基于有限元方法的 SMILE 角膜建模及术后变形和应力分析

为探究飞秒激光小切口角膜基质透镜取出术(Small incision lenticule extraction,SMILE)术后角膜的变形和应力变化,本文采用Odgen超弹本构方程来描述角膜力学行为,构建角膜有限元模型,在14、16、18和20 mmHg四种眼内压作用下仿真SMILE角膜屈光手术矫正屈光度(-1～-6 D)、中央角膜厚度(480～630μm)、角膜切削直径(4～8 mm)对术后角膜内表面中央顶点位移差的影响,并研究术后角膜内表面整体位移和等效应力变化.结果表明,在相同眼内压作用下,角膜内表面中央点位移差与矫正屈光度呈近似线性增长;中央角膜越厚,角膜内表面中央点位移变化则越小;角膜切削直径越大,角膜内表面中央点位移差变化越显著.对中央角膜厚、矫正屈光度低、切削直径小的患者,行SMILE术后,角膜变形较小,手术安全性高,术后不易诱发角膜扩张膨隆.本文工作可为临床近视眼角膜SMILE屈光手术术前准备和术后效果预测提供参考.     

人眼角膜曲率参数亚像素测量系统的设计

为了提高人眼角膜曲率参数的测量精度,设计了一套角膜测量系统.利用红外光将标准的靶环投影到人眼角膜上,反射后形成带有眼角膜参数特性的虚物,该物再经光学系统成像在CCD图像传感器上.然后通过高速DSP TMS320F2812进行图像二值化处理,最后采用插值方法计算角膜曲率参数.实验用标准角膜模拟眼进行了测试,结果同日本TP...     

简支箱梁桥沥青铺装层层间接触分析

通过ANSYS软件建立了简支箱梁桥足尺模型,桥面铺装层间采用接触方式,分析了简支箱梁桥在中部偏载作用下沥青混凝土铺装上下面层厚度、弹性模量、层间粘聚力以及层间脱空面积变化对铺装层产生的影响.计算分析结果表明:沥青铺装层上下层厚度变化对铺装层内纵横向拉应力影响明显,增加铺装上层厚度可以减少铺装下层的拉应力和剪应力,增加铺装下层厚度对层间抗剪作用影响不敏感;增加铺装上层弹性模量能减小铺装下层拉应力和剪应力,增加铺装下层弹性模量不能提高铺装层抗剪效果;层间粘聚力大于0.25 MPa时,铺装上下层各应力基本不变;随着铺装层间脱空面积的增大,铺装层上下层相关应力增大,在脱空处容易产生破坏.沥青铺装层层间存在脱空时,铺装层上层纵横向拉应力和剪应力大于铺装层下层的对应应力.     

锚杆受拉拔荷载渐进失效全过程与影响因素

为研究锚杆受拉拔荷载作用下渐进失效机理与锚固界面应力分布规律,基于四线性黏结滑移模型,考虑残余强度对剪胀和软化应力区域长度的影响,通过锚固单元受力平衡条件修正了前人提出的剪胀-软化-脱黏阶段、软化-脱黏阶段和完全脱黏阶段的荷载-位移解析方程.根据2项拉拔试验研究,对分析模型进行了标定和验证.讨论弹性模量、锚杆半径和锚固长度参数对荷载-位移、应力分布曲线敏感性.结果表明,锚杆半径和弹性模量的增大提高了极限荷载且较大地限制了锚杆延性;加载端进入脱黏应力状态之前的荷载-位移曲线与锚固长度无关;弹性模量对轴应力峰值呈正相关,但锚杆半径对轴应力峰值呈负相关.     

基于等厚未变形切削厚度残余应力预测

机械加工引起的残余应力一直是制造领域关注的重点，表面残余应力状态能反映零部件性能与使用寿命.为更好地了解铣削加工零件表面与次表面残余应力状态，将铣削不等厚未变形切削厚度转换为等厚未变形切削厚度进行微元铣削力建模.通过仿真建立2D等厚未变形切削厚度模型研究切削钛合金时的温度，结合微元力与温度模型对铣削后加工表面残余应力进行预测，并将残余应力预测值、仿真值与实测值进行比较.结果表明，残余应力仿真值与实测值的变化趋势基本一致，通过等厚未变形切削厚度建立的残余应力预测模型能够反映表面应力状态.     

线性分布载荷作用下功能梯度简支梁弯曲解析解

针对线性分布载荷作用下,材料属性在厚度上任意变化的功能梯度简支梁弯曲问题,利用应力函数法,对其解析解进行了研究.首先引入了一个应力函数Φ,根据平面应力状态的基本方程,得出了功能梯度梁的应力函数应满足的偏微分方程,并根据应力边界条件得出了应力函数及各向应力的表达式;进而根据功能梯度材料的本构方程和位移边界条件,得出了结构应变和位移的分布.通过将本文的解析解与有限元仿真结果进行对比,验证了计算结果的正确性;并求解了材料组分呈幂律分布的功能梯度梁的应力和位移分布,得到了上下表层材料的弹性模量比λ与组分材料体积分数指数n对应力和位移分布的影响.     

