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航天用铝合金渐进成形韧性断裂数值预测的研究进展
1
作者 高正源 李沛豪 +7 位作者 李正芳 安治国 李治兵 孙鹏飞 任重 李江 张义 乔正阳 《精密成形工程》 北大核心 2025年第6期129-142,共14页
随着现代工业的进步,为了满足航天制造和汽车工业领域日益增长的高精度定制零件需求,轻量化制造已成为航天和汽车工业的重要发展方向,其中渐进成形技术以其柔性无模的特性满足了高精度、低成本、个性化生产的需求。铝合金因其优异的比... 随着现代工业的进步,为了满足航天制造和汽车工业领域日益增长的高精度定制零件需求,轻量化制造已成为航天和汽车工业的重要发展方向,其中渐进成形技术以其柔性无模的特性满足了高精度、低成本、个性化生产的需求。铝合金因其优异的比强度和成形性,成为渐进成形的首选材料,但其在复杂应力条件下易发生韧性断裂,这对零件的质量和性能提出了挑战。近年来,随着计算机等相关学科的进步,有限元仿真技术与相关韧性断裂准则已成为预测铝合金成形断裂缺陷的重要手段。本文总结了材料发生塑性变形时的本构模型,并对宏观场景下快速预测的耦合韧性断裂准则与微观分析和高精度模拟的非耦合韧性断裂准则的研究现状进行了详尽综述,探讨了各类本构模型和断裂准则在渐进成形中的适用性和精度,同时分析了通过优化网格尺寸、温度和刀具路径等工艺参数来提高成形性能并提升断裂预测精度的方法。最后,结合实验与数值仿真结果,验证了数值仿真在预测韧性断裂缺陷方面的准确性,并综述了工艺参数对材料韧性断裂预测精度的影响。在此基础上,未来应聚焦于提升铝合金渐进成形性能和断裂预测精度,发展更精确的本构模型与韧性断裂准则,优化温度、网格尺寸和刀具路径等工艺参数。同时,探索新型铝合金及复合材料的断裂预测方法,结合多场耦合仿真技术,为高端制造中的应用提供支持。 展开更多
关键词 渐进成形 韧性断裂 铝合金 有限元分析 数值预测 断裂模型
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基于拉伸试验的DF断裂模型参数标定方法研究
2
作者 薛河 张嘉庆 +4 位作者 张顺 张雨彪 朱佳珺 王帅 张建龙 《塑性工程学报》 北大核心 2025年第1期235-241,共7页
现存DF断裂模型参数标定方法所需的试验数量较多,为减少其参数标定过程中所需的试验数量,提出了一种新的DF断裂模型参数标定方法。该方法选取304不锈钢为试验材料,利用平板拉伸试验结合有限元分析法构建模型,并通过单边缺口平板拉伸试... 现存DF断裂模型参数标定方法所需的试验数量较多,为减少其参数标定过程中所需的试验数量,提出了一种新的DF断裂模型参数标定方法。该方法选取304不锈钢为试验材料,利用平板拉伸试验结合有限元分析法构建模型,并通过单边缺口平板拉伸试验对其准确性进行了验证。利用ABAQUS自开发子程序VUMAT和单元删除技术实现了拉伸试验有限元断裂模拟,并对网格敏感性进行了分析。结果表明,使用新的参数标定方法校准后的DF断裂模型能够准确预测拉伸试样的载荷-位移曲线和断后形貌。有限元断裂模拟网格尺寸应与参数标定所用网格尺寸相同。此方法有助于工程结构断裂分析。 展开更多
关键词 304不锈钢 有限元分析 DF断裂模型 参数标定
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G95Cr18不锈钢关节轴承外圈断裂原因 被引量：1
3
作者 宋体杰 于妍妍 +4 位作者 刘春秘 宋雪 康凯 王琳 孙梦梦 《机械工程材料》 北大核心 2025年第1期112-119,共8页
