基于自回归倒谱法估计骨小梁间距

基于超声背散射信号，本文提出用自回归（AR）倒谱法来估计松质骨中骨小梁的间距。对牛胫骨和人离体跟骨松质骨中的超声背散射信号采用AR倒谱法进行了分析，并估计了牛胫骨和人离体跟骨中骨小梁的平均间距。结果表明，松质骨的密度与骨小梁的平均间距具有密切的关系，随松质骨表观密度的减小，骨小梁的平均间距增大，用AR倒谱能比较准确地估计出松质骨中骨小梁的平均间距。     

异形片弹簧结构对刚度与力学性能影响的研究

为了得到异形片弹簧结构参数对异形片弹簧刚度与力学性能的影响规律,应用HyperMesh软件与ANSYS软件联合仿真,对异形片弹簧刚度与力学性能进行分析计算,并与理论计算结果进行对比。研究结果表明,随着异形片弹簧所受载荷的增大,异形片弹簧端部位移线性增大,刚度为恒定值。异形片弹簧长臂形状对力学性能的影响不大。随着异形片弹簧长臂初始夹角的增大,刚度减小,所受最大应力减小。随着异形片弹簧臂长的增大,刚度减小,所受最大应力在臂长为11 mm时为最小值,之后随臂长的增大而增大。随着异形片弹簧厚度的增大,刚度增大,所受最大应力减小。     

AA7075板材热处理的增塑机制及成形性能

结合生产工艺过程，研究了成形所需固溶处理、工序衔接所需自然时效、性能恢复所需人工时效对板材力学性能和成形性能的影响；通过金相显微镜、扫描电子显微镜和能谱分析等手段，探索热处理对板材显微组织与宏观力学性能的影响。结果表明：AA7075板材经固溶(480 ℃,0.5 h)水淬且自然时效处理后，最大力总伸长率提高85%、屈服强度降低60%，后经人工时效(120 ℃,12 h)处理，板材可完全恢复力学性能；固溶后,板材成形极限大幅提高，回弹比率显著减小；后继时效处理对弯曲角变化影响微弱。     

风电机组载荷优化对变桨轴承力学行为影响研究

以往的研究主要关注的是变桨轴承本身的力学性能与设计改进，在载荷变化对变桨轴承力学行为影响规律方面还缺乏系统性研究，以致难以定量预测载荷优化对变桨轴承可靠性提升产生的影响，不利于变桨控制策略的准确制定。为此，引入了在线测试与仿真分析技术，研究了载荷优化对变桨轴承力学行为的影响。首先，采用基于应变载荷测试与位移传感器的在线测试方法，测试了风电机组在不同功率水平下载荷优化前后的叶根载荷，以及相应的变桨轴承内外套圈径向与轴向相对位移；然后，提出了一种有限元分析方法，建立了考虑变桨轴承及其周边支撑结构柔性的变桨系统有限元模型；最后，将实测载荷作为输入进行了仿真计算，分析了载荷优化对变桨轴承变形、滚动体与滚道间最大接触应力及最小边缘接触余量角的影响。研究结果表明：载荷优化降载3.46%～5.08%后，相同功率水平下变桨轴承变形减小，最大接触应力减小1.10%以上，最小边缘接触余量角增大0.47°以上，变桨轴承可靠性得以提升。该研究结果可为载荷优化控制策略的准确制定提供指导。     

选区激光熔化梯度多孔支架力学性能和能量吸收研究

基于三周期极小曲面设计梯度 Ti6Al4V 多孔支架,并采用选区激光熔化打印成形,分析边缘孔隙率P_out、中心孔隙率P_in和平均孔隙率■对力学性能和能量吸收的影响。研究结果表明：相同■的梯度多孔支架弹性模量、抗压强度和单位体积的总吸收能量 W_V都随着 P_out的增大而减小,随着 P_in的增大而增大;不同 ■的梯度多孔支架弹性模量、抗压强度和 W_V随着 ■的增大而减小;P^-对其弹性模量、抗压强度和 W_V的影响大于 P_in、P_out的影响。打印成形的梯度多孔支架能够满足股骨和胫骨的弹性模量、抗压强度要求,建立的力学性能模型可为面向骨科医学多孔支架的应用提供参考。     

