Simulation of Polymer Melt Flow Fields in Intermeshing Co-Rotating Three-Screw Extruders

Three-dimension isothermal flows of polymer melt in the kneading blocks of triangularly-arranged and parallelly-arranged intermeshing co-rotating three-screw extruders are simulated using the finite element package POLYFLOW. Based on the velocity fields calculated, the particle trajectories in both machines are visualized using particle tracking technique. The numerical results indicate that the flow patterns in three-screw extruders are similar to those in twin-screw extruders. The triangularly-arranged three-screw extruder has the largest pumping capacity and also the highest extrusion stability in terms of flowrate fluctuation with screw rotation. The instantaneous mixing and cumulative residence time distribution （RTD） characteristics are also analyzed and compared with traditional intermeshing co-rotating twin-screw extruders. It is shown that the start section of the cumulative RTD curve for the triangularly-arranged machine has a small shoulder, which is attributed to the faster flow in the central region of this type of extruder.

流热固耦合下间隙对三螺杆泵转子强度的影响研究

针对三螺杆泵工作中产生的流体载荷引起螺杆卡滞问题,分析三螺杆泵齿顶间隙、啮合间隙对螺杆形变的影响。以N-S方程为基础,基于k-ε湍流模型,通过流固耦合传热方法求解三螺杆泵螺杆在流场作用下的位移、应力。研究结果表明:随着齿顶间隙和齿间间隙的增大,螺杆泵内的最大压力和最大温度都逐渐降低;螺杆转子的变形主要集中在进口位置,最大变形为0.107 mm,应力主要集中在主从转子的啮合位置,最大应力为146.82 MPa,主动转子的变形和应力小于从动转子的变形和应力;转子的变形和应力随齿顶间隙、啮合间隙的增大而减小。因此,在满足螺杆泵压缩机比、温升的情况下,应尽可能增大间隙以提高螺杆转子强度。

三维组架螺钉与环形钢板治疗Sanders ⅢAB型跟骨骨折的有限元分析

目的 探讨三维组架螺钉与环形钢板对SandersⅢAB型跟骨骨折的生物力学稳定性的影响。方法 收集1名26岁志愿者跟骨CT和MRI数据,建立SandersⅢAB型跟骨骨折的三维有限元模型,分别使用三维组架螺钉与环形钢板固定,施加700 N纵向载荷,比较不同模型骨块及内固定应力与位移变化情况。结果 在700 N纵向载荷下,两组模型骨块最大位移以及骨块与内固定最大应力均集中于后距关节面内固定与骨折线相交处。三维组架螺钉模型与环形钢板模型骨块整体位移相近。相较于环形钢板模型,三维组架螺钉模型骨块及内固定的最大应力和平均应力更小,位移与应力变化情况更接近完整跟骨模型。结论 SandersⅢAB型跟骨骨折固定时,三维组架螺钉与环形钢板两种固定方式均能提供良好稳定性。三维组架螺钉的生物力学性能优于环形钢板,更符合生物力学特点。

基于有限元分析的钛合金椎弓根螺钉抗弯性能结构优化

钛合金因其优异的力学性能和生物相容性,广泛用于椎弓根螺钉的制备。椎弓根螺钉植入人体后,受脊柱的屈曲伸展和横向弯曲作用,螺钉发生疲劳弯曲最终导致螺钉松动甚至断裂,影响植入稳定性。因此有必要对钛合金椎弓根螺钉抗弯性能进行研究。通过单因素实验与正交实验分析设计不同结构参数椎弓根螺钉,结合有限元分析与力学实验的方法,使用三点弯曲试验对钛合金椎弓根螺钉的抗弯性能进行模拟仿真与实验验证,并对螺钉结构参数进行优化。结果表明,模拟结果与实验结果吻合较好,螺钉结构参数对抗弯性能的影响顺序为外径大于螺纹深度大于螺距,最佳参数为螺钉外径5.5 mm、螺纹深度0.65 mm、螺距1.60 mm,优化后的螺钉对比标准椎弓根螺钉,最大支反力提高74.7%。