某以过盈配合方式置于连杆安装孔内的关节轴承外圈发生断裂。结合轴承结构和材料属性,通过现场调查、断口宏微观形貌观察、显微组织分析、硬度测试以及有限元模拟等方法,分析了该外圈断裂模式及原因。结果表明:关节轴承外圈断裂模式为... 某以过盈配合方式置于连杆安装孔内的关节轴承外圈发生断裂。结合轴承结构和材料属性,通过现场调查、断口宏微观形貌观察、显微组织分析、硬度测试以及有限元模拟等方法,分析了该外圈断裂模式及原因。结果表明:关节轴承外圈断裂模式为一次性过载断裂;在外加载荷作用下,轴承外圈安装缺口处产生裂纹,同时存在硬度偏低现象,缺口边缘局部材料发生脱落进入轴承摩擦副,引起磨粒磨损和摆动卡滞,摆动卡滞的发生使得外圈逐渐脱出安装孔,导致一次过载断裂倾向增大,最终造成外圈断裂。 展开更多
关键词 关节轴承 外圈断裂 失效分析 有限元模拟
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塑封SiC功率器件在高温损耗功率下的热应力和断裂分析 被引量：1
4
作者 傅朝 王珺 《半导体技术》 北大核心 2025年第4期393-398,共6页
塑封SiC功率器件是新能源汽车电力电子技术的核心,其在高温环境、高功率下工作的可靠性是关键问题。对具有顶部散热结构的塑封SiC功率器件,考虑高温环境下芯片的损耗功率,利用有限元分析(FEA)研究了热应力分布,并采用虚拟裂纹闭合技术(V... 塑封SiC功率器件是新能源汽车电力电子技术的核心,其在高温环境、高功率下工作的可靠性是关键问题。对具有顶部散热结构的塑封SiC功率器件,考虑高温环境下芯片的损耗功率,利用有限元分析(FEA)研究了热应力分布,并采用虚拟裂纹闭合技术(VCCT)分析了塑封器件的界面断裂问题。结果表明,塑封器件热应力集中在芯片和焊料层界面,较薄的芯片和适当增厚的焊料层可有效降低界面的断裂风险;当预裂纹长度超过100μm时,芯片和焊料层界面裂纹可能扩展;裂纹前缘更易形成弧形;裂纹扩展与张开、剪切和撕裂三种断裂模式相关,对面外相位角分析发现撕裂模式在裂纹边角处占比更高,而裂纹中间区域以剪切模式为主。 展开更多
关键词 SIC 断裂 热应力 极端工况 有限元分析(FEA) 虚拟裂纹闭合技术(VCCT)
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接触几何参数对硬质薄膜断裂和分层失效行为的影响及其解耦分析
5
作者 束坤 林飞虎 +6 位作者 汪剑云 吴继强 马欣新 张传伟 古乐 李臻 王黎钦 《摩擦学学报(中英文)》 北大核心 2025年第4期502-513,共12页
本文中采用有限元法分析了球头微米压痕过程中弹塑性钢基体上硬质薄膜主应力和膜基界面应力的分布和演化行为,研究了接触几何参数t/R(膜厚/球头半径)对薄膜断裂和分层的影响和作用规律,并探讨了其解耦测试分析指导准则,为膜基系统聚合... 本文中采用有限元法分析了球头微米压痕过程中弹塑性钢基体上硬质薄膜主应力和膜基界面应力的分布和演化行为,研究了接触几何参数t/R(膜厚/球头半径)对薄膜断裂和分层的影响和作用规律,并探讨了其解耦测试分析指导准则,为膜基系统聚合性能和界面结合性能的表征分析提供了理论指导.研究结果表明:微米压痕过程3个承载阶段薄膜的主要变形状态分别为弹性平滑变形、弯曲变形和拉伸变形.薄膜最大拉伸主应力位置当t/R较大(t/R≥0.08)时,始终位于底部弯曲变形区域;当t/R较小(t/R≤0.01)时,则始终位于表面接触区外缘的拉伸变形区域;当0.02≤t/R≤0.067时,该位置将由底部转移到表面,潜在断裂形式由径向裂纹转变为环形裂纹,转变点的临界压入深度和临界应力数值与t/R之间存在线性对应关系.随着t/R的增大,卸载过程中的最大界面法向应力增加,发生拉伸分层的可能性增加;而随着t/R的增大,界面最大切向应力随之轻微减小,但由于基体的塑性变形,界面切向应力的最大值均接近其剪切屈服强度0.6σ_(ys)(1/√3σ_(ys),σ_(ys)为基体屈服强度).为避免断裂和分层相互影响,评价界面法向结合性能时应选择较大的t/R;评价界面切向结合性能时,考虑到t/R对界面切向应力影响较小,而t/R较大易触发薄膜断裂,应选择较小的t/R. 展开更多