自旋转车刀加工时切削参数对金属纤维性能的影响

金属纤维的主要力学性能指标是抗拉强度和韧性，研究了用自旋转车刀加工金属纤维时，切削深度和进给量对纤维力学性能的影响，并结合已有的工作，得到切削法加工金属纤维的规律；纤维的力学性能随着纤维变形系数的减小而提高。     

铆接面对飞机关键接头力学性能的影响研究

文中采用试验测试结合有限元仿真分析的方法,针对某小飞机机身与机翼关键接头,研究了加强筋铆钉连接的接触面与关键接头附近应力分布的关系,并进一步分析了高强度胶处理接触面对应力分布的影响作用。研究表明：当铆钉连接的两接触面接触不紧密时,接头传力性能较差,接头处易出现较大的应力集中,从而影响其结构力学性能;高强度胶粘接接触面可以大幅提高铆钉连接的传力性能,使接头附近应力集中大幅减小,从而改善其结构力学性能。     

航空发动机用W形金属封严环结构优化设计

为提高航空发动机W形金属封严环的密封性能,以某W形金属封严环为研究对象,建立金属封严环二维轴对称有限元模型,通过轴向刚度仿真与试验验证了仿真模型的正确性。利用ANSYS软件APDL语言和参数化技术对金属封严环结构尺寸进行参数化建模,以增大封严环与法兰间的接触应力为目标,利用ANSYS零阶优化算法对金属封严环进行结构参数优化,得到了其最优截面尺寸。结果表明:优化后W形金属封严环壁厚和波高有所减小,而最大接触应力提高了8.8%,最大Von-Mises应力降低了4.3%,因而可提升金属封严环密封性能和使用寿命;优化后W形金属封严环轴向刚度仅降低3.2%,对其力学性能影响不大。     

小半径曲线通过仿真数据处理与试验对比研究

为比较不同数据处理方式对机车小半径曲线通过动力学性能的影响,运用多体动力学软件SIMPACK建立了某大功率交流传动电力机车动力学模型,采用不同方式对机车通过R300 m小半径曲线仿真结果处理,并与试验数据对比分析。结果表明:1)数据处理方式对机车小半径曲线通过动力学性能影响很大。轮轴横向力和轮重减载率2 m平滑后统计值比1/4周长滤波时小9.84%~22.67%,各指标变化也更平缓;脱轨系数滤波后与滤波前相比,统计值减小14.62%~28.39%,明显消除了高频干扰信号的影响,且波长越大滤波的影响越大。2)轨道不平顺越大,同一指标采用不同方式处理后变化百分比越大,数据处理方式对机车动力学性能的影响也越大。3)各指标试验中的评定值对应的仿真轨道不平顺均较平均值对应的不平顺大;不同线路条件,不同方向上轨道不平顺的差异性又各不相同。应在今后的分析中考虑数据处理和线路不平顺的差异性,使仿真更好地反应实际。     

[材料成形中的数字化与智能化产品设计]6016铝合金汽车典型结构件固溶成形工艺研究

以某车型铝合金汽车后风挡下横梁为研究对象,利用PAM-STAMP软件进行了一步固溶成形和分步固溶成形工艺分析。通过优化关键工艺参数如摩擦因数和成形温度,结合相应的工艺实验,建立了工艺仿真模型;通过对测量路径上壁厚分布的实验值与数值模拟值进行误差对比分析,判断成形工艺合理性。结果表明：汽车后风挡下横梁采用一次成形方式容易在中间形变突变处造成开裂或减薄现象,随着摩擦因数增大,最小厚度急剧减小;相比一次成形方式,采用分步成形方式,最小减薄率减小了4.67%,回弹量减小了40.21%,温度与摩擦因数对最小厚度的影响较小;经时效处理后进行力学性能检测,铝合金汽车后风挡下横梁抗拉强度达到308 MPa,表明采用固溶成形工艺是可行的。     

