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3D FEM analysis for layered rock considering anisotropy of shear strength 被引量:3
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作者 张玉军 张维庆 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS 2010年第6期1357-1363,共7页
An empirical expression of cohesion (C) and friction angle (Ф) for layered rock was suggested. This expression was compared with a test result made by the former researchers. The constitutive relationship of a tr... An empirical expression of cohesion (C) and friction angle (Ф) for layered rock was suggested. This expression was compared with a test result made by the former researchers. The constitutive relationship of a transversely isotropic medium and Mohr-Coulomb criterion in which C and Ф vary with directions were employed, and a relative 3D elasto-plastic FEM code was developed, in which the important thing was to adopt a search-trial method to find the orientation angle (p) of shear failure plane (or weakest shear plane) with respect to the major principal stress as well as the corresponding C and Ф Taking an underground opening as the calculation object, the numerical analyses were carried out by using the FEM code for two cases of transversely isotropic rock and isotropic rock, respectively, and the computation results were compared. The results show that when the rock is a transversely isotropic one, the distributions of displacements, plastic zones and stress contours in the surrounding rock will be non-axisymmetric along the tunnel's vertical axis, which is very different from that of isotropic rock. The stability of the tunnel in transversely isotropic rock is relatively low. 展开更多
关键词 layered rock mass shear strength ANISOTROPY three dimensional finite element method computation analysis
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引江济淮二期工程泵站深基坑开挖与支护的三维数值模拟分析
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作者 孙勇 郭鹏斐 +2 位作者 赵卫全 路威 崔飞 《中国水利水电科学研究院学报(中英文)》 北大核心 2025年第3期205-215,共11页
