汽车-行人碰撞中人体下肢骨折的有限元分析

改进了人体下肢有限元模型,这个模型包括骨盆、股骨、髌骨、胫骨、腓骨、足骨,以及主要的肌腱、膝关节囊、半月板和韧带.整个模型采用实体单元,壳单元和线性弹簧阻尼单元模拟骨骼和软组织.比较实验与仿真中下肢的动力学响应参数与损伤分布,仿真模型的动力学响应参数与损伤分布与实验吻合较好.应用多体动力学系统(MBS)与已验证的下肢模...     

砌体墙侧向受力性能精细有限元模拟

运用有限元分析软件ABAQUS中的三维六面体缩减积分单元C3D8R来模拟单砖模型,并在六面体单元之间通过引入同时考虑黏结作用和损伤破坏特性的黏性界面模型来模拟砖-砖之间的砂浆层,在弹性阶段考虑其黏结刚度,在塑性阶段引入损伤产生和演化准则来模拟界面的开裂.基于该三维实体单元和黏性接触界面模型,建立能够较好模拟砌体墙侧向受力性能的分离式有限元模型.通过比较精细有限元模拟结果与无构造柱不开洞单层砖砌体墙实验结果,发现极限荷载的吻合情况较好,极限承载力的模拟误差可以达到2.7%,但是极限荷载下的位移值和最大裂缝宽度数值的模拟误差分别达到10%和27%.结果证明:所提出的三维分离式有限元模型能较准确地计算砌体墙的侧向承载力及其刚度的变化规律,并能有效地模拟砌体墙开裂的情况,与砌体墙的实验结果吻合较好.精细有限元计算结果可以为在役结构中的类似砌体墙的抗震性能计算提供参考.     

高强钢筋梁柱节点梁纵筋粘结滑移有限元分析

基于分离式建模方法,分别采用实体单元、桁架单元和弹簧单元模拟混凝土、钢筋及两者粘结,建立了HRB500级高强钢筋梁柱中节点有限元模型.考虑混凝土膨胀角、黏性系数、损伤因子等参数的影响,基于混凝土损伤塑性模型分析了梁纵筋粘结滑移性能.结果表明,在反复荷载作用下,梁端加载处及梁上部纵筋的荷载位移曲线与试验结果基本吻合,裂缝开展同试件破坏形态基本一致.     

新型纵向卧铺结构被动安全性仿真分析与评估

新型纵向卧铺采用中央通道设计且两侧布置卧铺单元,具有相对独立的上、下层纵向单元使乘员与车辆运行方向保持一致。碰撞事故中,与横向卧铺中乘员姿态和接触响应相比,纵向卧铺将反映结构不同的被动安全防护性能。依据拟人仿真试验为核心的旅客界面结构被动安全评估方法,分析了纵向卧铺在旅客界面结构设计中的特点,建立了带有假人的纵向卧铺单元碰撞场景及有限元模型,以标准载荷为边界条件实现碰撞过程的仿真计算。分析了假人姿态响应及损伤指标评估结构对乘员的被动安全防护能力并对比了25T型列车横向卧铺结构。结果表明:纵向卧铺碰撞场景中,正向载荷下假人损伤指标超过标准限值(头部HIC15值为626、颈部Nij值为2.5);反向载荷下,假人腿部股骨最大轴向压力(6.4 kN)超过标准限值;由于结构设计的根本性改变,假人在纵向和横向卧铺结构中均不能完全避免碰撞损伤且损伤位置、数量和程度不同,而纵向卧铺结构一定程度上约束乘员的"自由运动",有利于降低乘员二次碰撞的损伤风险。     