关键词 硬质固体薄膜 接触几何参数 解耦分析 薄膜断裂 界面分层 有限元分析
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对替牙期外伤上颌中切牙行复合树脂修复后的有限元分析
6
作者 邵天洋 于淼 +2 位作者 纪妍 李昕华 赵玥 《口腔医学研究》 北大核心 2025年第6期496-502,共7页
目的:探讨在不同咬合方式下,利用复合树脂材料对替牙期上颌中切牙外伤行修复术后的受力分析。方法:选择形态、尺寸正常的年轻恒牙中的上颌中切牙,通过逆向工程技术建立上颌中切牙的三维有限元模型,对其牙冠进行切割设计。根据不同咬合... 目的:探讨在不同咬合方式下,利用复合树脂材料对替牙期上颌中切牙外伤行修复术后的受力分析。方法:选择形态、尺寸正常的年轻恒牙中的上颌中切牙,通过逆向工程技术建立上颌中切牙的三维有限元模型,对其牙冠进行切割设计。根据不同咬合方式分为3组工况,工况一:与牙体长轴呈0°;工况二:与牙体长轴呈45°;工况三:与牙体长轴呈60°。根据冠折类型不同,每组工况包含5组,即A组:正常牙冠;B组:牙冠横折2 mm;C组:牙冠横折4 mm;D组:牙冠斜折2 mm;E组:牙冠斜折4 mm。运用三维有限元法,分析在不同咬合方式下不同冠折类型的中切牙进行树脂修复后牙体组织的最大应力值、最大应变值。结果:外伤牙齿加载0°的力时,横折4 mm组应力峰值最大为39.755 MPa,横折2 mm组应变峰值最大为0.0013441 mm。外伤牙齿加载45°的力时,斜折2 mm组应力应变峰值均最大,应力峰值为426.10 MPa,应变峰值为0.0099519 mm。外伤牙齿加载60°的力时,斜折2 mm组应力应变峰值均最大,应力峰值为531.88 MPa,应变峰值为0.0124230 mm。结论:有限元分析结果表明,年轻恒牙上前牙外伤冠折行复合树脂修复后,当外伤牙齿受0°的咬合力时,横折组脱落率最高;外伤牙齿受45°和60°的咬合力时,斜折2 mm组脱落率最高。 展开更多
关键词 年轻恒牙 前牙外伤 冠折 树脂修复 有限元 应力分析
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航空发动机低压涡轮轴通油孔裂纹失效分析 被引量：1
7
作者 王学民 卢绪平 +4 位作者 沈莲 古远兴 吴晨 郭建英 徐敬沛 《机械强度》 北大核心 2025年第2期37-43,共7页
为探究某型航空发动机低压涡轮轴高低周复合疲劳试验过程中通油孔裂纹故障的性质和原因,对低压涡轮轴裂纹位置进行了外观检查、断口分析、表面检查、金相组织检查、有限元分析和裂纹扩展仿真。结果表明,低压涡轮轴通油孔裂纹故障为疲劳... 为探究某型航空发动机低压涡轮轴高低周复合疲劳试验过程中通油孔裂纹故障的性质和原因,对低压涡轮轴裂纹位置进行了外观检查、断口分析、表面检查、金相组织检查、有限元分析和裂纹扩展仿真。结果表明,低压涡轮轴通油孔裂纹故障为疲劳裂纹,其原因为通油孔采用电火花加工后,未完全去除重熔层,导致其内侧表面存在部分未去除的重熔层且有可见微裂纹,在较大的高低周复合载荷作用下萌生疲劳裂纹并发生了裂纹扩展,从而导致通油孔裂纹故障,通过裂纹扩展仿真分析预估初始裂纹长度介于0.2~0.3 mm。为了保证通油孔加工质量,考虑该位置加工可达性较差,建议可设计特殊工装、采用机械加工技术进行加工,在保证加工精度的基础上从根本上杜绝重熔层的影响。 展开更多
关键词 低压涡轮轴 失效分析 重熔层 疲劳断裂 有限元分析 裂纹扩展仿真 航空发动机