引调水泵站基坑开挖需在满足自身结构安全稳定的要求上,在有限空间内将对邻近建筑物的影响控制在安全可控范围内,因此选择合理的支护方案对于降低工程造价及减小不均匀沉降尤为重要。基于引江济淮二期工程一泵站深基坑的场地特征和水文... 引调水泵站基坑开挖需在满足自身结构安全稳定的要求上,在有限空间内将对邻近建筑物的影响控制在安全可控范围内,因此选择合理的支护方案对于降低工程造价及减小不均匀沉降尤为重要。基于引江济淮二期工程一泵站深基坑的场地特征和水文地质条件,采用Midas GTS软件建立了基坑开挖支护三维数值分析模型,研究了采用旋喷锚索和支护桩作为围护结构进行分层开挖时,基坑支护结构的变形和受力情况,以及开挖水位变化对周边建筑物的影响。结果表明:该支护体系受力合理,变形控制效果较好,开挖完成后基坑坡顶与支护桩位移均在安全范围内;整个开挖过程中基坑周边既有建筑物最大沉降为11.6 mm,出现开裂的风险较小;开挖过程中采用600 mm厚混凝土墙可有效起到止水效果,基坑开挖后水位波动小于当地浅水层季节性水位变幅,且不会出现渗透破坏问题。三维有限元计算可以反映开挖、降水、支护等步序对基坑工程的综合影响,研究结果可为类似基坑开挖支护设计提供参考。 展开更多
关键词 泵站深基坑 混凝土防渗墙 三维有限元计算 开挖与支护 周边建筑物效应分析
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空沟-波阻板联合隔振体系的三维数值分析
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作者 任康乐 曹小林 +1 位作者 刘佳 马强 《噪声与振动控制》 北大核心 2025年第3期256-261,共6页
为了弥补空沟隔振和波阻板隔振的缺陷,提出新型的空沟-波阻板联合隔振体系。结合完美匹配层吸收边界,利用COMSOL建立简谐荷载作用下在弹性半空间中设置空沟-波阻板隔振屏障的有限元模型,对空沟-波阻板联合隔振体系的隔振性能进行三维数... 为了弥补空沟隔振和波阻板隔振的缺陷,提出新型的空沟-波阻板联合隔振体系。结合完美匹配层吸收边界,利用COMSOL建立简谐荷载作用下在弹性半空间中设置空沟-波阻板隔振屏障的有限元模型,对空沟-波阻板联合隔振体系的隔振性能进行三维数值分析。通过数值算例分析空沟-波阻板联合隔振屏障的物性参数(地基与波阻板的模量比)、几何参数(空沟深度、波阻板深度、屏障长度和距振源的距离)以及载荷参数(振动波频率)等对其隔振性能的影响规律。结果表明:空沟-波阻板联合隔振屏障较单一的空沟屏障或波阻板屏障具有更优越的可设计性和隔振性能;空沟深度达到0.3 L_R时,隔振效果较好;波阻板深度、屏障宽度越大,隔振效果越好;当联合屏障的长度达到2.5 L_R时隔振效果较好;空沟-波阻板联合屏障更适用于近场主动隔振。 展开更多
关键词 振动与波 空沟-波阻板联合屏障 三维分析 有限单元法 隔振效果 主动隔振
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乳牙缺失数字化丝圈间隙保持器的三维有限元分析
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作者 马丽娟 腾雍辉 +4 位作者 王勇 赵一姣 张馨月 秦庆钊 尹东 《北京大学学报(医学版)》 北大核心 2025年第2期376-383,共8页
目的:建立下颌骨及乳牙缺失数字化丝圈间隙保持器的三维有限元模型,以探讨下颌第二乳磨牙缺失患者佩戴丝圈间隙保持器时的应力、变形及剪切力情况。方法:通过对患儿进行锥形束CT(cone beam computed tomography,CBCT)扫描,使用Mimics 2... 目的:建立下颌骨及乳牙缺失数字化丝圈间隙保持器的三维有限元模型,以探讨下颌第二乳磨牙缺失患者佩戴丝圈间隙保持器时的应力、变形及剪切力情况。方法:通过对患儿进行锥形束CT(cone beam computed tomography,CBCT)扫描,使用Mimics 21.0软件建立下颌第二乳磨牙缺失的数字模型。利用儿童丝圈间隙保持器设计软件构建冠部固位与丝圈结构一体化的全冠及带环丝圈间隙保持器的数字模型,并分别采用钴铬合金、聚醚醚酮(polyether ether ketone,PEEK)及钛合金三种材料进行构建。在ANSYS Work Beach 2023 R2软件中,对模型46和84的咬合面施加垂直和沿牙体长轴倾斜45°的70 N载荷,以及丝圈上表面10 N载荷,模拟患儿佩戴丝圈间隙保持器时的正中咬合与侧方咬合,分析丝圈间隙保持器及基牙的受力情况。结果:在不同的加载条件下,带环丝圈间隙保持器的最大主应力明显低于全冠丝圈间隙保持器。应力云图显示,最大主应力峰值出现在丝圈末端与冠部结构连接处,表明这一部位更容易发生断裂;使用PEEK材料制作的带环丝圈间隙保持器内部组织面的最大剪切应力最小;46和84牙齿的等效应力(Von Mises应力)最小,分别为23.18 MPa和36.35 MPa,且最大等效应力分别位于46牙齿近中、84牙齿远中靠近牙根部与丝圈间隙保持器接触的区域。结论:在第二乳磨牙缺失的情况下,佩戴数字化带环丝圈间隙保持器能够有效分散应力,且PEEK材料的带环丝圈间隙保持器在一定程度上降低了基牙的受力,其在临床应用中显示出一定的优越性。 展开更多