面向间隙变化的三螺杆泵流场动力学特性仿真

文中为模拟三螺杆泵在运行时的磨损所造成的间隙变化,建立了间隙变化的三螺杆泵流场有限元模型,对流场网格进行了无关性验证,利用Fluent软件对流场进行仿真,实现对不同间隙下三螺杆泵的动力学仿真分析,得到了不同间隙下泵内流体压力场分布与速度矢量分布结果。研究结果表明,不同类型的间隙对流场压力分布有不同的影响区间;不同类型间隙的流场发生泄露回流的区域分布不同;其中齿间间隙对流场压降作用最明显,法向间隙对流场出口流量的影响最明显。

基于CFX的豆粕组合三螺杆流道混合机理分析

针对目前传统三螺杆膨化机挤压性能和混合效率所存在的缺陷,为了提高挤出产品质量,这里设计了一种新型的组合式三螺杆膨化机。以豆粕为原料,利用CFX有限元仿真模块来对反向螺纹的组合三螺杆流道进行数值模拟,通过分析在宏观压力、速度矢量、速度迹线上的特性来与传统三螺杆进行比较,总结豆粕在流道内的运动规律。分析结果显示,流道内-0.24 m,-0.22 m,-0.18 m处涡流区的出现改变了物料的运动模式,延长了物料的挤出时间,提高了物料的分散混合。研究结果表明,反螺纹三角排列给物料带来反复的周期性剪切与挤压能有效改善物料的挤出质量,其研究结果为优化三螺杆膨化机的加工提供了一定的理论依据。

双头螺钉对三柱截骨术后多棒结构稳定性的影响

目的 通过有限元分析比较双头螺钉与传统连接器多棒结构在脊柱后路三柱截骨术后矫形固定的稳定特性。方法 基于重度脊柱角状后凸患者术后CT数据建立T3~L4胸腰椎有限元模型。在患者标准双棒模型(2R)基础上,分别建立双头螺钉多棒结构模型(double-head screws, 4R-DHS)和传统连接器多棒结构模型(traditional connectors, 4R-TC)。在300 N随动载荷和7.5 N·m力矩载荷下对模型进行评估,分析两种多棒结构的稳定性、主棒上最大von Mises应力及应力分布。结果 两种多棒结构的稳定性差异不大。相比于4R-TC,4R-DHS除了后伸时主棒上最大von Mises应力略有增加外,其余运动中主棒上最大von Mises应力均有所下降(屈曲、左侧弯、左侧弯、右侧弯、左轴向旋转、右轴向旋转应力分别下降7.2%、8.8%、8.7%、18.5%、16.9%),并且应力分布更加均匀。结论 双头螺钉多棒结构相比于传统连接器多棒结构可以降低主棒上的最大应力,且不存在连接器附近主棒应力集中的问题,可以更有效降低内固定失效风险。

空心螺钉联合同种异体腓骨治疗股骨颈骨折的三维有限元力学研究

目的探讨空心螺钉联合同种异体腓骨术式治疗股骨颈骨折的生物力学稳定性,为股骨颈骨折临床治疗新方法提供理论依据。方法采用三维有限元分析方法对空心螺钉联合同种异体腓骨术式治疗股骨颈骨折进行力学分析。基于1位45岁骨盆及股骨正常解剖的男性志愿者的CT数据,应用三维重建、逆向工程、有限元力学分析等技术,建立空心螺钉联合同种异体腓骨和多枚空心螺钉两种术式三维有限元模型,进行力学分析,评估两种术式内固定构型的生物力学稳定性。结果空心螺钉联合同种异体腓骨术式与多枚空心螺钉术式的股骨头颈部皮质的最大应力和位移及骨组织内部和内固定的最大应力分布位置无明显差异,但空心螺钉联合同种异体腓骨术式的股骨头颈部皮质的最大应力和位移及骨组织内部和内固定的最大应力值均比多枚空心螺钉术式小。结论空心螺钉联合同种异体腓骨术式固定股骨颈骨折的力学稳定性优于多枚空心螺钉术式,能够为股骨颈骨折愈合提供良好的力学稳定性,在股骨头发生坏死后腓骨亦可以提供力学支撑,预防股骨头塌陷,为较理想的股骨颈骨折治疗术式。

