多孔介质中可压可溶驱动问题的Potempa-有限元方法

考虑Potempa-有限元方法求解多孔介质中可压缩可混溶驱动问题 ,用Potempa格式求解饱和度方程 ,用标准Galerkin程序求解压力方程 ,得到L2 模收敛性误差估计 ,数值试验证实该计算格式的有效性 .

铁路路基动力响应的2.5D有限元方法研究现状及展望

作为一种频域计算方法,2.5D有限元具备计算效率高、内存占用小等优势,同时也存在诸多局限。经过20余年的发展,2.5D有限元方法已经具备了描述复杂土体本构关系和复杂路基几何特征条件下铁路路基动力响应的能力。荷载输入方法、建模策略和波动吸收边界的持续优化使得2.5D有限元方法的精度不断提高,二维插值方法则为进一步提升计算效率提供了思路。目前,2.5D有限元已经成为铁路路基动力响应研究中的常用方法。为了理清铁路路基动力响应2.5D有限元方法的发展脉络,分别从荷载输入、路基系统、响应输出和计算精度及效率的提升方面总结了其发展现状,介绍了2.5D有限元在发展过程中遇到的瓶颈问题及解决对策。在此基础上,针对算法的精度和效率、研究的对象和内容进行了进一步的讨论和展望。

融合编程实践与科研仿真的有限元方法教学改革探索

有限元方法是现代工程和科学领域中广泛应用的数值分析工具,是力学专业中一门重要的专业基础课。随着有限元方法与计算机技术的深入融合以及数值模拟需求的不断增加,熟练掌握与运用有限元方法的重要性日益凸显。传统的有限元教学侧重理论知识的传授,在实践教学中局限于简单算例,导致学生难以将理论知识与实际问题相结合。结合科研需求和技术发展趋势,作者在有限元的教学过程中,探索了融合编程实践和科研仿真的教学改革,通过引入有限元开源程序和编写小型项目来提升有限元编程的实践效果,通过引入科研课题仿真案例来丰富和完善有限元教学案例库。经过教学改革实践,提升了有限元方法的教学效果,为培养新时代高水平人才提供经验。

生物可吸收板与微型钛板在不同骨质下颌骨骨折固定中的有限元分析

背景:下颌骨骨折在坚强内固定后的愈合受多种因素影响,包括接骨板的材料、骨折部位以及患者骨密度等,然而,目前对于不同骨质下下颌骨骨折固定稳定性关系的研究相对较少,并且缺乏科学的依据。目的:利用有限元法分析生物可吸收板和微型钛板固定不同骨质条件下颌骨骨折的稳定性。方法:根据ZARB和LEKHOLM提出的骨质分类方法,分别建立Ⅰ-Ⅳ类下颌骨骨折三维有限元模型,每类骨质条件下分别模拟下颌骨正中、体部和下颌角3个部位的骨折模型,采用生物可吸收板(或微型钛板)对上述骨折进行内固定,模拟健侧咬合状态,利用有限元分析骨折段的相对位移与内固定物应力分布情况。结果与结论:①随着骨质等级的增加,内固定物的最大应力值基本呈逐渐增加趋势,微型钛板组、生物可吸收板组下颌体部Ⅳ类骨质下的内固定物最大应力值最高,分别为382.74,96.11 MPa;在相同骨质条件下,钛板组各部位骨折模型的内固定物最大应力值均高于生物可吸收板组。②对于Ⅲ和Ⅳ类下颌骨正中部骨折,微型钛板组、可吸收板固定组骨折断端位移较大,超过了骨愈合极限值(大于150μm);对于Ⅳ类骨质下颌骨体部骨折,生物可吸收板组骨折断端位移超过了愈合极限值,微型钛板组骨折断端位移接近愈合极限值;在相同骨质条件与骨折部位下,微型钛板组骨折断端位移要小于生物可吸收板组。③结果显示,两种内固定物的强度和刚度均足以支持Ⅰ-Ⅳ类骨质下颌骨3种部位骨折的骨愈合,并且生物可吸收板的固定稳定性与微型钛板几乎相同,可以提供骨折早期的愈合条件。在治疗下颌骨骨折时应将下颌骨骨质类型纳入考虑因素,下颌骨骨质等级越高,骨折固定的稳定性越差,术后更易发生骨愈合不良等并发症。