关键词 乳牙 牙缺失 正畸保持器 计算机辅助设计 三维有限元分析 生物力学
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基于d_(33)模式的压电式多维力传感器性能研究
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作者 李芬 侯晓娟 +2 位作者 张欣 富肖严 何剑 《仪器仪表学报》 北大核心 2025年第5期32-39,共8页
随着现代制造业、机器人技术、精密测量等领域飞速发展,多维力传感器对精准测量多方向力的需求日益凸显。针对提高机械臂和复杂机械系统中力控制与反馈精确性问题,开展关于压电式多维力传感器的研究。基于压电陶瓷的d_(33)模式设计一种... 随着现代制造业、机器人技术、精密测量等领域飞速发展,多维力传感器对精准测量多方向力的需求日益凸显。针对提高机械臂和复杂机械系统中力控制与反馈精确性问题,开展关于压电式多维力传感器的研究。基于压电陶瓷的d_(33)模式设计一种可精确测量X、Y、Z这3个方向力的压电式多维力传感器。传感器采用立方体结构,压电片分别与X、Y、Z轴垂直放置,实现多维力独立测量及自解耦。在COMSOL Multiphysics中对其参数和网格进行设置,模拟分析在不同方向施加载荷时整体结构的应力分布和变形,并结合微机控制电子万能试验机、传感器和信号采集设备,建立传感器三维测量系统,实现三维力的测量与分析。研究表明,各加载方向的力可通过合理设计传递路径准确作用于目标压电片,且可测试0~500 N法向力(Z方向)及0~200 N剪切力(X、Y方向)。所设计传感器具有较好动态响应能力、良好灵敏度、高精方向性及较稳定重复性,其中Z方向灵敏度0.080 V/N,X方向灵敏度0.110 V/N,Y方向灵敏度0.113 V/N,且各方向串扰均<0.2%。本研究在多维力测量领域具有广阔应用前景,为多维力传感器设计与优化提供重要实验数据和理论支持。 展开更多
关键词 d_(33)模式 多维力传感器 压电陶瓷 有限元分析
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聚能射流动态侵彻威力预测模型
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作者 王艺臻 尹建平 +2 位作者 张雪朋 伊建亚 李旭东 《兵工学报》 北大核心 2025年第6期283-290,共8页
为研究受横向扰动下聚能射流侵彻威力的变化规律,建立聚能射流动态侵彻的有限元模型,分析由静态向动态条件的射流侵彻过程的演化过程。基于虚拟原点理论和量纲分析方法,引入虚拟源在量纲分析模型中对射流进行表征。建立考虑横向扰动、... 为研究受横向扰动下聚能射流侵彻威力的变化规律,建立聚能射流动态侵彻的有限元模型,分析由静态向动态条件的射流侵彻过程的演化过程。基于虚拟原点理论和量纲分析方法,引入虚拟源在量纲分析模型中对射流进行表征。建立考虑横向扰动、射流和靶板强度的射流动态侵彻深度的工程化预测模型。设计并开展基于火箭滑车的射流动态侵彻试验,对数值模拟及预测模型进行验证。研究结果表明,射流动态侵彻深度随靶板横向扰动的增加呈指数型下降;数值模拟、预测模型及试验结果之间吻合较好,预测模型和数值模拟均具备一定的准确性和有效性,新建立的预测模型能够描述横向扰动对聚能射流侵彻威力的影响,为评价成型装药动态毁伤威力提供依据和参考。 展开更多
关键词 聚能射流 虚拟原点 量纲分析 动态试验 有限元模拟
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渗碳热处理18CrNiMo7-6合金钢平面磨削仿真与试验研究
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作者 陆亚洲 彭振龙 +2 位作者 黎克楠 张云龙 张建伟 《机床与液压》 北大核心 2025年第5期95-100,共6页