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30CrNi2MoVA抓壳钩断裂失效分析
8
作者 滕全全 于壮壮 +2 位作者 张大江 梁景恒 陈俊宏 《兵器材料科学与工程》 北大核心 2025年第1期139-144,共6页
针对抓壳钩服役过程中的早期断裂,进行宏观断口分析、裂纹分析、显微组织分析、断口SEM形貌分析等,研究其断裂原因。结果表明:抓壳钩失效模式为高应力低周疲劳断裂,裂纹起源于抓壳钩形状突变的加工拐角处,未断裂抓壳钩拐角位置的加工刀... 针对抓壳钩服役过程中的早期断裂,进行宏观断口分析、裂纹分析、显微组织分析、断口SEM形貌分析等,研究其断裂原因。结果表明:抓壳钩失效模式为高应力低周疲劳断裂,裂纹起源于抓壳钩形状突变的加工拐角处,未断裂抓壳钩拐角位置的加工刀痕处已萌生疲劳小裂纹,宏观断口裂纹扩展区有明显疲劳弧线特征,SEM显示为典型疲劳条带特征,裂纹源区组织正常,未见夹杂、孔洞等微观缺陷。截面形状突变的拐角处是疲劳裂纹产生的危险位置,有限元模拟计算齿根部Mises应力为1207 MPa,齿根部应力集中与加工刀痕缺陷产生的应力集中共同叠加导致疲劳断裂失效,通过改变齿根部圆弧过渡后,模拟计算的Mises应力明显降低。 展开更多
关键词 抓壳钩 疲劳断裂 断口形貌 应力集中 有限元分析
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基于ASMEⅧ-3的自增强超高压容器不同失效模式分析与评定
9
作者 李小虎 《化工设备与管道》 北大核心 2025年第2期41-47,共7页
超高压容器基于失效模式进行设计,设计计算需大量应用有限元分析及断裂力学,设计难度大,国内采用ASME标准进行超高压自增强设计的案例少之又少。文章首先依据ASMEⅧ-3对自增强超高压容器各失效模式的计算进行介绍,包括设备极限承载压力... 超高压容器基于失效模式进行设计,设计计算需大量应用有限元分析及断裂力学,设计难度大,国内采用ASME标准进行超高压自增强设计的案例少之又少。文章首先依据ASMEⅧ-3对自增强超高压容器各失效模式的计算进行介绍,包括设备极限承载压力、整体失效、局部失效、棘轮失效、疲劳失效等,然后对设备筒体的典型裂纹进行断裂力学计算,为采用自增强处理的超高压容器的设计及断裂力学疲劳评定提供一个完整的设计算例。 展开更多
关键词 超高压容器 自增强 有限元 断裂力学
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尺骨冠突Regan-MorreyⅡ型骨折三种不同内固定方式的生物力学有限元分析
10
作者 张永强 叶翔凌 +5 位作者 阮怀敏 谢文冠 林源洵 邝铭业 张志明 黄喆 《中国临床解剖学杂志》 北大核心 2025年第3期351-357,共7页
目的尺骨冠突Regan-MorreyⅡ型骨折,其损伤机制的多样性使得在临床治疗中难以确定一个统一的手术标准。本研究通过构建一个有效的尺骨冠突骨折的有限元模型,目的是比较三种不同内固定方法在生物力学稳定性方面的差异。方法利用三维有限... 目的尺骨冠突Regan-MorreyⅡ型骨折,其损伤机制的多样性使得在临床治疗中难以确定一个统一的手术标准。本研究通过构建一个有效的尺骨冠突骨折的有限元模型,目的是比较三种不同内固定方法在生物力学稳定性方面的差异。方法利用三维有限元建模软件建立尺骨冠突骨折模型后,应用相关有限元软件建立T型钢板(A)、L型钢板(B)、拉力螺钉(C)这三种不同内固定术后的模型,予以模拟手术后情况并进行加载分析。结果在加载方式相同的情况下尺骨冠突Regan-MorreyⅡ型骨折骨折线上最大位移及骨折线上节点位移均数表现为C>B>A。结论应用T型钢板钢板内固定方式治疗尺骨冠突Regan-MorreyⅡ型骨折具有良好的生物力学稳定性,L型钢板及拉力螺钉次之。 展开更多