基于逆有限元方法和位移振型函数的薄板动载荷识别方法

动载荷识别对于结构设计和健康监测具有重要意义。利用在工程实践中容易获得的应变响应,提出了一种基于逆有限元方法和位移振型函数的薄板动载荷识别方法,能够同时识别动载荷空间分布和时间历程。首先,逆有限元方法可以利用离散应变数据重建离散位移场。然后,采用位移振型函数拟合得到连续位移场,将拟合良好的振型函数代入薄板微分控制方程中确定识别载荷。最后,通过薄板集中载荷和全局分布载荷识别的两个数值算例,验证该方法的可行性和准确性。结果表明,提出方法对于薄板动载荷的识别是有效且准确的。

有限元方法在血管支架研究中的应用综述

综述了有限元方法在分析结构类型和结构参数对血管支架力学性能的影响,不同材料血管支架的疲劳性能差异以及血管支架、血管和血液之间的相互作用等方面中的应用现状,分析了该方法的不足之处,指出了提高模拟精度、优化血管与血管支架的设置是对血管支架进行有限元分析时应关注的内容。

基于有限元方法分析青少年颈前屈的生物力学特征

招募一位健康青少年志愿者为建模对象,利用64排螺旋CT进行颈椎连续性断层扫描,扫描区域设定为C1~T3椎体节段.使用软件实施逆向建模,通过模拟建立C1~T3节段三维有限元模型,分析该模型在前屈工况下的应力,并对其进行有效性验证,分析模型的生物力学特征.建立正常颈椎模型及颈前屈有限元模型,验证正常颈椎模型及颈前屈模型的活动范围、椎体及椎间盘的应力,结果和既往颈椎生物力学模型测试基本一致,表明该方法所建立的模型可靠,同时也通过有效性验证,表明模型具备良好的生物力学性能.此外还构建了全颈椎和T1~T3的胸椎模型,探究颈前屈姿态下颈椎的生物力学现象.研究发现不良的颈部姿态会导致椎体出现更明显的应力集中现象,增大椎体的峰值压力,并同时增强了对椎间盘的压迫,导致颈部疼痛风险及颈部发育不良的风险加大,因此要避免青少年颈椎的过度前屈.

多级蒙特卡洛有限元方法求解对数势Cahn-Hilliard-Cook方程误差分析

本文用多级蒙特卡洛有限元方法求解具有对数势的随机Cahn-Hilliard-Cook方程。为了估计方程的温和解,运用Ciarlet-Raviart有限元方法进行空间离散化,对时间则采用向后欧拉格式离散,得到方程的全离散数值格式。同时运用多级蒙特卡洛方法进行数值模拟,相较于标准蒙特卡洛方法,提高了计算效率。文中主要给出了全离散格式的误差估计以及分别应用标准蒙特卡洛方法和多级蒙特卡洛方法进行数值模拟时的总误差估计。

基于有限元方法的回转窑燃烧器温度场仿真

为了实现回转窑在运行过程中其内部的温度分布情况的可视化,采用数值模拟的方法进行研究.基于有限元方法对回转窑燃烧器进行数值模拟,通过有限元Galerkin法Lagrange形函数推导出流体传热方程的弱形式,比较网格划分质量,应用COMSOL有限元软件实现套管式燃烧器燃烧仿真,结果显示燃烧器轴向10m内为回转窑高温区,温度保持在1400K-1800K,其他区域温度在1100K左右,仿真结果符合实际情况.多项式拟合煤气,空气进气与温度分布的关系,结果显示进气速度与窑内平均温度呈线性关系,与火焰区最高温度波动相关,回转窑燃烧器的温度场仿真为钢厂提高焙烧效率提供了科学依据,并为其他学者应用COMSOL软件进行仿真研究提供了可借鉴的模板.