为了深入研究渗碳热处理18CrNiMo7-6合金钢平面磨削过程中各物理量之间的关系,采用量纲分析和有限元相结合的方法,建立了渗碳合金钢平面磨削仿真有限元模型,借助该模型分析不同磨削深度、砂轮速度以及工件速度对磨削力、磨削温度以及残... 为了深入研究渗碳热处理18CrNiMo7-6合金钢平面磨削过程中各物理量之间的关系,采用量纲分析和有限元相结合的方法,建立了渗碳合金钢平面磨削仿真有限元模型,借助该模型分析不同磨削深度、砂轮速度以及工件速度对磨削力、磨削温度以及残余应力的影响。基于仿真结果,进一步建立平面磨削力和残余应力预测模型。随后,通过渗碳合金钢平面磨削试验对预测模型进行验证。结果表明:磨削力与残余应力模型预测值与试验值最大相对误差分别为11.6%和10.5%,表明所建立的数学模型能够有效预测渗碳热处理合金钢平面磨削力和残余应力。 展开更多
关键词 平面磨削 有限元仿真 量纲分析 18CrNiMo7-6合金钢
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基于单颗磨粒仿真的18CrNiMo7-6合金钢平面磨削力研究
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作者 陆亚洲 彭振龙 +2 位作者 黎克楠 张云龙 张建伟 《组合机床与自动化加工技术》 北大核心 2025年第3期73-77,共5页
针对平面磨削力建模存在的磨粒形状复杂、数量多等难题,采用量纲分析和有限元的方法,建立球形、正四面体、正八面体和正十二面体四种单颗粒磨削仿真模型,以研究不同磨削用量和磨粒形状对磨削力的影响规律。在仿真结果的基础上,建立了平... 针对平面磨削力建模存在的磨粒形状复杂、数量多等难题,采用量纲分析和有限元的方法,建立球形、正四面体、正八面体和正十二面体四种单颗粒磨削仿真模型,以研究不同磨削用量和磨粒形状对磨削力的影响规律。在仿真结果的基础上,建立了平面磨削力预测模型,并通过18CrNiMo7-6合金钢平面磨削试验对预测模型进行验证。结果表明:法向和切向磨削力与切削深度正相关,法向和切向磨削力的试验值与模型预测值的相对误差均在9.75%以内。模型能够有效地预测平面磨削过程中的法向力和切向力。 展开更多
关键词 有限元仿真 磨削力 量纲分析 单颗磨粒 18CrNiMo7-6合金钢
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考虑三维横向热传导的光储微网系统接口变换器IGBT结温计算方法
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作者 徐洋 肖迁 +3 位作者 贾宏杰 金昱 穆云飞 陆文标 《上海交通大学学报》 北大核心 2025年第10期1533-1545,I0015,I0016,共15页
在光储微网系统中,光储单元接口变换器的输出功率及散热条件常处于变化状态,而现有的绝缘栅双极晶体管(IGBT)结温计算方法难以评估该类变化对IGBT模块热扩散角的影响,导致结温计算精度受限,给系统热管理带来巨大挑战.针对该问题,提出一... 在光储微网系统中,光储单元接口变换器的输出功率及散热条件常处于变化状态,而现有的绝缘栅双极晶体管(IGBT)结温计算方法难以评估该类变化对IGBT模块热扩散角的影响,导致结温计算精度受限,给系统热管理带来巨大挑战.针对该问题,提出一种考虑三维横向热传导的光储微网系统接口变换器IGBT结温计算方法.首先,在光储微网系统环境下,考虑多芯片间热耦合作用,建立功率器件物理热模型;然后,根据所建物理模型,进一步提出一种考虑三维横向热传导的结温计算方法,构建考虑三维横向热传导的热网络模型,有效提升了当前状态热参数及功率模块热扩散角的计算精度;最后,在针翅型散热器结构中通过有限元分析验证所提模型的准确性.仿真结果表明:与多种结温计算方法相比,所提方法在稳态和功率突变工况下结温计算误差均最小,分别约为3.11%和3.65%;相较于忽略热扩散角(α=0)的计算方法,精度分别提升11.53%和61.93%.不同散热条件下,所提方法仍能保持较高的结温精度,且误差最小. 展开更多
关键词 光储微网系统 绝缘栅双极晶体管模块 结温计算 三维横向热传导 有限元分析
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3种不同材料和嵌体洞型修复下颌第二磨牙应力分布的三维有限元分析
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作者 于丁一 司红羚 +1 位作者 赵雯静 刘玲 《实用口腔医学杂志》 北大核心 2025年第4期456-460,共5页