关键词 尺骨 尺骨冠突骨折 内固定 有限元分析 生物力学
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高锁钛合金螺栓偏心载荷下拉伸断裂仿真与强度预测
11
作者 冯德荣 郭绕龙 +5 位作者 余维林 李超 李召 黄张东 夏进启 万强 《机械强度》 北大核心 2025年第7期33-41,共9页
高锁钛合金螺栓偏心安装(螺栓头部与紧固板存在装配角度)会带来过早失效问题,严重影响航天飞行器的安全运行。而现有试验研究又难以获得螺栓断裂过程,继而影响断裂原因分析。同时,试验研究无法获得连续安装角度下螺栓断裂强度变化值。因... 高锁钛合金螺栓偏心安装(螺栓头部与紧固板存在装配角度)会带来过早失效问题,严重影响航天飞行器的安全运行。而现有试验研究又难以获得螺栓断裂过程,继而影响断裂原因分析。同时,试验研究无法获得连续安装角度下螺栓断裂强度变化值。因此,针对偏心安装下高锁螺栓提前断裂的问题,通过有限元分析方法,结合试验对模型验证,利用有限元模型实现偏心安装下螺栓断裂过程可视化与不同角度偏心安装下螺栓抗拉强度预测。研究结果表明,有限元分析获得的安装角度0°与3°螺栓的抗拉强度和断裂位置与试验结果的一致性好,说明有限元模型具有较好的准确性;随安装角度的增大,螺栓头与螺纹均受到偏心载荷,产生的弯矩加剧了这两个区域的应力集中;角度<3°时螺纹处应力较大,角度≥3°时头部应力较大;有限元模型成功实现1°、2°、4°下的螺栓抗拉强度预测。研究结果有效揭示了偏心载荷作用下高锁钛螺栓的断裂机制,同时仿真模型可实现不同安装角度下螺栓抗拉强度预测,为偏心螺栓服役提供技术说明。 展开更多
关键词 高锁螺栓 有限元仿真 装配角度 断裂机制 抗拉强度预测
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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
12
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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一种考虑裂缝扩展路径的混凝土细观数值模拟方法 被引量：1
13
作者 李冬 黄百惠 +2 位作者 王苑佐 金浏 杜修力 《土木工程学报》 EI CSCD 北大核心 2024年第3期30-41,共12页
文章提出一种能够考虑混凝土裂缝扩展过程中绕过骨料或穿过骨料发展的细观数值模拟方法。首先,回顾了用于类混凝土材料I-型断裂分析的自洽有限应力模型的基本原理;进而,采用有限元分析方法,从局部能量等效和宏观力学等效两个维度验证了... 文章提出一种能够考虑混凝土裂缝扩展过程中绕过骨料或穿过骨料发展的细观数值模拟方法。首先,回顾了用于类混凝土材料I-型断裂分析的自洽有限应力模型的基本原理;进而,采用有限元分析方法,从局部能量等效和宏观力学等效两个维度验证了基于自洽有限应力原理建模和常规建模之间的等效性;最终,发展了基于自洽有限应力原理和细观裂缝扩展路径准则的数值模拟方法,在细观尺度上实现模拟混凝土裂缝绕过骨料发展和穿过骨料发展等细观断裂破坏行为。文章研究成果可为后续发展基于细观尺度断裂破坏准则的高效数值分析方法奠定基础。 展开更多
关键词 混凝土 断裂 细观尺度 有限元分析 自洽有限应力原理
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石灰岩酸压裂缝蠕变闭合机理研究 被引量：1
14
作者 齐宁 马腾飞 +2 位作者 章泽辉 刘湘华 刘练 《天然气工业》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第12期73-82,共10页
