皮质骨进行单一弹性模量赋予,对前端松质骨及后端椎弓根、横突、棘突等利用灰度值进行赋予;(3)皮质骨及松质骨赋值:采用皮质骨及松质骨两种弹性模量。对3种赋值方法下的有限元模型进行轴向载荷100-500 N加载,以及分别施加2,4,6,8,10 N·m的弯矩模拟椎体进行前屈、后伸、左右侧弯、左右旋转。结果与结论:不同工况加载下的椎体轴向位移及偏转角度有明显差异,均方根误差分析显示,灰度值赋值法相比于其他两种方法更接近于真实实验数据,不会在材料赋值交界处产生明显的应力阶跃现象,以及不会产生明显的应力集中现象,更符合椎体的力学性质,从而可以更准确地进行脊柱生物力学分析。

三聚氰胺多孔吸声材料属性对轮胎空腔共振噪声的影响

以275/70R22.5子午线轮胎为研究对象,建立轮胎声学仿真模型。基于LMS Virtual Lab软件的间接耦合声学有限元法,在轮胎空腔填充三聚氰胺多孔吸声材料(三聚氰胺材料),研究其属性对轮胎空腔共振噪声的影响。结果表明:三聚氰胺材料对轮胎空腔声压级降低效果更明显;对于轮胎空腔降噪,三聚氰胺材料的厚度、密度和孔径存在最优值;轮胎空腔声压级随着三聚氰胺材料孔隙率和流阻的增大而降低,但三聚氰胺材料流阻对轮胎空腔声压级的影响较小。

材料属性对功能梯度圆柱壳模态频率的影响

准确预估功能梯度(FGM)有效材料属性是建立FGM圆柱壳动力学模型的重要举措,对于正确分析FGM圆柱壳的振动特性具有重要作用。引入三种材料模型以及四种组分梯度变化形式,基于一阶剪切变形理论和Hamilton原理推导了FGM圆柱壳的模态频率方程,探讨了材料属性和温度梯度对圆柱壳模态频率的影响。结果表明:Voigt和Mori-Tanaka模型预测FGM的有效材料属性较为接近,而Reuss模型预测值偏高,且FGM的有效材料模型受组分材料的影响;广义化指数梯度有利于提高结构在热环境下的模态频率。

基于形状改变比能和材料属性离散的焊接残余应力估算

为了提高焊接残余应力测量精度,在2219-T87铝合金TIG焊接接头残余应力测定试验基础上,通过离散接头材料属性并利用形状改变比能对焊接残余应力进行塑性修正,分别研究孔边塑性变形和接头强度不匹配对焊接残余应力估算的影响。结果表明:同时考虑孔边塑性变形和接头强度不匹配因素的焊接残余应力估算方法,比线弹性残余应力计算方法能最大减小39.8%的误差;当测量点距焊缝距离小于8mm时,在考虑孔边塑性变形的情况下,同时考虑接头不匹配的影响相比不考虑其影响可最大减小40.6%的误差;当测量点距焊缝距离大于8mm时,可忽略接头强度不匹配对焊接残余应力估算的影响。

腰椎椎体有限元建模的最优单元尺寸和材料属性分布及建模方法

目的研究人体腰椎椎体有限元建模中有限元的单元尺寸和类型、松质骨材料属性分配方式以及皮质骨结构模拟方法对有限元结果的影响。方法基于定量CT扫描人体腰椎的影像,采用6种不同的单元尺寸(0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0 mm)、2种松质骨材料属性分配方法、2种松质骨非均匀材料属性分配梯度(150、300)、2种皮质骨结构建模方法,建立22个去除后部结构的腰椎L2段椎体有限元模型,计算获得22个有限元模型的最大位移、应变能、平均应力、轴向刚度,并对这些结果进行统计分析和验证。结果单元尺寸为0.5 mm时,10、150、300三种非均匀材料属性分配梯度下,模型的轴向刚度值出现明显差异;不同单元尺寸下,松质骨在150种非均匀材料属性分配梯度下,模型的平均应力波动变化平缓;利用最外层六面体单元模拟皮质骨结构方法,其平均应力大于利用在最外层添加蒙皮(skin)模拟皮质骨结构方法。结论在进行腰椎椎体有限元建模时,选取0.5 mm尺寸的六面体单元、为椎体松质骨分配150种非均匀材料属性、利用最外层六面体单元模拟椎体皮质骨结构的建模方法,建立的有限元模型更加合理和有效。研究结果为后续大批量、个体化腰椎椎体模型的建立奠定基础。