目的:观察根管治疗后下颌第二磨牙远中缺损伴牙槽骨吸收时,不同材料及洞型修复后,是否会增加远中根根折风险。方法:使用Micro-CT、Mimics 21.0、geomagic、ANSYS 17.0建立下颌第二磨牙远中牙槽骨吸收的三维有限元模型,在此模型上构建3... 目的:观察根管治疗后下颌第二磨牙远中缺损伴牙槽骨吸收时,不同材料及洞型修复后,是否会增加远中根根折风险。方法:使用Micro-CT、Mimics 21.0、geomagic、ANSYS 17.0建立下颌第二磨牙远中牙槽骨吸收的三维有限元模型,在此模型上构建3种嵌体和高嵌体洞型,分别使用3种不同修复材料(优韧瓷Lava Ultimate、二硅酸锂玻璃瓷e.max CAD和氧化钇稳定氧化锆3Y-TZP陶瓷e.max Zir CAD),并90°和45°加载,组合分析应力分布。结果:3种洞型中,[牙合]面覆盖的高嵌体远中根面最大等效应力最小;3种材料中,使用优韧瓷,远中根面最大等效应力最大,应力均集中于牙根上半段。结论:下颌第二磨牙远中缺损位于CEJ以下并伴牙槽骨吸收时,牙尖覆盖的高嵌体洞型和纳米复合树脂陶瓷可减轻远中根尖区的根折风险。 展开更多
关键词 下颌第二磨牙 嵌体 三维有限元 应力分析
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三维有限元分析预防足跟部压力性损伤的研究进展
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作者 田甜 何婷婷 +3 位作者 韩丹丹 杨佩 何铭杏 王莹 《护理研究》 北大核心 2025年第19期3354-3359,共6页
综述足跟部压力性损伤的生物力学机制、三维有限元分析在足跟部压力性损伤预防中的应用及优势,为足跟部压力性损伤的早期检测、个性化预防提供参考。
关键词 压力性损伤 足跟部压力性损伤 三维有限元分析 护理 综述
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基于纳米压痕的IP防腐涂层本构模型反演分析
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作者 吕源 易聪 +5 位作者 周留成 王凌峰 潘熙祥 王一凡 王岩 陈军吉 《表面技术》 北大核心 2025年第11期203-210,共8页
目的 得到IP防腐涂层的本构模型。方法 通过连续刚度法对涂层表面进行纳米压痕试验,得到硬度和弹性模量,输出载荷-位移曲线。利用量纲分析法的Π定理,建立各本构参数之间的无量纲函数,确定涂层的本构模型,最后将本构模型代入有限元模型... 目的 得到IP防腐涂层的本构模型。方法 通过连续刚度法对涂层表面进行纳米压痕试验,得到硬度和弹性模量,输出载荷-位移曲线。利用量纲分析法的Π定理,建立各本构参数之间的无量纲函数,确定涂层的本构模型,最后将本构模型代入有限元模型,模拟纳米压痕试验,对比仿真与试验的载荷-位移曲线,验证本构模型的准确性。结果 涂层的硬度为5.49 GPa,弹性模量为69.31 GPa。有限元仿真时,若特征应变偏小,在加载阶段,曲线随硬化指数减小而下移;在卸载阶段,曲线随硬化指数的增大而左移。特征应变偏大时,载荷-位移曲线表现则相反。经对比试验与有限元仿真得到的载荷-位移曲线,二者较为一致。结论涂层具有较高的表面硬度,表面抗变形能力较好。特征应变偏小时,载荷-位移曲线变化是因为硬化指数变大,加载阶段塑性功增加,总功也增加;特征应变偏大时的相反趋势是因为计算的屈服强度大幅度下降和特征应力点后移导致的塑性功增加。获得的涂层本构模型具有较高的精度且该方法具有可靠性。 展开更多
关键词 IP防腐涂层 纳米压痕 量纲分析 本构模型 有限元仿真
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基于量纲分析法的水下螺旋桨振动特性分析 被引量:1
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作者 李解 卢闫 +1 位作者 田晨 李家盛 《船海工程》 北大核心 2025年第4期9-12,共4页
以典型的水下螺旋桨为研究对象,使用量纲分析方法确定密度比、杨氏模量比为水下螺旋桨振动特性关键因素,并使用ABAQUS有限元仿真软件,通过代入多组关键参数的方式,对螺旋桨模型的振动特性进行计算,以验证量纲分析方法所得规律的正确性... 以典型的水下螺旋桨为研究对象,使用量纲分析方法确定密度比、杨氏模量比为水下螺旋桨振动特性关键因素,并使用ABAQUS有限元仿真软件,通过代入多组关键参数的方式,对螺旋桨模型的振动特性进行计算,以验证量纲分析方法所得规律的正确性。结果表明,使用ABAQUS软件计算得到的螺旋桨湿模态频率数值完全符合量纲分析方法所得规律,该规律可为相关人员解决水下螺旋桨振动特性计算问题,提供湿模态频率数值预报帮助。 展开更多
关键词 振动 螺旋桨湿模态频率 量纲分析法 流固耦合 有限元
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某抽水蓄能电站下水库混凝土重力坝渗流计算及防渗优化分析 被引量:1