石灰岩储层渗透率低、非均质性强,油气开发过程中常采用酸压进行储层改造,但酸蚀后岩石力学性质会发生明显改变,在高闭合压力作用下酸蚀裂缝的稳态蠕变速率显著增大,裂缝更容易发生蠕变闭合,致使导流能力下降甚至丧失,揭示酸蚀石灰岩蠕... 石灰岩储层渗透率低、非均质性强,油气开发过程中常采用酸压进行储层改造,但酸蚀后岩石力学性质会发生明显改变,在高闭合压力作用下酸蚀裂缝的稳态蠕变速率显著增大,裂缝更容易发生蠕变闭合,致使导流能力下降甚至丧失,揭示酸蚀石灰岩蠕变机理对于深层油气储层改造与高效开发具有重要意义。为此,在研究酸蚀石灰岩蠕变特征基础上,提出了酸蚀石灰岩的蠕变方案及模型,结合酸蚀石灰岩的三轴蠕变实验,采用ABAQUS有限元分析方法,研究了石灰岩酸蚀后蠕变和酸蚀裂缝壁面微凸体对导流能力的影响。研究结果表明:①石灰岩酸蚀后表现出显著的蠕变特性,低围压时,酸蚀石灰岩峰值强度显著下降,高围压时,酸化对石灰岩峰值强度影响不大;②在初始蠕变阶段与稳态蠕变阶段、稳态蠕变阶段与加速蠕变阶段之间没有明显的界限;③轴向应力是控制酸蚀裂缝闭合的主控因素,酸蚀软化层的存在使石灰岩裂缝的强度显著下降,软化层承担的应力是酸蚀石灰岩内部的4~6倍;④酸蚀石灰岩裂缝的蠕变本构关系满足虎克体与麦克斯韦尔体的并联关系,酸蚀石灰岩裂缝的蠕变表现出滞弹性。结论认为,虎克体与麦克斯韦尔体的并联模型可有效预测酸蚀石灰岩的蠕变特性,提高了深层石灰岩油气藏酸化酸压作业风险防范效率,为深层、超深层石灰岩储层改造与高效开发提供理论指导,建议持续深化对酸蚀后不同岩性岩石力学特性的研究,以推动石灰岩储层改造的技术创新和高质量发展。 展开更多
关键词 石灰岩酸蚀蠕变 裂缝闭合 酸蚀软化层 微凸体 蠕变本构模型 麦克斯韦尔模型 ABAQUS有限元分析
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利用克氏针治疗儿童股骨远端骨骺损伤的有限元分析
15
作者 王晓明 王晓威 +2 位作者 白桓安 杨亚婷 颉强 《医用生物力学》 CAS CSCD 北大核心 2024年第4期651-656,共6页
目的研究不同构型克氏针治疗儿童SH-Ⅱ型骨骺损伤的稳定性差异以及对骺板的损伤情况。方法利用1名8岁患儿健侧股骨CT数据,将图像数据导入Mimics 21.0中建立粗略股骨、骨骺模型,再导入Geomagic 2013中构建得到曲面化模型。将上述模型在So... 目的研究不同构型克氏针治疗儿童SH-Ⅱ型骨骺损伤的稳定性差异以及对骺板的损伤情况。方法利用1名8岁患儿健侧股骨CT数据,将图像数据导入Mimics 21.0中建立粗略股骨、骨骺模型,再导入Geomagic 2013中构建得到曲面化模型。将上述模型在SolidWorks 2018中与3种克氏针构型(分散克氏针、双交叉克氏针、单交叉克氏针)完成装配后导入ANSYS Workbench 2019中,通过对装配体的不同力学加载模拟现实中的多种运动模式,分析骨折块的最大位移以及克氏针、骺板、骨折块von Mises应力分布及最大应力。结果分散克氏针、双交叉克氏针、单交叉克氏针组的最大位移分别发生外展(2.39 mm)、内收(2.12 mm)、外展(2.21 mm)运动时,骺板最大应力分别发生在外展(1.22 MPa)、前屈(0.20 MPa)、后伸(0.29 MPa)运动时。结论双交叉克氏构型针的稳定性优于分散布针及单交叉克氏针,并且对骨骺损伤最小。 展开更多
关键词 儿童骨折 骨折固定 骨骺 股骨骨折 克氏针 有限元分析
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高压管汇由壬翼形螺母的失效原因
16
作者 冉小丰 王格一 +2 位作者 阳婷 刘少胡 张菲菲 《腐蚀与防护》 CAS CSCD 北大核心 2024年第4期92-99,共8页