采用有限元+边界元方法研究非饱和地基中群桩基础的动力阻抗

采用边界元结合有限元法研究了非饱和地基群桩基础动力阻抗。根据梁模型建立桩体动力控制方程,结合有限元方法建立群桩基础数值模型;基于非饱和多孔介质动力控制方程组,采用加权残余法和拉普拉斯变换,推导非饱和地基边界元法控制方程,根据伴随矩阵性质推导其Green函数基本解答。基于桩体和地基土接触面作用力平衡条件和位移相容原理,建立非饱和地基边界元模型和群桩基础有限元模型的耦合数值模型;研究土体饱和度、桩体间距、长度、数目和地基分层等参数对群桩基础动力阻抗的影响。研究发现:地基饱和度增加可降低群桩基础刚度系数;荷载频率较低时增大饱和度可减小群桩基础阻尼系数。增加桩基数目和地基饱和度可增大桩基与地基土相互作用。下卧基岩分层地基可提高桩基与土体的相互作用,且对群桩水平阻抗影响显著。

非线性抛物型积分微分方程Galerkin有限元方法超收敛分析

主要研究非线性抛物型积分微分方程的协调Galerkin有限元方法Crank-Nicolson(CN)全离散格式。通过对非线性项的精细估计,采用插值与投影相结合的估计技巧,导出了L^(∞)(H^(1))模意义下具有O(h^(2)+τ^(2))阶的超逼近性质。进一步利用插值后处理技术得到了整体超收敛结果,弥补了以往文献的不足。同时,通过数值例子验证了理论分析的正确性和方法的高效性。

非线性BBM方程BDF2混合有限元方法的超逼近分析

针对非线性Benjamin-Bona-Mahony (BBM)方程,在时间上构造了2阶的Backward differential formula (BDF2)时间离散格式,在空间上采用双线性单元和零阶RT单元的混合有限元方法,研究了其超收敛性质.首先,利用变换技巧给出关于逼近方程的稳定性.其次,利用逼近解的有界性得到关于其原始变量u的一个超逼近结果,进而得到其中间变量q的超逼近结果.最后利用一个算例验证理论结果的正确性.

基于有限元方法的水利工程隧道结构损伤监测模型研究

在对水利工程隧道结构损伤监测过程中,传统的监测方法存在监测误差大、监测时间过长等问题。针对这些问题,提出利用压电智能传感器与结合应力波传播,并利用有限元方法构建水利工程隧道结构损伤监测模型。对研究模型的使用效果进行分析,结果表明,模型探测精确率为92%,所获专家平均评分为92分、91分,均高于对比模型。综上,研究提出的水利工程隧道结构损伤监测模型,可以提高对隧道结构损伤状态的监测。

基于有限元方法的山地输电杆塔接地特性分析

为深入研究山地输电杆塔的接地特性,运用有限元方法对杆塔基础、接地体、土壤介质建模,分析不同接地参数、不同环境工况下的接地特性。结果表明:土壤电阻率和接地体长度对接地电阻有较大影响;接地体所处的土壤环境对接地电阻有较大影响,可考虑在接地体周边实施降阻措施;高频条件下,随着导体阻抗增大,高频电流沿导体传播难度增大,电流更易从电流注入点附近散流,工程中可考虑在电流入地点附近实施降阻措施。本文研究可为实际工程中地表电位测算和防雷、降阻设计提供参考。