高压GIS用三工位隔离接地开关的结构类型

文中介绍了72.5 kV及以上气体绝缘金属封闭开关设备(简称GIS)常用的3种结构类型的三工位隔离接地开关:双导电杆连杆传动的三工位隔离接地开关、滚珠丝杠传动的三工位隔离接地开关、齿轮齿条传动的三工位隔离接地开关。这3种三工位隔离接地开关有别于传统的旋转闸刀式结构,都是属于国内外主流的动触头直动插入式结构。通过对这3种三工位隔离接地开关结构、滑动电联接形式以及运动形式的阐述,分析了各种结构的优势,为GIS核心模块部件的改进和优化设计提供技术指导。

基于CFX的谐波减速优化双螺杆挤出机特性研究

为提高双螺杆挤出机挤出性能,结合谐波减速器,研究设计了一种内含谐波减速器的同轴异速优化双螺杆;用SolidWorks建模,导入ANSYS/CFX有限元分析模块,模拟物料在机筒内的流动状态,围绕宏观压力场、速度场分析,与普通双螺杆对比,并进行实验验证。结果表明:新型双螺杆的物料停留时间较之普通双螺杆提升15%左右;物料在输送过程中有物料交换现象;流道整体压力差几乎不受影响;实现了双螺杆挤出机混合性能的进一步优化。

带捏合块的渐加速型单螺杆三维流场分析

目的:提高单螺杆挤出机的混合性能和工作效率.方法:设计了一种利用行星轮组件和混合元件的同轴渐加速单螺杆,利用Ansys/cfx对其流道进行了三维流场分析,得到了宏观压力场、速度矢量图、速度流线图以及轴向速度变化曲线并与传统单螺杆进行了对比,结果:随着螺杆转速的不断变大,物料在机筒内停留时间变短,渐加速螺杆的挤出效率得以提高20%~25%,使得耗能大大减少,由于捏合块的存在,物料在捏合块处被反复挤压,使得渐加速型单螺杆在增加产能的同时混合性能又可以得到保证.结论:同轴渐加速单螺杆高速旋转的捏合块可使物料混合更充分,且能缩短物料在螺杆中的停留时间,提高产量.

同轴变速三螺杆挤出机的三维流场分析

针对传统三螺杆挤出机物料混合能力差的问题,设计一种新型同轴变速三螺杆挤出机。采用Solid Works建模,ANSYS有限元分析方法对三螺杆挤出机流道进行仿真分析。结果显示,新型同轴变速三螺杆挤出机的压力是传统三螺杆的1.5倍,变速段螺杆速度矢量为传统螺杆的0.5倍,物料的运输时间是传统三螺杆的1.2倍。新型同轴变速三螺杆的建压能力增强,带有行星轮元件的变速段螺杆可以使物料减速并且回流,延长物料停留时间,提高物料的混合均匀性。研究为三螺杆挤出机的优化提供理论依据。

螺杆导程对三螺杆挤出机固体输送特性的影响

导程是挤出机螺杆的重要几何参数之一,改变导程后,螺槽内部颗粒受力状态发生变化,影响颗粒的输送特性。为明确螺杆导程对三螺杆挤出机固体输送特性的影响,基于离散元法对不同导程的三螺杆挤出机固体输送行为进行仿真;对比分析了导程对三螺杆挤出机内部颗粒填充状态、速度分布、受力分布以及质量流率的影响。结果表明,在螺杆导程为39、45、51 mm的3种挤出机的内部,颗粒输送速度逐渐增加,颗粒在螺槽内平均停留时间分别为4.58、3.50、3.06 s。与导程为39 mm相比,导程为45、51 mm的挤出机质量流率分别提高了约9.3%和13.3%,由于物料在螺槽内停留时间缩短,挤出机颗粒填充率分别下降了约1%和2.7%。因此,设计螺杆时,应结合颗粒输送和颗粒填充特性。

