C4-C6颈椎节段受压生物力学特性分析

文章利用影像诊断技术(CT扫描)获得的人体颈椎三维图形,配合相关的生理解剖学知识,建立了颈椎C4-C6运动单元完整和精确的有限元模型.这一模型包括了颈椎C4-C6运动单元的各节骨骼、椎间盘和各种韧带.在这一颈椎运动单元的有限元模型中,椎间盘纤维环材料模型为作者前期提出的一种超弹性的、考虑基质与纤维剪切相互作用的纤维加强复合材料模型,其余的均简化为线弹性材料模型.文中模拟了颈椎受到轴向压缩载荷时的生物力学特性,分析了不同椎间盘纤维环材料模型对椎间盘生物力学响应的影响,得出的有限元分析结果(颈椎力-位移关系)与文献中的轴向压缩实验数据较为吻合.颈椎有限元模型在受到压缩过程中,椎间盘纤维环背侧的应力变化最为明显.文中采用有限元方法所得出的颈椎生物力学特性可以为临床上颈椎不稳和椎间盘纤维环退变的诊治提供生物力学依据.     

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.     

高速冲击下人体颈椎与椎间盘接触应力分析

建立了人体头颈部有限元生物力学模型,并在颈椎与椎间盘问设置接触．以15g加速度裁荷施加于头颈部有限元模型的头部,进行高速冲击有限元分析,得出颈椎与椎间盘的接触应力分布情况．结果表明：高速冲击下C6、C7间易发生椎间盘突出;在头颈部有限元模型中设置接触奈件,可以更好地模拟头颈部的生理特性和动力学响应情况．     

7A52铝合金双丝MIG焊接温度场及残余应力场数值模拟

运用大型有限元模拟分析软件ABAQUS,采用双丝MIG焊接方法,对7A52超硬铝合金的平板对接接头温度场和残余应力场进行数值模拟。模型选用三维实体单元,考虑了材料物理性能随温度变化的影响,借助Fortran语言添加DFLUX用户子程序完成热源模型的添加过程,利用单元“生死”及“追踪”模拟焊接过程。得出了三维温度场及残余应力场云图,并对数值模拟结果进行分析。     

人体椎间盘纤维环各向异性超弹性材料本构模型的数值验证

在用有限元法进行人体椎间盘生物力学分析时,椎间盘纤维环本构模型的优劣将直接影响分析结果的准确性。因此,提出椎间盘纤维环本构模型并对其准确性进行验证变得十分重要。作者前期提出了一种考虑基质与纤维剪切相互作用,适用于人体椎间盘纤维环的各向异性超弹性纤维加强材料本构模型,文章将利用实体标本实验数据对这一模型进行数值验证。利用影像诊断技术(CT扫描)获得人体腰椎L3-L4节段的三维模型,建立包括椎体、椎间盘和各种韧带的有限元分析模型。其中椎间盘纤维环采用作者前期提出的超弹性各向异性纤维环材料本构模型建立。利用商业有限元软件ABAQUS/Standard进行与实体标本实验条件相同情况下的模拟分析,得出分析结果,与实体标本实验结果对比,验证所提出的各向异性超弹性纤维环本构模型的正确性和有效性。模拟分析结果和实体标本实验结果具有良好的一致性,具有良好的生物力学逼真度。此模型可以用于人体椎间盘纤维环的模型建立与生物力学分析。     

钢筋混凝土结构多尺度建模与数值分析

采用通用有限元软件ABAQUS实现了精细单元与粗糙单元之间的界面耦合及变形协调,并通过算例验证了结构多尺度有限元分析方法的有效性和精确性。基于多尺度方法,结合纤维模型子程序与混凝土塑性损伤模型,对钢筋混凝土框架结构进行多尺度建模,并进行了弹塑性时程分析及局部构件损伤分析。结果表明：对于大型结构或复杂结构来说,多尺度计算可较好地模拟局部构件的复杂边界条件,为大型工程结构进行多尺度计算提供参考。     

基于ANSYS的埋地套管力学分析

运用ANSYS软件,建立了埋地套管的三维有限元模型。通过室内实验,分析了埋地套管管中心应力与地面施加载荷之间的关系,以及不同载荷下套管长度方向上的应力分布规律,并与有限元模拟结果进行对比,验证了模型的可靠性。最后结合油田几种套管案例建立了三维有限元模型,分析了套管达到屈服强度后的地面施加载荷的临界值,研究结果可为管道与套管的安全防护提供一定的参考。     