钢筋混凝土梁柱边节点滞回性能数值模拟

为准确模拟梁柱边节点在地震条件作用下的滞回响应,建立考虑黏结退化机制的梁柱边节点有限元模型。基于ANSYS有限元平台,采用Voce-Chaboche混合强化模型定义钢筋的循环本构关系,开发组合弹簧单元实现往复荷载作用下钢筋与混凝土间的黏结退化机制,根据损伤理论提出往复荷载作用下黏结滑移本构关系预测模型。有限元计算得到的滞回曲线、骨架曲线、刚度退化曲线、应力云图与试验结果的对比表明：混合强化本构能更好地描述往复荷载作用下钢筋的滞回响应,组合弹簧单元成功地反演了往复荷载作用下钢筋与混凝土的黏结退化特征,往复荷载作用下节点梁中塑性铰的发育导致梁塑性伸长,将对边节点柱造成不利影响,梁柱边节点数值模拟结果与试验结果吻合良好,为准确模拟梁柱边节点的滞回性能提供了理论基础和技术平台。     

实体单元焊点模型在前纵梁碰撞仿真中的应用

为了提高碰撞仿真中汽车前纵梁焊点的模拟精度,应用LS-DYNA软件,建立了壳单元模拟母材、单个实体单元模拟焊核和热影响区的焊点模型。母材材料特性及焊点失效参数分别通过板材拉伸试验及焊点杯形拉伸试验获得。采用数值KSⅡ试验对该焊点模型在母材网格不同偏置情况下的内力进行了研究。基于经验证的纵梁有限元模型对前纵梁碰撞进行了仿...     

细观尺度下大孔隙环氧沥青混合料损伤演化分析

通过数字图像技术获取了大孔隙环氧沥青混合料的多相细观结构,建立了包含集料、沥青砂浆、空隙在内的细观结构有限元仿真模型,引入了内聚力模型,通过劈裂试验数值模拟,对内部结构应力响应、裂纹扩展及损伤演化过程进行了分析.研究结果表明:空隙、集料等细观结构的不均匀分布,对混合料的应力响应及其分布均造成一定影响;劈裂试验模拟过程中,损伤变量D值达到1时,试件开始启裂,预设内聚力单元模拟的启裂位置与室内试验观察较为一致,而后裂缝开始扩展,但扩展速率逐渐变小;双线性内聚力模型较好地模拟了混合料损伤规律与裂纹启裂、扩展路径.     

钝性碰撞中人体肝脏生物力学响应数值分析

交通事故导致的肝脏损伤是最常见也是致死率最高的损伤类型之一。为了深入分析钝性碰撞中肝脏生物力学响应及相关物理参数,基于具有中国五十百分位男性尺寸的CT建立了具有较高仿真度的肝脏模型,并在满足精度条件下,在肝脏周围建立了简化的内脏器官模型,与自主研发验证的头颈部、胸廓和四肢有限元模型相结合,形成一个完整的人体坐姿有限元模型。参考经典胸腹部钝性撞击试验,分别进行了正面、左斜侧、右斜侧方向上低速(3.8~4.0m/s)、中速(5.2~5.5m/s)、高速(6.7~7.33m/s)等共10组仿真计算,得到了肝脏动力学响应和损伤风险较高位置的压力分布特点。同时研究了不同碰撞方向对肝脏力学响应结果与胸部响应指标相关性的影响,结果表明,各胸部响应指标与肝脏损伤程度(用应力、应变峰值表示)的相关性随加载条件的差异而发生变化,采用单一胸部响应指标预测所有加载工况下肝脏损伤情况的做法是值得商榷的。     

大型失控车辆与隧道衬砌的动态相互作用与损伤分析

基于动力有限元法模拟不同碰撞条件下隧道衬砌与大型车辆的动态相互作用,研究车辆与隧道结构在撞击作用下的动态响应。结果表明:在碰撞角度相同的情况下,隧道衬砌拉伸损伤值随车速的增大而增大;在失控车速相同的条件下,拉伸损伤值随碰撞角度的增大而增大;碰撞速度与角度越大,则车内人员受到的加速度越大,损伤越严重。对我国京沪高速公路上的蟠龙隧道碰撞事故(2009年)进行了数值模拟,对比分析发现数值模拟结果与蟠龙隧道碰撞事故后衬砌的表观信息及超声波探测结果有很好的一致性,碰撞后损伤区域的混凝土渗透系数明显增大,表明碰撞后衬砌发生漏水的几率明显增大。     

