人体股骨有限元模型的建立及静力学分析

股骨作为人体最大最粗的长骨具有典型生理意义,有着重要的研究价值。应用逆向工程原理,通过采集人体股骨CT图像数据,运用医学三维软件Mimics来重建人体股骨模型。对该模型进行后处理,能够快速得到比较理想的三维股骨有限元模型,并对其进行有限元分析,数据和结论可以为股骨手术医师提供一些理论上的指导,同时进一步加深了对股骨生物力学的认识。     

股骨有限元建模及相应的生物力学分析

对建立的完整股骨三维有限元模型进行了有限元静态分析.选取新鲜猪股骨上3个点贴应变片,并获得实验应变值;然后用有限元法计算获得对应测试点的模拟应变值,并与实验数据进行了对照;最后进行了人体股骨三维有限元建模,获得了准静态下的应力分布.猪股骨有限元模型所得不同载荷下指定位置的模拟数据与实验数据吻合,建模的方法可信;所建人体股骨有限元模型通过模拟计算获得了不同载荷下股骨的von Mises(等效)应力.用灰度值与材料属性关系所建立的人体股骨有限元模型能模拟真实情况,可用于股骨治疗的临床模拟.     

接插件力与位移关系的有限元分析

本文用有限元素法分析了圆柱，圆锥组合壳型的接插力和位移的关系，其结果对于该类接插件的设计有一定参考价值。     

单曲膝行走步态对下肢力学、肌肉力和肌肉激活度的影响

单曲膝行走步态是人体某一条腿受伤后的主要行走步态,针对目前关于单曲膝行走步态下的下肢运动生物力学特性研究较少的问题,本文对单曲膝行走步态对下肢的运动学、动力学、肌肉力和肌肉激活度的影响进行了研究.利用FAB无线运动动作捕捉系统及力学评估系统采集下肢运动的相关数据,将在正常行走步态和单曲膝行走步态下采集到的数据作为驱动数...     

股骨假体热应力有限元分析

为定量研究材料热物性对股骨-假体系统应力的影响,以热弹性力学为基础,利用有限元方法对髋关节置换后股骨-假体系统的应力进行分析．假设假体、骨水泥、股骨为线弹性和各向同性材料且完全结合的同心圆柱体,经力学分析和有限元仿真,分别求得钛合金和钴铬合金作为假体材料时考虑热效应前后的假体／骨水泥、骨水泥／股骨随轴向位置分布的界面剪切应力以及假体、骨水泥、股骨的轴向应力．结果表明:界面失效是股骨-假体系统的主要失效形式,热效应使界面产生了混合而不是纯剪切的失效形式,加快了股骨-假体系统的界面失效,加速了假体柄的松动;由于钴铬合金的热膨胀系数大于钛合金,钴铬合金作为假体材料时更易引起界面失效,导致手术失败．选择热膨胀系数小的假体材料,可以减小界面失效的可能性,提高手术成功率．     

头部撞击损伤的有限元模型建立

根据人体头部的螺旋CT医学影像,利用图像边界分割、各层图像之间的影像配准以及三维重建技术建立了头部几何模型,然后运用NURBS曲面片的构造算法将三角面片转换为四边形面片,最后利用TrueGrid软件对颅脑几何模型进行网格划分,同时进行适当的网格修补,从而建立了人体头部有限元模型。根据碰撞过程中的能量守恒,验证了模型的可靠性。本模型可用于汽车交通事故中头部损伤的生物力学研究以及为开发相应的汽车安全防护装置提供理论依据。     

航空框类零件加工动态夹紧力确定有限元分析

针对目前航空框类零件加工中夹紧力的确定主要凭经验，加工变形难以控制的难题，采用有限元数值计算方法，通过相应模型的建立和求解，揭示摩擦力及切屑去除对夹紧力确定的影响，以降低夹紧力对工件加工变形的影响．在有限元模型中利用生死单元技术模拟切屑去除；用弹簧和阻尼单元表示工件与夹具的接触，确定工件在动态载荷作用下的夹紧力．研究结果表明，随着刀具位置不同，夹具与工件接触处反力也随之发生变化，为保证工件的定位基准及减小工件的变形应根据刀具位置的不同及工件刚度的变化不断调整夹紧力．     

铝合金T形受拉接头撬力影响因素有限元分析

通过有限元参数分析研究了影响螺栓连接铝合金T形受拉接头撬力的一些因素,包括:T形件翼缘厚度,预紧力的大小,T形件及螺栓材料,边距系数大小.通过分析有限元计算结果,研究了这些因素对撬力大小的影响.     

双孔指力传感器的设计与有限元分析

提出了一种简单而实用的新型指力传感器,它可应用于机器人手指,检测到3个方向的荷载作用信息,并且输出相应的信号给机器人的控制系统,以控制或调节指力的大小,实现对物体的抓放等一系列行为.从传感器材料的选取,结构模型的设计,到测量电桥的设计,有限元模拟计算,最后得到测点应力的空间分布规律。结果说明双孔指力传感器在复杂受力情况下,也可准确测量各方向的荷载.     