页岩气压裂施工中,某高压管汇由壬翼形螺母在服役期间发生断裂,从失效由壬翼形螺母断口位置取样,进行宏观、微观观察,断口能谱分析,硬度测试及金相检验等,并利用ABAQUS软件对由壬翼形螺母进行力学分析,揭示其失效机理。结果表明:螺母内... 页岩气压裂施工中,某高压管汇由壬翼形螺母在服役期间发生断裂,从失效由壬翼形螺母断口位置取样,进行宏观、微观观察,断口能谱分析,硬度测试及金相检验等,并利用ABAQUS软件对由壬翼形螺母进行力学分析,揭示其失效机理。结果表明:螺母内径存在多点疲劳源,断口中央有明显贝纹线且被红褐色(Fe_(2)O_(3))、黄绿色(FeCl_(2))腐蚀产物覆盖;微观断口表面存在球状氧化物,能谱分析表明其含有一定量的Ca、Si元素,螺母原材料中存在较多C类和D类非金属氧化物;硬度和金相组织均达到工艺要求;有限元分析所得产生应力集中的部位与实际断裂位置一致,即靠近母由壬螺纹顶端处,且最大应力为910 MPa,超出材料屈服强度。故由壬翼形螺母失效机理为腐蚀疲劳断裂。最后,提出了相应的改进措施。 展开更多
关键词 翼形螺母 腐蚀疲劳断裂 失效分析 有限元仿真
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光伏单晶硅切割片断裂强度的仿真分析与实验研究 被引量：1
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作者 谭慧莹 邢旭 +1 位作者 葛培琪 毕文波 《人工晶体学报》 CAS 北大核心 2024年第8期1369-1377,共9页
单晶硅被广泛应用于光伏行业,随着切片加工厚度的逐步减小和锯丝的细径化,切片过程中存在的黏附等现象导致单晶硅切割片发生弯曲甚至断裂,进而引起破片率的提高,对光伏太阳能电池的成本造成较大影响。本工作针对光伏单晶硅片切割加工过... 单晶硅被广泛应用于光伏行业,随着切片加工厚度的逐步减小和锯丝的细径化,切片过程中存在的黏附等现象导致单晶硅切割片发生弯曲甚至断裂,进而引起破片率的提高,对光伏太阳能电池的成本造成较大影响。本工作针对光伏单晶硅片切割加工过程,采用三轴弯曲实验,测量并分析硅片的断裂强度及相应的破片率,利用有限元方法建立硅切割片断裂强度的三维仿真分析模型。研究结果表明:硅切割片断裂强度分散性大,平均断裂强度为97.7 MPa;硅切割片的弯曲刚度随着厚度减小而降低,平均弯曲刚度为441.2 N/m,当厚度规格为60μm时,弯曲刚度最低,达103.5 N/m;硅切割片的破片率范围随着厚度的减小而增大,60μm厚度的切割片破片率范围最大,为0.6%~99.9%。仿真与实验结果基本一致,表明仿真模型及方法适用于光伏单晶硅切割片的断裂强度和破片率的模拟分析。 展开更多
关键词 光伏单晶硅 切割加工 断裂强度 有限元分析 厚度 破片率
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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：3
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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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不同构型内固定螺钉对治疗股骨颈骨折影响的有限元分析 被引量：1
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作者 高杨博 胡泽华 +1 位作者 高伟韬 张凯然 《中南大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第9期3306-3314,共9页