二硫化钼/丁腈橡胶热氧老化及摩擦性能模拟研究

为研究二硫化钼(2H-MoS₂)对抗氧剂4020和丁腈橡胶(NBR)复合材料热氧老化及摩擦学性能的影响,采用分子动力学(MD)模拟分别建立4020/NBR和MoS₂/4020/NBR复合材料的模型,分析不同温度下2H-MoS₂对热氧老化性能、力学性能和摩擦学性能的影响。结果表明：添加MoS₂后,复合材料的相容性、稳定性和热氧老化性能均得到有效提高,力学性能也得到明显提升,即使在398 K高温下,复合材料也能表现出优异的热氧老化性能和力学性能;与4020/NBR复合材料相比,MoS₂/4020/NBR复合材料在298、398 K温度下的摩擦因数分别减小了约30%和25%,磨损率减小了5%和7%,表明MoS₂可以有效提高NBR复合材料的摩擦学性能。     

刀具角度对TC4钛合金切削力的影响

基于Deform建立了硬质合金刀具切削TC4钛合金时的仿真模型,通过切削试验对仿真模型的主切削力进行了验证,并利用该模型对刀具角度与切削力之间的关系进行了研究。研究结果表明:仿真所得到的主切削力与试验测得主切削力相差小于10%,仿真模型可靠性较高,可用于TC4钛合金切削力的研究。通过仿真研究得到,在一定范围内,随着刀具前角的增大,主切削力和进给力明显减小;刀具后角的增大对主切削力影响不明显,但对进给力的影响比较明显。     

类方形蜂窝夹芯胞元尺寸的等效力学性能与优化

为了提升类方形蜂窝等效力学性能，在推导了其尺寸参数与等效力学性能的函数后，将尺寸参数作为设计变量、等效力学性能为优化目标，建立了类方形蜂窝夹芯胞元优化数学模型，采用了多目标遗传算法进行优化设计。给出胞元尺寸单参数响应及多尺寸协同作用的响应分析并从多目标优化代表性解中选取到最优解。优化结果得到：当夹芯胞元尺寸参数l/t取114.3899、l/h取0.9598时，等效密度增加59.52%,y方向等效弹性模量减小了67.37%，但x方向等效弹性模量增大了109.77%，等效剪切模量增加了421.94%，类方形蜂窝夹芯的等效力学性能显著提升。研究结果对类方形蜂窝夹层结构的优化设计提供一定的依据和参考。     

超精密切削SiCp/Al复合材料力学性能仿真

研究了超精密切削加工SiC_p/Al复合材料的力学性能,运用ABAQUS有限元软件建立三维有限元模型,分析刀具前角和切削速度对切削力的影响。仿真和数据分析表明:平均主切削力随切削速度的增大而增大,随刀具前角的增大而减小;由于SiC颗粒的存在,切削时应力过大容易加快刀具磨损。     

SiC陶瓷旋转超声振动套磨制孔有限元仿真及实验研究

为解决SiC陶瓷加工时容易出现崩边、裂纹等问题,结合仿真与实验对其进行旋转超声振动套磨制孔技术研究。根据SiC陶瓷宏观力学本构模型,建立SiC陶瓷制孔仿真有限元模型并进行加工过程仿真分析,相比常规制孔,超声振动制孔的仿真轴向力最大可减小26.1%。常规加工和超声振动加工的对比实验研究表明,旋转超声振动加工可减小轴向力达32.9%,可大幅减少陶瓷材料脆性断裂,显著改善孔壁表面质量。有限元仿真与实验研究所得的轴向力在超声振动下最大相差7.5%,常规条件下两者最大相差14%,验证了有限元模型的正确性。仿真和实验研究结果表明：超声振动加工可显著减小轴向力和刀具磨损、提高刀具耐用度、改善制孔质量、降低加工成本。     