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作者 冯先伟 高东红 +1 位作者 田金波 李皓璇 《水电能源科学》 北大核心 2025年第1期108-111,78,共5页
大坝防渗措施不当会增加坝基渗漏量,增大坝体扬压力,对坝体稳定造成不利影响,同时防渗工程投资占比较大,需合理布置工程防渗方案。依托某抽水蓄能电站下水库混凝土重力坝坝址区工程的实际情况,建立了三维有限元模型,分析了防渗设计方案... 大坝防渗措施不当会增加坝基渗漏量,增大坝体扬压力,对坝体稳定造成不利影响,同时防渗工程投资占比较大,需合理布置工程防渗方案。依托某抽水蓄能电站下水库混凝土重力坝坝址区工程的实际情况,建立了三维有限元模型,分析了防渗设计方案下坝址区渗流场分布性态及各部位渗透坡降和渗透流量等要素,研究了延伸坝肩帷幕长度、加深帷幕底线和帷幕双排布置中的单因素和多因素作用对坝址区渗透流量的影响,并依据分析结果对设计防渗方案进行优化。结果表明,设计防渗方案渗控效果明显,坝址区防渗帷幕渗透坡降和坝基各部位渗透流量均小于允许值;综合工程经济性和防渗控制效果,采用拦河坝和拦沙坝帷幕底线整体加深1/3方案对防渗系统的优化措施最优。 展开更多
关键词 混凝土重力坝 三维有限元模型 防渗帷幕 渗透流量 优化分析
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基于纳米压痕和量纲分析的单晶锗本构模型反演
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作者 陈铮 李珊 +2 位作者 汤克彬 陆豆豆 王良涛 《宇航材料工艺》 北大核心 2025年第5期43-51,共9页
通过纳米压痕技术结合有限元仿真与量纲分析方法,反演分析单晶锗的幂律型本构模型参数。对单晶锗(111)晶面进行纳米压痕测试,获取载荷-位移数据;基于有限元仿真建立与实验对应的无量纲函数关系,并通过拟合确定幂律本构模型的具体参数。... 通过纳米压痕技术结合有限元仿真与量纲分析方法,反演分析单晶锗的幂律型本构模型参数。对单晶锗(111)晶面进行纳米压痕测试,获取载荷-位移数据;基于有限元仿真建立与实验对应的无量纲函数关系,并通过拟合确定幂律本构模型的具体参数。实验所得载荷-位移曲线与有限元仿真结果呈现出较高一致性,验证了反演过程的可靠性。结果表明,通过该方法反演获得的幂律本构模型能够较好地描述单晶锗在纳米压痕过程中的弹塑性力学行为,为该类材料在微纳尺度下的力学建模提供了可靠依据。 展开更多
关键词 纳米压痕 有限元仿真 幂律本构模型 量纲分析 单晶锗
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3种方式的坚固内固定髁突头部骨折的生物力学分析
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作者 孙俊辉 蓝朵朵 +5 位作者 王栋 徐瑶 王泽宇 张晨晨 张凯 徐涛 《华西口腔医学杂志》 北大核心 2025年第1期126-132,共7页
目的对3种方式的坚固内固定髁突头部骨折进行生物力学分析。方法首先构建正常下颌骨三维有限元模型,然后在此基础上构建出髁突头部骨折三维有限元模型以及单侧向拉力螺钉、双侧向拉力螺钉、侧向拉力螺钉+钛板3种坚固内固定的三维有限元... 目的对3种方式的坚固内固定髁突头部骨折进行生物力学分析。方法首先构建正常下颌骨三维有限元模型,然后在此基础上构建出髁突头部骨折三维有限元模型以及单侧向拉力螺钉、双侧向拉力螺钉、侧向拉力螺钉+钛板3种坚固内固定的三维有限元模型。比较在相同力学条件时,3种坚固内固定方式下颌骨髁突力学特点及变化情况。结果单侧向拉力螺钉坚固内固定方式下,髁突骨折非游离端的最大等效应力、最大位移分别为71.03 MPa、4.72 mm,游离端的最大等效应力、最大位移分别为78.45 MPa、4.50 mm,骨折缝的最大等效应力为3.27 MPa。双侧向拉力螺钉坚固内固定方式下,髁突骨折非游离端的最大等效应力、最大位移分别为70.52 MPa、4.00 mm,游离端的最大等效应力、最大位移分别72.49 MPa、3.85 mm,骨折缝的最大等效应力为2.33 MPa。侧向拉力螺钉+钛板坚固内固定方式下,髁突骨折非游离端的最大等效应力、最大位移分别为67.26 MPa、2.66 mm,游离端的最大等效应力、最大位移分别为69.66 MPa、2.50 mm,骨折缝的最大等效应力为2.18 MPa。结论侧向拉力螺钉+钛板坚固内固定髁突头部骨折的方式最为符合生物力学分布。 展开更多
关键词 髁突头部骨折 坚固内固定 三维有限元分析