自行车骑行过程中脚踏力的分析

本文提出了把在骑行过程中的脚踏力分解为直接由纯关节力矩而产生的肌肉分量和由重量与惯性力的作用产生的非肌肉分量的分析方法．在平面关节运动和关节力矩给定条件下，利用Ｎｅｗｔｏｎ－Ｅｕｌｅｒ系统中的动力学方程求解两个分量．通过在３个不同转速下承受普通载荷的自行车脚踏力的分析为例来说明脚踏力的分解方法．主要的结果是：非肌肉力分量的大小随转速增加而增加，肌肉力分量的大小基本保持相对恒定．     

型钢混凝土框架节点非线性有限元分析

在型钢混凝土框架节点试验分析的基础上，提出了型钢混凝土框架节点的力学分析模型，编制了从加荷到破坏的全过程分析程序。经与试验结果对比，两者吻合较好。     

Experiment and finite element analysis of micromilling force

For predicting the milling force in process of micromilling aluminum alloy, the law for micromilling force changing under different milling parameters was studied. The elastic-plastic finite elelent model of micromilling was found using general commercial software. During modeling, the Johnson-Cook＇ s coupled thermal- mechanical model was used as workpieee material model, the Johnson-Cook＇ s shear failure principle was adopted as workpiece failure principle, and the coupled thermal-mechanical hexahedron strain hybrid modules and serf-adaptive grid technology based on the updated Lagrange formulation were used to mesh the workpiece＇ s elements, while the friction between tool and workpiece obeys the modified Coulomb＇ s law that combines with the sliding friction and the adhesive friction. By means of finite element analysis, the law for micromilling force changing under different milling parameters was obtained, and the results were analyzed and compared. Finally micromilling experiments were carried out to validate the results of simulation.     

电磁阀的有限元法磁场分析及吸力计算

提出了电磁阀的吸力计算公式 ,建立了电磁阀的二维有限元模型 ,利用模型进行了计算软件的设计 .运用此软件对某公司生产的SRS电磁阀进行了磁场分析和电磁力计算 ,通过比较发现计算结果与测试结果吻合较好 .同时给出了电磁力和功耗随导线线径、匝数变化的关系曲线 ,讨论了电磁力和功耗与导线线径和匝数之间的关系 .     

两种并联机构的静刚度及有限元分析

以经典的3-RPS和其变异机构3-SPR并联机构为例,建立考虑约束反力两种机构的6×6形式的雅可比矩阵,并建立刚度模型.利用实体建模软件SolidWorks建立两种并联机构的实体模型,并利用商用有限元软件Workbench对其进行有限元分析,对比了两种并联机构的变形情况.结果表明3-SPR并联机构的刚度性能优于3-RPS并联机构的刚度性能,两种并联机构的Z方向刚度均比X、Y两个方向的刚度大.     

板壳结构有限元分析中切向荷载的施加方法

结合火电厂钢煤斗结构分析的实际,提出了板壳结构有限元分析中复杂曲面切向荷载的施加方法,即将面荷载转化为等效节点荷载.阐述了算法的思想并编程实现了该算法,介绍了具体的操作过程,可供类似工程结构分析作参考.     

变电站人字柱单钢管梁节点有限元分析

人字柱单钢管梁节点是变电站构架设计中一种常用的节点形式,但由于边界和受力比较特殊,在各种规范和文献中都没有其明确的计算方法.利用ANSYS通用有限元程序对人字柱单钢管梁节点进行有限元分析,重点分析了节点在平面内弯矩作用下的变形和应力分布情况.根据分析结果总结出节点螺栓拉力的简化计算公式,在此基础上对柱顶板的计算条件进行简化,参考法兰盘的计算公式总结出柱顶板的参考计算方法.     

人体腰椎节段CT图像的反求建模和有限元分析

利用Mimics将人体腰椎CT断层扫描图像反求建模,导入UG并加入包含纤维环及髓核的椎间盘,模拟建立人体腰椎L4-L5节段三维模型,再通过UG与ANSYS Workbench的无缝接口将该模型导入后者,对模型赋值并进行有限元分析,得出人体直立站位时,正常腰椎的椎体位移云图及应力云图.最后将模型进行简化,利用材料力学的理论公式进行强度校核.得知最大位移发生于椎间盘上表面前部,位移值为0.161 mm;最大应力出现在L4下关节突上,应力值为15.073 MPa.有限元分析结果与理论计算结果相对误差较小,表明方法可行,计算结果可靠,为临床医学提供理论参考.     

余能原理基面力元法在重力坝应力分析中的应用

介绍了二维线弹性问题的余能原理基面力元法。该方法以基线力表征物体的受力状态,以其对偶量位移梯度表征物体的变形状态。通过重力坝算例与平面4节点等参元（Q4模型）和平面4节点减缩积分单元（Q4R模型）的对比分析,探讨了基面力元法应用于重力坝应力分析的可行性。数值分析结果表明,基于余能原理的基面力元法具有较高的计算精度,可以应用于重力坝应力分析问题,有较广阔的应用前景。