CT三维重建模拟植钉在合并骨质疏松性椎体压缩性骨折的腰椎管狭窄症中的应用

目的 观察CT三维重建模拟植钉对合并有骨质疏松性椎体压缩性骨折的腰椎管狭窄症患者植钉效果的影响。方法 选取2017年5月—2019年5月菏泽市立医院脊柱外科诊断为合并骨质疏松性椎体压缩性骨折腰椎管狭窄症的32例患者为研究对象,随机分为两组,模拟植钉组17例,对照组15例。模拟植钉组对目标椎体使用Mimics16.0软件行术前的三维重建,对照组采用传统方式置入椎弓根螺钉。记录两组手术出血量、手术时间及术中射线暴露量,术后复查X线及CT检查评估椎弓根螺钉的准确率。结果 模拟植钉组植入的椎弓根螺钉中102枚位于椎弓根内,准确率为95.10%显著高于对照组的84.40%,差异有统计学意义(χ^(2)=6.090,P<0.05)。模拟植钉组的手术时间、出血量及患者放射线暴露时间,均少于对照组,差异有统计学意义(P<0.05)。结论 CT三维重建模拟植钉可以提高植钉的准确性,并能减少手术时间及出血量,减少患者放射线暴露时间。

聚丙烯材料3D打印精度探究及工艺参数优化

聚丙烯(PP)因其较好的成型性在消费包装和汽车零配件行业广泛应用,而螺杆式熔融沉积成型(FDM)技术作为复杂零件成型的主要技术在增材制造生产中广泛使用,但针对螺杆式3D打印PP材料存在工艺参数优化不佳导致打印件尺寸精度低的问题。本文分析研究了PP材料成型的影响因素,并确立以喷头机筒温度、喷头螺杆转速和进给速度为影响因子,结合有限元仿真软件进行数值模拟并以打印件x和y向尺寸作为影响指标开展打印实验分析。结果表明,螺杆的建压能力随机筒温度的上升而下降,随螺杆转速的增加而增加;在机筒温度为210℃,螺杆转速为8 r/min,进给速度为10 mm/s时,打印件的尺寸精度较高。该流体仿真与试验分析结果可为后续成型件精度提升提供参考。

三段式对拉螺杆套管研发及减阻材料优选研究

止水对拉螺杆是水利工程中大体积混凝土定位模板的重要支撑结构。止水对拉螺杆在拆除过程中存在对拉孔周破损严重需后期填补、孔内碎屑较多导致封堵效果不佳以及未考虑螺杆浪费、腐蚀等问题。为此研发一种三段式对拉螺杆套管,并采用抗拔试验、粗糙度试验以及数值模拟的方法对该套管中起重要作用的减阻材料进行优选,以此提高该套管的适用性。结果表明:当减阻材料为珍珠棉时,拔出套管接头所需要的力最小,同时对拉孔周的破损程度最小;这是因为减阻材料为珍珠棉时,在套管接头拔出过程中套管孔内壁粗糙度最小,对拉孔周边混凝土所受应力最小。此外三段式对拉螺杆套管在合适隔水材料和减阻材料作用下可以较容易拔出套管接头,形成规则美观的对拉孔,并达到螺杆回收利用以及避免螺杆腐蚀的目的,有利于提高工程效益。

基于ANSYS的新组合型单螺杆挤出机特性研究

针对普通单螺杆挤出机剪切混合模式单一、工作性能差等问题,研究设计一种新组合型单螺杆。采用SolidWorks建模,ANSYS/CFX有限元分析和对比试验的方法;形成新组合型单螺杆流道整体压力差高于传统单螺杆1.22 MPa左右,物料在进出强剪切段过程中有回流产生,强剪切段物料输送速度较传统单螺杆加快0.012 m/s左右的结果;得出新组合型单螺杆挤出机在80-160 r/min的转速下,物料停留时间较传统单螺杆挤出机缩短5%-12%的试验结论。研究为高性能单螺杆挤出机的优化创新提供理论依据。