新郑西亚斯东周玉器材料属性与加工工艺的科技分析

中国玉文化源远流长,治玉工艺经过各个时代的不断发展和完善,在一定程度上能反映古代社会生产力发展水平及文化、贸易、技术交流等信息。利用能量色散型X射线荧光光谱(EDXRF)、激光拉曼光谱(LRS)、超景深光学显微系统(OM)等分析技术,结合硅胶覆膜微痕复制技术,对河南省新郑西亚斯东周墓地出土的一批玉器进行科技分析。首先利用化学成分和物相结构分析技术确定了玉器材质的矿物属性,其次利用显微分析技术表征了玉器表面及穿孔内部和印模的加工痕迹,特别是阴刻纹饰和穿孔微痕特征,最后探讨了玉器样品的材料属性和加工工艺两者之间的联系。化学成分和物相结构分析结果表明,所分析的西亚斯东周玉器材质丰富,主要矿物组成有滑石、透闪石、水晶、云母等。玉器表面纹饰微痕特征分析表明,所分析玉器阴刻工艺采用了两种加工工具,分别是砣具和手持硬质工具。穿孔微痕分析特征表明,钻孔包括单面钻孔和双面/多面钻孔两种方式,钻孔工艺则有实心钻、管钻等。部分玉器钻孔形状和内部微痕特征表明,尽管均采用了实心钻工艺,但所采用的实心钻头在形状上存在差异,同时,也存在是否配合解玉砂进行钻孔的差异。不同材料属性的玉器采用了不同的加工工艺。滑石质玉器,莫氏硬度1,器型主要为玉片饰,其表面阴刻纹饰主要采用手持硬质工具进行刻画,钻孔主要采用了双面钻孔方式,并使用了实心钻头未添加解玉砂进行加工,钻头形状可能为圆锥状;云母质玉器,莫氏硬度2~3,器型主要为玉玦片饰,纹饰采用了砣具添加解玉砂的加工工艺,钻孔方式为单面钻孔,采用了管钻工艺。透闪石型玉器,莫氏硬度5~6,器型主要为玉片饰,表面纹饰采用砣具配合解玉砂砣刻,以双面钻孔的方式为主,钻孔工艺为实心钻头配合解玉砂工艺,钻头形状与滑石类样品一致,为圆锥状。水晶质玉器,莫氏硬度7,均为珠饰,表面无纹饰,钻孔方式为双面/多面钻孔,钻孔工艺为实心钻配合解玉砂工艺,且钻头可能为圆柱形。研究结果表明,玉器表面纹饰所采用的阴刻工艺和钻孔工艺,与玉器本身的材料属性、器型等存在密切关系。

洞庭湖芦苇材料属性与加工利用技术初探

本研究探寻了洞庭湖地区芦苇资源新的使用途径。研究发现:洞庭湖地区具有优质芦苇资源,可直接用来制造产品或制成纤维浆再造利用。利用芦苇各部位物料的自然形态,采用胶接、绑接等结构方式,可以直接制造芦席、日用品、饰品等产品。芦苇可磨制成粗细程度不一的纤维浆,纤维可依附形态各异的基体制成各类纤维饰品,可以采用滤水性模具,采用热压方法模压成餐茶具等各类容器类产品,亦可先制成芦苇纤维板,再利用板材设计制作包装产品、容器和多种日用品。

约束阻尼变密度材料属性合理近似插值模型全域灵敏度减振优化

针对圆柱壳约束阻尼拓扑减振优化问题,基于变密度材料属性合理近似插值模型,构建以模态损耗因子最小为优化目标的拓扑减振模型,引入振型控制因子MAC评价振型的阶跃状态,寻优迭代轻量化约束设计域内的减振优化解。推导目标灵敏度的插值模型,演算全域优化求解算法,建立∞-范数的全域灵敏度拓扑变量优化准则,避免非凸优化函数的部分目标灵敏度参与优化迭代的局部优化解和跳跃。编程实现了壳构件约束阻尼结构的减振优化分析。结果表明:全域优化算法寻优域广,迭代历程稳定时间短、敷设部分阻尼材料易获得有效的减振效果。