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基于三维有限元软件分析的外侧髌股韧带松解术对髌骨脱位内侧髌股韧带手术中髌股关节生物力学的影响研究
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作者 谭晓艳 唐凯 +2 位作者 侯华成 蒋岩玲 刘飞 《临床小儿外科杂志》 北大核心 2025年第5期473-479,共7页
目的通过三维有限元软件分析外侧髌股韧带松解术对髌骨脱位内侧髌股韧带(medial patellofemoral ligament, MPEL)手术中髌股关节生物力学的影响。方法采用南京医科大学附属儿童医院1例13岁健康男性志愿者的CT和MRI影像资料创建并验证正... 目的通过三维有限元软件分析外侧髌股韧带松解术对髌骨脱位内侧髌股韧带(medial patellofemoral ligament, MPEL)手术中髌股关节生物力学的影响。方法采用南京医科大学附属儿童医院1例13岁健康男性志愿者的CT和MRI影像资料创建并验证正常膝关节有限元模型(Normal模型), 修改该模型模拟髌骨脱位手术过程, 分别建立外侧髌股韧带松解(lateral patellofemoral ligament release, LPFL-S)、内侧髌股韧带重建(medial patellofemoral ligament release, MPFL-R)、内侧髌股韧带重建联合外侧髌股韧带松解的有限元模型, 并采用有限元软件分析3种手术方式中髌股关节的接触应力、髌骨外侧移位位移及髌骨倾斜角情况。结果 4种模型在0°~90°屈膝活动下对应的髌股关节接触应力、髌骨外侧移位生物力学特性表现均不相同。Normal模型髌股关节接触应力峰值7.82 MPa;MPFL-R模型为6.64 MPa, 较Normal模型减少15.1%;而LPFL-S模型、MPFL-R联合LPFL-S模型分别为3.46 MPa、2.94 MPa, 较Normal组分别减少55.8%、62.4%;髌骨外侧位移的峰值Normal模型为4.16 mm, MPFL-R模型为4.57 mm, 较Normal模型增加9.9%, 而LPFL-S模型、MPFL-R联合LPFL-S模型分别为4.67 mm、5.79 mm, 较Normal模型分别增加12.3%、39.2%;对于髌骨倾斜角而言, Normal模型峰值为12.85°, MPFL-R模型为13.87°, 较Normal模型增加7.9%, 而LPFL-S模型、MPFL-R联合LPFL-S模型分别为16.19°、22.98°, 较Normal模型分别增加26.0%、78.8%。结论 MPFL重建术后髌股关节接触应力、髌骨外侧移位位移及髌骨倾斜角力学参数接近正常膝关节状态;LPFL松解术可降低髌股关节接触应力, 但会增加一定的髌骨外侧位移和髌骨倾斜角, 尤其是MPFL重建联合LPFL松解手术会大幅增加髌骨外侧位移和髌骨倾斜角, 增加髌骨外侧不稳定的风险。 展开更多
关键词 髌骨脱位 三维重建 有限元分析 膝关节 外科手术 生物力学现象 儿童
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螺栓联接结合面三维分形刚度模型与实验研究
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作者 王雪 李小彭 《组合机床与自动化加工技术》 北大核心 2024年第7期1-6,11,共7页
为更准确地分析螺栓联接体的静动态特性,根据三维分形理论,考虑微凸体弹塑性接触在内的4种变形阶段,分别得到螺栓联接结合面的法向载荷与切向载荷,进而建立了螺栓联接结合面法向刚度与切向刚度模型,并分析了各参数对螺栓联接结合面刚度... 为更准确地分析螺栓联接体的静动态特性,根据三维分形理论,考虑微凸体弹塑性接触在内的4种变形阶段,分别得到螺栓联接结合面的法向载荷与切向载荷,进而建立了螺栓联接结合面法向刚度与切向刚度模型,并分析了各参数对螺栓联接结合面刚度模型的影响关系。开展了有限元分析与实验研究,应用所建立的法向刚度与切向刚度模型,将考虑结合面影响的螺栓联接体有限元分析结果分别与忽略结合面影响的螺栓联接体有限元分析结果以及实验结果对比。研究结果显示,增大预紧力、工作载荷、分形维数、材料特性参数,或是减小分形尺度参数,可增大螺栓联接结合面的刚度;应用所建立结合面刚度模型的螺栓联接体有限元分析结果与实验结果误差在8%以内,远小于忽略结合面影响的有限元分析误差。 展开更多
关键词 螺栓联接 三维分形 弹塑性接触 结合面刚度 有限元分析 实验研究
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基于网格自适应加密策略的隧道稳定性三维极限分析下限有限元法研究 被引量:3