稀土La含量对铜基粉末冶金摩擦材料摩擦磨损性能的影响*

采用粉末冶金方法制备含稀土La的铜基摩擦材料,研究稀土元素La的添加量对材料的摩擦磨损性能的影响规律。结果表明,随着La含量增加,材料的硬度增加,抗压强度先增大后减小,同时材料的摩擦因数减小,磨损量先减小后增大。添加La质量分数为1.5%的Cu基摩擦材料的力学性能和摩擦性能最好。稀土元素La对铜基摩擦材料改性作用表现为细化晶粒,改善材料的微观组织结构,增强磨损表面氧化膜的稳定性,产生固溶强化和弥散强化,提高了材料的力学性能和摩擦学性能。     

超声表观背散射参数成像定征松质骨结构的可行性研究

骨矿密度的降低与骨微结构的退化都会导致骨强度的下降,从而引发骨质疏松.松质骨的超声背散射信号中包含骨微结构信息.本文提出用超声背散射系数(BC)和平均积分背散射系数(AIB)成像来定征松质骨微结构,并对骨样本感兴趣区域(ROI)内的BC 和AIB与μ-CT获得的骨结构参数做线性相关分析.研究结果表明,超声背散射参数的平均值与骨小梁厚度(r=0.898)、骨小梁间距(r= -0.916)有较强的相关性.说明利用背散射参数图像来反映松质骨微结构的特征是可行的.     

基于油液特征模型的外啮合齿轮泵数值仿真分析

为研究油液的物理特性对齿轮泵脉动及噪声的影响机理,运用FLUENT对齿轮泵的二维内部流场进行模拟研究,对比分析了有无油液的压缩性、粘度对齿轮泵内部流场及泵出口脉动的影响。仿真结果表明:考虑压缩性较不考虑压缩性时,流量脉动系数增大了3.43%,压力脉动系数增大0.2%;考虑粘度变化较不考虑粘度变化时,流量脉动系数减小1.54%,压力脉动系数减小0.08%;考虑油液特征模型较不考虑时噪声增大了2.7d B。仿真与实验结果相吻合,为开展齿轮泵的非线性流体动力学及减振降噪等方面的研究提供了理论依据。     

工艺参数对H13热作模具钢激光重熔-火焰喷涂复合涂层性能的影响

研究了工艺参数对激光重熔-火焰喷涂复合涂层后H13热作模具钢的高温耐磨损性能、高温力学性能、抗高温氧化性能和热疲劳性能的影响规律。结果表明,单一增大激光功率或喷枪移送速度,激光重熔-火焰喷涂H13热作模具钢的高温耐磨损性能、高温力学性能、抗高温氧化性能和热疲劳性能均先提高后降低。与未经喷涂处理的H13钢相比,激光重熔-火焰喷涂复合涂层H13钢在500℃下的磨损体积减小91%、抗拉强度增加151%、屈服强度增加182%、500℃高温氧化72h后的单位面积质量增重减小90%、热疲劳裂纹级别从11级变为2级。     

足踝步态模拟机运动学和动力学分析

研究足踝步态模拟机运动学和动力学,为试验台运动驱动提供理论依据,验证试验台的仿真能力。设计了一种五自由度的步态模拟机,建立了Adams虚拟样机和足踝模型,并对其进行运动学和动力学仿真,与活体实验数据比对了足踝运动特性曲线、胫骨轴在矢状面的旋转特性曲线及着地相进程中的足底反力。根据仿真中控制规律,对实验台进行了运动学和动力学验证。结果表明,模拟机的踝关节位移模拟结果曲线与活体实验测量结果曲线吻合良好,最大误差低于5%;同时能够较精确模拟人体胫骨轴旋转运动趋势;足底反力与活体测量数据较为吻合;试验台重复良好特性。