“三脚架”手术治疗髋臼转移瘤的临床疗效及生物力学分析

背景:从既往的报道可知,经皮三脚架髋臼支撑手术可以实现快速改善骨盆转移瘤疼痛、恢复髋关节活动功能的临床目的。目的:进一步探讨经皮三脚架髋臼支撑手术的临床疗效及生物力学机制。方法:回顾性地纳入广州中医药大学第一附属医院4例5髋髋臼转移瘤患者的临床资料,运用东部合作肿瘤组织评分(ECOG)和目测类比评分进行疗效评价;并利用三维有限元技术构建骨盆-股骨近端三维有限元模型,设定空白组为正常髋臼,模型组为患侧髋臼,治疗组为患侧术后髋臼,观察3组的应力区域情况,分析经皮三脚架髋臼支撑手术的生物力学原理机制。结果与结论:①患者资料分析:4例患者术后的ECOG和疼痛目测类比评分均明显好转(P<0.05);4例患者中术后1例可以自由行走,2例由卧床分别转为借助单拐和助行器行走,1例仍使用助行器行走。②有限元分析:与空白组相比,模型组的髋臼局部应力上升(P<0.05),提示患侧髋臼稳定性较差、应力集中明显,骨质遭受破坏后承载应力效果不佳;与模型组相比,治疗组髋臼局部应力下降(P<0.05),提示髋臼受侵袭区域三脚架可以承载应力并使髋臼的应力集中得到缓解;对比空白组与治疗组(P>0.05),可知术后髋臼的应力集中情况得到缓解,达到术前正常骨质的支撑应力效果。③结论:三脚架手术是一种为髋臼转移瘤患者提供安全有效的疼痛缓解并允许早期负重和全身治疗的新技术,该技术给髋臼提供稳定的力学支撑,但其远期临床疗效仍需长期随访评估。

改良经皮三维打印导板与传统透视辅助骶髂螺钉固定骨盆后环骨折的疗效比较

目的:三维打印(以下简称“3D打印”)贴骨导板辅助空心螺钉固定骨盆骨折疗效可靠,但安装导板时需要较广泛的软组织剥离。本研究旨在比较改良经皮3D打印导板与传统透视下辅助骶髂螺钉植入治疗骨盆后环骨折的临床效果。方法:收集2019年5月至2021年9月诊治的骨盆后环骨折患者28例,并随机分为2组。导板组采用改良经皮导板辅助骶髂螺钉固定骨盆后环骨折;透视组采用透视辅助骶髂螺钉固定骨盆后环骨折。记录2组每枚螺钉植入的手术时间、透视次数、术中出血量和切口长度。根据Matta标准评价骨折复位情况,分别按照改良Gras分类和Majeed功能评分系统评估螺钉位置和患者功能恢复情况,并进行统计学分析。结果:28例患者均获随访12~24个月,其中导板组14例患者植入15枚骶髂螺钉,透视组14例患者植入14枚骶髂螺钉。导板组和透视组手术时间分别为20~30(25.8±2.8)min和30~60(48.1±7.5)min(P<0.001),透视次数分别为9~15(12.2±1.9)和40~96(64.7±16.3)(P<0.001),螺钉偏移分别为2~4(2.6±0.7)mm和3~6(4.2±0.9)mm(P<0.001),切口长度分别为4~5(4.6±0.5)cm和0.8~1.2(1.0±0.1)cm(P<0.001),术中出血量分别为5~10(7.8±1.7)mL和2~5(3.1±1.3)mL(P<0.001)。2组骨折复位Matta标准评分均达到优、良(P=0.584)。改良Gras分类评估螺钉位置:导板组I类12枚,II类3枚,III类0枚;透视组I类10枚,II类3枚,III类1枚。2组比较差异无统计学意义(P=0.334)。末次随访Majeed功能评分导板组与透视组比较差异无统计学意义(P=0.908)。结论:改良经皮3D打印导板辅助骶髂螺钉固定骨盆后环骨折对比传统透视辅助骶髂螺钉固定骨盆后环骨折可缩短手术时间,减少透视次数,提高植钉的准确性。

基于离散单元法一字排列三螺杆挤出机固体输送段输送机理分析

利用离散单元法对计量加料下一字排列三螺杆挤出机固体输送段进行模拟。分析了聚合物颗粒在一字排列三螺杆挤出机正位移输送和摩擦拖曳输送2种输送机理下的输送情况,计算出一字排列三螺杆挤出机的输送特性参数,并与双螺杆挤出机进行对比分析。结果表明,由于三螺杆挤出机啮合区的增加,提高了颗粒在挤出机螺槽内的填充率。一字排列三螺杆挤出机在填充程度、质量流速率等方面均优于双螺杆挤出机,并且输送产量大约为双螺杆挤出机的1.3倍,在聚合物加工行业具有较好的工程应用前景。