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作者 孙锐 阳军生 +1 位作者 张庆贺 杨峰 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第4期1256-1264,共9页
网格分布形式对三维极限分析下限有限元法的计算精度影响较大,为获取精确下限解,通常需对破坏区域进行密集网格划分,从而极易导致计算规模过大,求解效率低下。针对上述问题,提出一种基于单元应力的三维极限分析下限有限元“后验”网格... 网格分布形式对三维极限分析下限有限元法的计算精度影响较大,为获取精确下限解,通常需对破坏区域进行密集网格划分,从而极易导致计算规模过大,求解效率低下。针对上述问题,提出一种基于单元应力的三维极限分析下限有限元“后验”网格自适应加密策略。首先,构建基于Mohr-Coulomb(M-C)准则和半定规划技术的三维极限分析下限有限元模型,避免了屈服准则的近似处理。其次,引入基于M-C准则的网格自适应加密策略,通过判断各个单元应力接近屈服的程度,确定加密点的坐标。然后,将加密点与原先节点组合构成新的点集,并重新划分网格,建立新的下限有限元计算模型。最后,利用所提方法研究隧道稳定性问题,表明利用所提网格自适应加密策略能够以较少单元精确模拟破坏区域应力分布,从而获取高精度下限解。 展开更多
关键词 隧道稳定性 三维极限分析 下限有限元法 MOHR-COULOMB准则 网格自适应加密
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脊柱胸腰段应力分布与骨折相关性的三维有限元分析 被引量:4
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作者 袁飞 任杰 +2 位作者 唐悦峰 申小刚 郭涛 《中国脊柱脊髓杂志》 CAS CSCD 北大核心 2024年第4期408-417,共10页
目的:观察脊柱胸腰段骨折与椎体骨性结构及韧带间应力分布的相关性,探索脊柱胸腰段椎体骨折的力学机制。方法:招募8名健康男性青年志愿者,行脊柱全长X线片和CT检查排除脊柱畸形、肿瘤及骨病,对脊柱各椎体及股骨行骨密度测定排除骨质疏... 目的:观察脊柱胸腰段骨折与椎体骨性结构及韧带间应力分布的相关性,探索脊柱胸腰段椎体骨折的力学机制。方法:招募8名健康男性青年志愿者,行脊柱全长X线片和CT检查排除脊柱畸形、肿瘤及骨病,对脊柱各椎体及股骨行骨密度测定排除骨质疏松。均行自T11椎体上终板至L2椎体下缘CT薄层扫描,将8名志愿者CT图像参数导入ABAQUS 2016软件中进行标准化,并进行有限元网格化构建。应用MIMICS 17.0、GEOMAGICS 15.0和PRO/ENGINEER 5.0软件处理,建立脊柱胸腰段有限元模型,测量模型相关参数,并验证模型有效性。在T11椎体上终板上加载竖直轴向载荷500N、附加扭矩10N·m模拟垂直压缩、前屈、后伸、左右侧屈、左右旋转7种运动状态,使用ABAQUS软件对有限元模型7种运动状态下的应力分布特点及变化规律进行分析,观察应力分布与脊柱胸腰段骨折的相关性。结果:建立的三维有限元模型共有309583个节点和428760个单元,包括4个椎体、3个椎间盘、前纵韧带、后纵韧带、横突间韧带、棘间韧带等结构。7种运动状态下的数据与文献报道的数据无明显偏差,模型有效。T11~L2椎体椎弓根截面积分别为135mm^(2)、154mm^(2)、105mm^(2)、139.2mm^(2)。应力云图结果显示各运动状态下高应力区存在于椎体的松质骨、椎弓根及其周围骨皮质。在垂直压缩状况下,T12椎体所受应力最大(617.4MPa),前屈状态下T11所受应力最大(200.7MPa),后伸、左右侧屈和左右旋转状态下L1椎体所受应力最大(314.2MPa、574.4MPa、626.2MPa、641.3MPa、527.1MPa),且前屈体位时椎体所能承受的应力最小,左旋转时所能承受的应力最大。垂直压缩状况下T12椎体发生骨折,前屈状态下T11发生骨折伴韧带损伤,后伸、左右侧屈和左右旋转状态下L1椎体发生骨折伴韧带损伤。骨折发生时,前纵韧带在后伸、左右侧屈状态下存在高应力区,后纵韧带在前屈状态下存在高应力区,横突间韧带和棘间韧带在前屈、左右侧屈、左右旋转状态下存在高应力区。结论:在构建包括重要韧带、椎间盘等软组织结构的脊柱胸腰段三维模型中,椎体松质骨、椎弓根及其周围骨皮质、韧带均存在高应力区,不同状态下所受应力最大椎体不同,发生骨折的椎体和韧带损伤也不同;L1椎弓根截面积最小,最易发生骨折。 展开更多
关键词 椎体骨折 胸腰段脊柱 三维有限元模型 应力分析
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