预应力自复位节点有限元合理建模方法研究

预应力自复位结构具有良好的自复位性能,能显著降低震后的残余变形。节点的连接形式影响其自复位性能和抗震能力,为推动此类结构优化设计,需要大量研究分析工作和参数化分析,合理的建模方式可以更有效模拟出结构真实的受力情况。系统探讨了预应力自复位节点有限元分析中的核心问题,通过ABAQUS对内置耗能钢筋预应力自复位节点和角钢耗能预应力自复位节点试验数值模拟,得出结论:对于普通钢筋本构,使用滞回模型结果略好于双折线模型,但整体差异较小;降温法和MPC法均可以较好施加预应力,两者方法效果相同;虚筋法可以较好模拟出预应力筋的滑移,节点承载力和滞回曲线吻合度较高,同时工作量较耦合法和弹簧法更小。

基于有限元方法的刮板输送机圆环链的拓扑优化研究

基于有限元方法和拓扑优化方法对刮板输送机的圆环链进行研究。首先基于ANSYS Workbench软件建立圆环链的有限元模型,经分析发现最大应力和应变主要集中在圆弧内侧,直圆柱外侧部分的应力和应变较小。以圆环链的整体质量为优化目标开展拓扑优化工作,同时考虑圆环链的加工成本,确定的优化方案为在直圆柱外侧部分去除4 mm厚度,使得圆环链的质量降低了3.8%。将优化后的圆环链结构应用到刮板输送机中,并进行6个月时间的实践测试,达到了预期效果。

基于有限元的双唇橡胶密封的3D-2D耦合仿真分析方法研究

以某混动车型为例,通过有限元软件Abaqus建立车载PTC陶瓷电阻加热器上下法兰面的双唇橡胶模型,通过3D-2D耦合仿真的方法,考虑了在螺栓力、温度、压强多因素综合影响下的密封情况。结果表明,通过3D有限元模型计算,随着温度与压强的升高,上下法兰面会有张开量,其中压强的占比约为温度的3倍;将此张开量代入2D有限元模型,修正橡胶的压缩高度,可得到与实际更接近的密封结果。研究结果表明,通过3D-2D耦合仿真的方法,可以更精确地模拟橡胶在实际工作载荷下的密封情况,使在开发前期识别风险,提供先验性知识。

工程数值理论研究生课程内涵式教学方法--以有限元为例

“数值计算方法”不仅是理工科学生的必修课程,更是高层次科研型人才能力素质评价的关键标准。作为研究生开展科研工作和进行创新活动的前提,该课程是他们在实践中解决复杂工程问题的基础。针对工科研究生在数学理论和力学理论方面基础薄弱、难以理解相关理论的现状,文章提出了一个内涵式教学方法,并通过有限元实例进行剖析和讲解。该方法有助于学生理解理论知识,以加强其对数值计算方法的深层次理解,在激发学习兴趣、提高教学效果、培养学生的独立思考和创新能力方面具有重要意义。

基于有限元分析方法对高温作业专用服装设计的研究

本文针对的主要问题是在时间和厚度等可变因素的共同影响下,运用有限元分析方法,设计出合理的一维热传导模型,并应用到实际的高温防护服设计中。考虑到三维模型较为复杂,本文采用降低模型维度的方法进行分析,由简入繁。根据题目中给定的基本数据,利用Fourier定律、能量守恒定律、合理的数学建模知识以及使用Matlab计算软件,解决了题目中的两个问题。

广义有限元方法研究进展

广义有限元方法是常规有限元方法在思想上的延伸,它基于单位分解方法,通过在结点处引入广义自由度,对结点自由度进行再次插值,从而提高有限元方法的逼近精度,或满足对特定问题的特殊逼近要求。基于广义有限元方法对单元形状函数构造理论的深入研究,具有任意内部特征(空洞、夹杂、裂纹等)及外部特征(凹角、角点、棱边等)的复杂问题,都将在简单、且与区域无关的有限元网格上加以求解。本文主要介绍广义有限元方法的基本思想、主要特征及对重要细节的处理策略,包括线性相关性的处理、局部逼近函数的获取、区域上的数值积分技术以及边界条件的处理。与扩展有限元方法和有限覆盖方法比较,分析它们各自的特点。综述广义有限元方法的研究现状、应用,展望广义有限元方法的未来发展。