基于虚加刚性弹簧法的守口堡坝的有限元分析

基于虚加刚性弹簧法,结合山西守口堡坝实际工程,在已经建立的具有软化特性的胶凝砂砾石材料的本构关系模型的基础上确定模型需要的参数,对坝体进行有限元分析,得到坝体的应力与位移的等值线图.经有限元分析知,虚加刚性弹簧法的弹性模量大小对坝体的应力和位移影响不大,虚加不同的弹性模量的目的在于解决应力-应变曲线的软化问题.该成果可以为胶凝砂砾石坝体拟定合理的剖面提供依据.     

切削加工中的刀—屑接触区应力分布计算模型建立

切削加工中,刀—屑接触区的应力分布直接影响着切削加工性能、切削温度分布及刀具磨损等,本文通过对直角切削时的切削力的分析和刀—屑接触长度的计算,建立了刀屑接触区的正应力与剪应力的分布计算模型,通过该模型可直接得到刀具前刀面的应力分布情况.     

钛合金的已加工表面残余应力的数值模拟

为了揭示高速切削对航空钛合金加工表面残余应力的影响，利用三维斜角切削有限元模型对钛合金Ti6Al4V的高速切削加工过程进行了模拟，获得了不同切削速度和不同切削深度下的已加工表面残余应力分布.模拟结果表明：切削速度对已加工表面残余应力具有重要影响，而切削深度对已加工表面残余应力影响较小; 已加工表面层残余应力为拉应力，沿深度方向由拉应力逐渐过渡到压应力; 3个主方向的残余应力值随切削速度的增加而增加，而随切削深度的增加无明显变化; 切削速度和切削深度对残余应力层的厚度影响都很小.     

基于有限元法角膜组织力学变形仿真

针对激光角膜热成形术原理,提出了角膜模型的网格划分、加载及约束方案,分析了不同参数情况下角膜的变形量及其曲率半径的变化率.通过分析对比,可以得到不同参量在手术中对角膜曲率变化效果的影响程度,从而确定各个参量在屈光矫正中的作用效果.仿真结果表明,眼压的大小对角膜屈光力的变化有一定的影响,但影响很小;在相同压力的情况下,光凝区直径的变化越大,角膜曲率的变化就越大,手术效果越明显;光凝区直径不能太小,小于4.5mm的情况下,角膜曲率变化很小,手术效果不明显.     

Design of Implant Prosthesis for Bone Injury Repair Considering Stress Shielding Effect

The failure of bone injury repair surgery is mostly due to the stress shielding effect caused by the difference of elastic modulus between the implant prosthesis and human bone, resulting in a great damage to patients. To solve this problem, in this study, the influencing factors of the elastic modulus of implant prosthesis were investigated, the relationship between the elastic modulus of the implanted prosthesis and the influencing factors was analyzed, and then a design method of the implant prosthesis to reduce the stress shielding effect by adjusting the unit module to control the elastic modulus was established. This method was used for the biomechanical simulation to simulate the displacement and stress distribution between the implant prosthesis and the surrounding bone tissue, and then the reliability of the method was verified. The implant prosthesis with an elastic modulus consistent with that of the experimental dog bone was made by this method, and used for the animal experiments. The effects of implant prosthesis with different modulus on the growth of surrounding bone tissue were observed, and at the same time, the reliability of the implant design method and the results of biomechanical simulation were verified. It is confirmed that this method can effectively reduce the stress concentration of implant prosthesis by more than 15.4% and increase the growth of bone tissue by more than 21%.     

库水-重力坝-无限地基系统地震响应分析

为了分析库水以及无限地基辐射阻尼对库水-重力坝-无限地基系统的地震响应影响,通过比例边界有限元法、有限元法以及无限单元法计算了库水-重力坝-无限地基系统的响应.基于SBFEM计算上游坝面库水压力,利用无限单元法分析无限地基辐射阻尼的影响,以Koyna重力坝为研究对象,给出了重力坝在不同地基弹性模量条件下地震位移时程以及应力的响应,随着地基弹性模量的增加,坝体响应增加.与无质量地基模型的计算结果进行对比,考虑无限地基辐射阻尼的计算结果较小.     

路面半刚性基层初期弯沉及模量分析

基于半刚性路面基层在荷载作用下内部应力响应及基层表面回弹位移,对铺筑后基层早期表面弯沉进行连续实测并加以数值统计分析,给出了基层表面初期弯沉变化曲线.根据路面在双圆均布荷载下弹性层状体系理论计算水稳砂砾抗压弹性模量,提出了弹性模量变化非线性回归公式.采用指数函数拟合水稳砂砾模量随龄期的增长变化,以预估在规定期限内能否达到设计标准取值.同时,在基层检验中引入基层材料的弹性模量值,可得即时基层表面回弹弯沉值,作为评估路面基层结构施工质量的控制指标.     