通过有限元分析方法,探讨在Pauwels II型股骨颈骨折中应用传统实心螺钉及低刚度空心螺钉的生物力学差异,为低刚度空心螺钉的临床应用提供参考。基于1例老年男性股骨颈骨折志愿者的股骨二维CT影像数据,利用Mimics软件进行股骨三维模型重... 通过有限元分析方法,探讨在Pauwels II型股骨颈骨折中应用传统实心螺钉及低刚度空心螺钉的生物力学差异,为低刚度空心螺钉的临床应用提供参考。基于1例老年男性股骨颈骨折志愿者的股骨二维CT影像数据,利用Mimics软件进行股骨三维模型重建,采用Geomagic软件对模型进行平滑降噪处理,随后采用Solidworks软件建立2种内固定螺钉的三维模型,与股骨骨折模型进行装配。最后,采用Abaqus软件按照单足站立状态下的实际生物力学状态设置载荷及边界条件,完成有限元模型的建立及分析。研究结果表明:采用空心螺钉和实心螺钉的内固定模型上各螺钉应力峰值的标准差分别为12.71 MPa和85.34 MPa,股骨远端应力峰值分别为78.72 MPa和79.64 MPa,股骨整体位移峰值分别为2.020 mm和2.086 mm,骨折面应力峰值分别为216.4 MPa和210.2 MPa;空心螺钉可使多螺钉间应力分配更加均匀,提高螺钉承载能力及疲劳寿命;空心螺钉组股骨具有更小的应力及位移,表明其具有更强的稳定性;采用空心螺钉组时,骨折面附近应力小幅度提高,对骨折愈合起到促进作用。 展开更多
关键词 股骨 股骨颈骨折 空心螺钉 实心螺钉 有限元分析 生物力学
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菱形与非平行空心加压螺钉治疗股骨颈骨折的有限元分析
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作者 李志远 南宠 +4 位作者 田金辉 江仲超 李晓东 刘炳智 苗洁 《科学技术与工程》 北大核心 2024年第19期8018-8024,共7页
为对比分析菱形与非平行空心加压螺钉治疗3种类型(PauwelsⅠ、Ⅱ、Ⅲ)股骨颈骨折在模拟生物载荷下的力学差异。通过使用计算机三维处理软件(Minics、Solideworks、Geomagic)分析临床提供的CT数据进行建模,包括3种类型(PauwelsⅠ、Ⅱ、Ⅲ... 为对比分析菱形与非平行空心加压螺钉治疗3种类型(PauwelsⅠ、Ⅱ、Ⅲ)股骨颈骨折在模拟生物载荷下的力学差异。通过使用计算机三维处理软件(Minics、Solideworks、Geomagic)分析临床提供的CT数据进行建模,包括3种类型(PauwelsⅠ、Ⅱ、Ⅲ)及两种不同排列方式的空心加压螺钉模型;导入Ansys进行网格划分、材料赋值,模拟生理载荷,观察最大形变和内固定的等效应力和剪切应力的方法。对于菱形和非平行空心钉模型,在PauwelsⅠ型(20°)骨折中,最大形变0.5602、0.5610 mm,最大等效应力23.68、24.49 MPa,最大剪切应力3.715、4.160 MPa;在PauwelsⅡ型(40°)骨折中,最大形变0.5620、0.5653 mm,最大等效应力24.64、25.32 MPa,最大剪切应力4.540、5.549 MPa;在PauwelsⅢ型(60°)骨折中,最大形变0.5708、0.5723 mm,最大等效应力25.91、26.08 MPa,最大剪切应力6.668、7.089 MPa。可见在同等受力条件下,菱形空心钉模型的形变更小,内固定所承担的等效应力、剪切力更小,应力分布更为平均,更具有力学稳定性。 展开更多
关键词 股骨颈骨折 空心钉 有限元 生物力学
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