导流罩对轻型厢式货车气动特性影响的数值模拟

针对某国产轻型厢式货车的简化模型,应用计算流体力学原理与方法,采用全六面体单元的结构化网格和RNGk-ε模型对其加装导流罩前后的外流场进行了数值模拟,得到了两种情况下该车的表面压力、速度矢量分布以及气动阻力系数等气动特性。对比分析结果表明,加装导流罩可以明显地改善轻型厢式货车的气动特性,降低气动阻力,与试验结果一致。     

HgCdTe探测器激光辐照响应机理研究进展

以光导型和光伏型HgCdTe光电探测器为研究对象,分别用连续波激光和脉冲激光开展了辐照效应实验研究。使用平衡能量流体动力学模型数值模拟了光电探测器对辐照激光的响应过程,数值模拟结果与实验结果符合较好。报道了连续波激光辐照下的热效应和脉冲激光引致的损伤效应等典型实验和数值模拟研究结果,总结了光电探测器对辐照激光的响应机理及其应用前景。     

FRP筋混凝土梁粘结滑移力学性能数值分析

为了研究FRP筋与混凝土之间的粘结性能以及FRP筋与FRP筋混凝土构件的力学性能,采用ABAQUS建立FRP筋混凝土梁有限元数值模型,模型中混凝土采用塑性损伤模型,FRP筋采用线性单元.FRP筋单元和混凝土单元采用非线性弹簧单元连接,通过选取粘结滑移本构、锚固长度计算公式和调整添加弹簧的数量以及位置来考虑粘结滑移对FRP筋混凝土梁受力性能的影响.数值模拟结果与文献试验结果具有较好的一致性,验证了该有限元模型的正确性,所得结果对FRP筋混凝土结构试验具有一定的指导作用.     

轿车-行人交通事故中下肢损伤重建分析

行人下肢的损伤重建分析在交通事故成因鉴定中起重要作用。为进一步明确轿车-行人交通事故中下肢损伤的成因机制及动力学响应,利用THUMS4.0人体有限元模型对轿车-行人碰撞中的下肢损伤进行重建。首先选取一例行人损伤的轿车-行人碰撞真实案例,并通过EDR技术得到轿车事发时的碰撞速度为40 km/h。再将该碰撞速度作为轿车-行人碰撞仿真的输入参数,采用THUMS4.0人体有限元模型对行人下肢损伤进行重建。仿真结果显示:行人右下肢的胫骨及腓骨的von Mises等效应力分别为198、243 MPa。尸检报告及CT影像片提示:行人与轿车发生碰撞后右下肢胫、腓骨骨折。有限元模拟仿真中行人下肢的动力学响应与行人下肢的实际损伤较为吻合。该方法有利于研究分析行人下肢损伤的成因机制,同时对交通事故司法鉴定有着重要的指导意义。     

电导率线性变化直流电测深三维有限单元法正演模拟

为模拟电导率线性变化的地电模型,进行了水平大地电导率线性变化直流电测深三维有限单元法正演模拟。采用六面体单元剖分,电导率和电位在单元内线性变化,推导出齐次边界条件下有限单元法系数矩阵。采用异常电位法进行计算,提高了电源点附近的计算精度。利用改进的对称超松弛预条件共轭梯度（ＳＳＯＲＰＣＧ）进行线性方程组求解,与一维水平层状电导率线性变化模型滤波算法对比,最大相对均方差小于０.３８％。对二维不连续垂直分界面模型、均匀大地中的三维低阻体模型进行了电阻率测深正演计算,验证了本文方法的有效性。     