双曝光激光全息散斑干涉法测固体弹性模量的实验研究

本文采用激光全息散斑干涉法,对金属丝弹性模量的测量方法进行了实验研究。这是一种新的实验方法,测量结果精度较高,而且比一般采用的光杠杆法装置简单,操作方便,直观可靠。是进～步在位移场,应力场、应变场以及振动分析等方面开展激光全息散斑干涉法应用的基础。     

Mechanical Property Evaluation on the Bending and Compressing Behaviour of Nano-beam

Based on quasicontinuum(QC) multiscale simulation method,a series of simulation models were set up for bending and compressing rod-shaped microstructure of single crystal Cu.The effects of structural parameters on typical mechanical properties were analyzed,such as elastic modulus,elastic limit,yield strength,and Poisson's ratio.According to the analysis of displacement,inner stress and strain energy,the mechanisms of deformation and failure were also revealed.The experimental result shows that the mechanical properties exhibit obvious size effect during the bending and compression process.In the bending simulation,when the span-thickness ratio is more than 10,the elastic modulus rises slightly with the increase of strain.And the smaller the beam is,the faster the elastic modulus grows.Meanwhile,when the spanthickness ratio keeps constant the elastic modulus will decrease with the growth of the beam sizes.However,in the compression model,the size effect on Poisson's ratio is not remarkable.The dimensional change in one direction cannot influence the mechanical parameters greatly.Mechanical twins and dislocation contribute to the compression behaviour greatly.Meanwhile,the stress concentration can also be found in the inner partial area and the strain energy decreases abruptly after the crush of beam microstructure.     

基于Kerr地基模型单井降水邻近管线变形计算方法

为了研究单井降水对邻近管线的影响,基于Kerr地基模型结合两阶段法提出了一种单井降水引起邻近管线竖向变形的计算方法。在第一阶段采用有效应力原理与Dupuit假定计算出降水引起邻近管线受到的附加应力,第二阶段将管线视作搁置在三参数Kerr地基上Euler-Bernoulli梁,以此模拟管线与土的相互作用进而推导出管线的竖向位移。通过与原位降水试验及Winkler模型的结果进行对比,验证了所提方法的准确性,并进一步分析了土体弹性模量、渗透系数、管-井间距以及水位降深变化对管线竖向位移的影响。分析结果表明：所采用的Kerr地基模型考虑了土体变形的连续性,相比Winkler地基模型更具优越性;土体渗透系数及管-井间距对管线变形影响较小,而土体弹性模量与降水井内水位降深影响较大;土体弹性模量减小、水位降深增大均导致管线变形明显增大,且易引起管线位移超过允许值,应针对相应因素采取防控措施。     

含时间效应的硬石膏隧道弹-膨胀解析模型

为了研究隧道硬石膏围岩膨胀作用下的位移变化规律,基于湿度应力理论,考虑硬石膏膨胀性的时变特征,建立含时间效应的隧道弹-膨胀解析模型.将模型应用于梁忠高速礼让隧道,获得隧道临空面位移变化规律的定量结果,隧道围岩响应曲面以及位移特性曲面.对模型各参数进行敏感性分析,结果表明：1）围岩岩性越好,临空面位移越小,隧道结构越稳定,结果与实际规律相一致;2）隧道临空面位移与隧道支护应力、围岩弹性模量呈负相关,与隧道洞径、静水压力、吸水率、围岩膨胀模量、膨胀时间、吸水系数及线膨胀系数呈正相关.     

基坑土体变形性状研究

为提高用于基坑设计计算的土体参数的合理性、准确性 ,以准确预测基坑开挖中围护结构及周边土体位移 ,针对基坑开挖过程中基坑周边土体中可能出现的应力状态 ,用应力路径三轴试验进行模拟 ,进行一系列饱和原状土的三轴K0 固结不排水剪切试验。通过应力路径试验获知基坑开挖过程中土体的应力应变关系近似呈加工硬化双曲线型 ,推导了土体的弹性模量公式 ,并在试验数据的基础上拟合确定了该公式中初始弹性模量的取值方法。将应力路径研究结果和常规三轴压缩试验获得的参数分别应用于同一实际工程进行有限元计算。有限元计算结果与实测数据进行对比分析后认为 :应力路径试验方法较之常规三轴压缩试验方法获得的参数更理想 ,推导出的弹性模量计算式 ,可用于基坑工程变形计算 ,可供基坑工程设计参考。     

支承点位移对点支式玻璃板承载性能的影响

采用有限元软件ANSYS建立了点支式玻璃板的计算模型,应用线弹性有限元方法分析了几种较不利的支承点位移分别对四点及六点支承玻璃板孔边应力、跨中应力、跨中挠度等承载性能的影响。结果表明：支承点位移对以边中点应力作为控制应力的四点支承玻璃板承载性能的影响很小,而对以孔边应力作为控制应力的六点支承玻璃板承载性能的影响较大。     

宝泉抽水蓄能电站下水库大坝加高工程方案分析

使用ANSYS软件构建了与宝泉下水库大坝加高施工对应的有限元模型,在考虑不同的蓄水方式与新老坝体不同弹性模量的基础上,分析了不同蓄水位和弹性模量对坝体位移、应力的影响。