钢筋灌浆套筒连接性能有限元显式分析

为深入研究钢筋灌浆套筒连接件的受力性能,本文提出一种基于全实体单元模型的显式动力分析方法.采用ABAQUS有限元软件建立6个钢筋灌浆套筒连接件的三维实体有限元模型进行显式动力分析,对灌浆料则分别采用混凝土的损伤塑性模型及混凝土脆性断裂模型加以模拟,并将数值分析结果与试验值进行对比,研究各试件的破坏形态、破坏过程、荷载-...     

钢结构中高强螺栓连接的数值模拟方法

为能够对使用众多高强螺栓群拼接的钢结构大型复杂节点进行精确的有限元数值模拟分析,并揭示螺栓拼接节点在各阶段的受力性能,提出了一种以连接件单元代替螺栓的简化模拟方法。对高强螺栓单剪连接使用实体单元建模,并考虑各种非线性影响,进行精细的有限元模拟分析。在深入研究连接的弹性、滑移、强化和屈服等各个阶段受力机理的基础上,给出了代替螺栓连接件的本构关系,并将其成功应用于简化的壳单元连接模型中。针对工程中常用的不同规格连接进行了大量算例分析,并将简化模型与精细模型计算结果进行对比,验证了所提方法在高强螺栓拉剪连接有限元模拟中的可行性,为使用数值模拟方法揭示大型复杂螺栓群连接节点的真实受力状态奠定了基础。     

基于ANSYS的简支梁桥柔性墩纵向力分配研究

在刚度耦合模型的基础上,采用大型有限元分析软件ANSYS建立三维实体有限元模型,对连续桥面简支梁桥柔性墩纵向力分配进行仿真分析,通过有限元模拟值与采用刚度耦合模型得到的计算值对比分析表明,刚度耦合模型计算墩顶水平力是合理的,结果是可靠的.采用节点耦合的方式模拟板式橡胶支座,采用弹簧-阻尼单元模拟滑板支座是可行的.     

剩余强度衰减的混凝土结构疲劳可靠性分析

混凝土结构疲劳破坏是实际工程中主要存在的一个问题,它的疲劳破坏机理比静力承载能力的破坏机理复杂,而且影响因素较多,大量实验数据显示,混凝土结构的疲劳强度是随机的,需运用概率理论和可靠度理论相结合对其进行分析。本文基于随机有限元法,利用ANSYS有限元分析软件,以混凝土重力坝在低周地震荷载工况为例建立三维有限元模型,进行随机疲劳可靠度分析,计算结果表明:采用剩余强度衰减模型进行疲劳可靠性分析在工程结构抗疲劳设计中具有适用性。     

半刚性路面TDC成因的有限元分析

沥青路面向下扩展裂纹(Top-down Cracking,简称TDC)是导致沥青路面破坏的原因之一,也是目前道路工程领域研究的热点.为探讨TDC成因,建立了路面结构的三维有限元模型,并采用大型有限元软件进行计算.计算结果表明,在假定的车轮荷载作用下,路面结构最大剪应力发生在路面表层,位置在轮迹边缘,其大小接近或超过常温下沥青混合料的抗剪强度,是导致半刚性路面产生TDC的主要原因.     

基于Hypermesh的轻型货车车架动态特性有限元分析

为了获得货车车架的最佳结构方案,采用有限单元法分析了车架的动态特性。利用UG建立车架的三维装配模型,将模型导入Hypermesh,并进行结构简化、几何清理、抽取中面和划分网格,创建了车架的有限元模型。通过模态求解,获得车架的前6阶弹性模态参数,讨论了车架与路面、发动机等主要激励源的频率耦合关系,分析了车架在冲击载荷作用下的瞬态动力响应。结果表明需要加强板簧与车架连接处的局部刚度,在冲击载荷作用下,节点最大的位移响应值为0．44mm,且车架振动衰减规律符合设计要求。     

挖掘机动臂应力测试及优化

动臂是挖掘机的主要承力部件,在施工时会承受较大的交变复合应力和复杂的瞬态冲击载荷.基于CATIA软件建立挖掘机动臂的实体三维模型,并根据有限元分析结果制定动臂瞬时应力的检测方案.通过实测数据与有限元计算数据的对比,在验证有限元分析可靠性的基础上,优化动臂模型,指导实际生产.     