有限元分析方法在保险杠碰撞仿真中的应用

根据汽车与正面刚性墙的碰撞特性,应用有限元方法和碰撞模拟技术,采用Hypermesh软件建立汽车保险杠与刚性墙的正面碰撞仿真模型,并用ANSYS/LS-DYNA求解器求解该模型,研究其在碰撞过程中的动态响应,分析保险杠的耐撞性;同时对保险杠的厚度进行优化分析,通过对保险杠碰撞时的变形、吸能状况和仿真计算结果来预测保险杠的耐撞性。     

复合材料层合板低速冲击后剩余压缩强度研究

应用有限元显式算法计算层合板冲击后压缩强度(CAI值)。建立实体单元与cohesive界面单元相结合的层合板有限元分析模型。首先进行层合板受离面低速冲击中损伤过程的数值模拟,再以该步分析结果(损伤状态)作为初始损伤,进行面内压缩下层合板破坏过程数值模拟。从而实现了层合板从冲击损伤到冲击后压缩破坏的全过程分析。模型应用面内和层间损伤逐渐累积的算法。通过不同加载速率下的分析,考察了显式算法在准静态CAI计算中的可用性。冲击损伤特征、冲击后压缩破坏特征及CAI的计算值与试验结果有良好的一致性,表明文中所采用的模型、算法与损伤处理方法是合理的。     

有限元法在砌体结构分析中的应用

目的 研究有限元法在空间砌体结构分析中应用的可行性。并提出模拟砌体带裂缝损伤状态的有限元建模及分析方法．方法 进行砌体结构模型拟静力试验及脉动测试．并采用等效体积单元法对空间砌体结构模型进行有限元分析．在对有限元模型的优化更新研究中，以损伤状态下的识别刚度作为目标函数。根据结构位移、抗侧移刚度及外荷载三者的内在关系，通过调整弹性模量优化有限元模型来模拟砌体带裂缝工作状态，并对比拟静力试验及动态测试识别结果进行理论分析．结果 利用所提出的有限元建模及分析方法很好地模拟了砌体结构完好及带裂缝损伤状态下的工作特性．有限元模型计算分析结果与实测值具有良好的一致性．结论 采用等效体积单元（RVE）可以准确模拟空间砌体结构的材料特性．利用动态测试数据结合反演理论进行结构模型的优化更新方法可有效模拟砌体结构的带裂缝工作状态，并有效地考虑砌体材料的离散性问题。     

爆炸荷载下金属结构损伤的数值模拟

模拟了炸药爆炸对金属结构的破坏,以LS-DYNA为仿真平台,分析了所应用的材料模型,比较了不同单元网格密度对计算结果的影响．对于平面应变问题,比较了采用二维和三维模型时在算法方面的区别,并对它们计算的结果进行了对比．与实测结果对比表明,用LS-DYNA可以有效模拟金属结构在爆炸荷载作用下的冲击响应．     

汽车碰撞过程中乘员运动仿真及保护

从刚体力学的角度,建立了一个汽车人－－椅力学模型,引用凯恩方法导出了模型的数学计算通用公式。编制了一套模拟汽车碰撞过程中乘员运动响应的仿真软件。计算汽车正碰撞过程中人体的运动姿态,加速度,速度和位移响应,以及安全带的受力等特性。与试验结果比较,证明了软件的可行性和实用性。     

纤维增强复合材料冲击失效的二元模型分析

为了分析纤维增强复合材料在冲击载荷作用下的损伤破坏问题,提出一种基于二元模型的有限元方法. 将复合材料分为纤维束和等效介质2部分,根据它们的受力变形特点,分别采用杆单元和三维实体单元进行模拟,通过多点约束将2种单元集成为二元模型. 同时,对这些单元分别选用合适的失效准则模拟冲击作用下的损伤失效过程,并通过用户子程序VUMAT编程实现. 采用该方法对三维正交机织复合材料靶板的弹道侵彻过程进行仿真分析,结果表明：得到的子弹剩余速度与文献中的实验值和仿真结果较吻合,该二元模型和方法在纤维增强复合材料冲击破坏分析中具有较高的计算精度和效率.