野外作业汽车车身的安全性结构分析

利用CATIA软件建立由防滚圈、立柱、横梁、纵梁、斜撑、副钢管、加固板以及支耳等组件构成的防滚架模型,并用ANSYS对防滚架模型建立了主要由梁单元构成的防滚架有限元模型。分别进行了防滚架顶部承受垂直负载9吨、在汽车行进方向左侧防滚架顶部纵梁承受承45度角负载5吨两种情况的数值模拟计算。结果表明,防滚架顶部斜撑、加强横梁以及防滚架后环斜撑能够提高结构的安全性。     

碗式半刚性节点网壳弹塑性稳定分析

碗式节点(Socket-joint)具有一定的抗弯承载力,是一种典型的半刚性节点,也是一种新型的大跨空间结构节点形式.为能够较准确地得出碗式节点的弯矩-转角曲线,使用有限元软件ANSYS对其进行数值模拟,研究了碗式节点的弯曲刚度特征,得到节点的弯矩-转角曲线.在此基础上,研究了40m的K8型半刚性节点的单层球面网壳的弹塑性稳定性能,分析了网壳在矢跨比,节点的弯曲刚度,网壳分频数等参数变化的情况下,网壳极限承载力的变化规律.通过参数分析,较为全面掌握了碗式半刚性节点单层球面网壳的稳定性能.     

超高层建筑用施工升降机结构的建模与分析

以超过400 m以上施工升降机为对象,通过对升降机结构形式的简化以及对结构部件的连接形式的分析,建立了采用多种单元类型混合建模的超高层建筑用施工升降机的有限元模型.根据相关设计规范选择载荷系数、进行载荷组合,通过有限元软件对施工升降机主结构的强度和稳定性进行计算,分析在进行这类超高层施工升降机结构设计过程中出现的新问题,并对这类问题提出合理可行的修改方案,优化升降机结构形式,为今后更高、更快的施工升降机结构设计、计算和分析提供了相关的参考数据.     

高铁弹塑性地基振动与变形的2.5维有限元算法

针对高铁运行引起的地基振动和塑性变形问题,提出高铁荷载作用下弹塑性地基振动与变形的2.5维有限元算法。将高铁运行诱发的地基变形视为材料非线性问题,采用改进的摩尔-库伦模型模拟地基土,基于弹性地基2.5维有限元法,将通过弹性理论计算得到的位移作为试探位移,经摩尔-库伦屈服准则判定屈服后,引入切线刚度迭代法、后向欧拉积分算法和一致切线模量算法实现刚度矩阵的更新迭代,从而求解出高铁运行引起的塑性变形。在此基础上,将轨道视为Eular梁,采用修正的多频列车荷载模拟高铁列车运行,并使用黏弹性人工边界处理截断边界,建立高铁弹塑性地基振动与变形的2.5维有限元验证模型。通过与移动点荷载弹性半空间解析解和地面振动实测结果进行对比,验证本文弹塑性地基2.5维有限元法理论的正确性及模型应用的可靠性,表明该方法可用于高效求解高铁运行引起的地面振动及累积变形问题。     

Load identification in one dimensional structure based on hybrid finite element method

The new hybrid elements are proposed by combing modified Hermitian wavelet elements with ANASYS elements. Then hybrid elements are substituted into finite element formulations to solve the load identification. Transfer matrix can be constructed by using the inverse Newmark algorithm and hybrid finite element method. Loads can obtain through the responses and the transfer matrix. Load identification law was studied under different excitation cases in rod and Timoshenko beam. Regularization method is adopted to solve ill-posed inverse problem of load identification. Compared with ANSYS results, hybrid elements and HCSWI elements can accurately identify the applied load. Numerical results show that the algorithm of hybrid elements is effective. The accuracy of hybrid elements and HCSWI elements can be verified by comparing the load identification result of ANASYS elements with the experiment data. Hermitian wavelet finite element methods have high accuracy advantage but it is difficult to apply the engineering practice. In practical engineering, complex structure can be analyzed by using the hybrid finite element methods which can be obtained the high accuracy in the crucial component.