股骨骨折髓内固定系统的力学可靠性分析

1

作者 黄英浩 王欣 楚海建 《上海大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第2期233-242,共10页

髓内钉固定骨折面是治疗髋关节骨折的主要方法,髓内固定系统的力学可靠性是确保治疗成功的关键.针对股骨转子间骨折,构建了计及股骨层状结构特点和肌肉力作用的髓内固定系统有限元模型,模拟分析了缓步行走条件下固定系统的力学响应.为... 髓内钉固定骨折面是治疗髋关节骨折的主要方法,髓内固定系统的力学可靠性是确保治疗成功的关键.针对股骨转子间骨折,构建了计及股骨层状结构特点和肌肉力作用的髓内固定系统有限元模型,模拟分析了缓步行走条件下固定系统的力学响应.为定量化评估髓内固定系统的力学可靠性,提出安全因数的概念,并基于这一概念定量化考察了头钉定位参数对固定系统力学可靠性的影响.研究表明,固定系统在股骨与头钉、主钉与头钉,以及主钉与锁钉的接触区存在明显的应力集中,是评估髓内固定系统力学可靠性的关键区域.研究还表明,髓内固定系统具有良好的力学可靠性,降低头钉高度有利于提高髓内固定系统的力学可靠性,而头钉近端钉角(proximal nail angle)对固定系统可靠性的影响可以忽略. 展开更多

关键词 股骨骨折 髓内固定系统 力学可靠性 结构优化 有限元方法

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周期纳米颗粒阵列中聚合物链扩散行为的耗散粒子动力学模拟 被引量：1

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作者 胡江林 陆钰 胡国辉 《上海大学学报（自然科学版）》 CAS CSCD 北大核心 2024年第5期847-857,共11页

聚合物纳米复合材料(polymer nanocomposite,PNC)因其兼具纳米颗粒(nanoparticle,NP)和聚合物的性质而展现出较好的力学性能,目前在材料领域和软物质科学研究中广受关注.由于聚合物在多尺度动力学特征方面研究的困难性,故预测聚合物在... 聚合物纳米复合材料(polymer nanocomposite,PNC)因其兼具纳米颗粒(nanoparticle,NP)和聚合物的性质而展现出较好的力学性能,目前在材料领域和软物质科学研究中广受关注.由于聚合物在多尺度动力学特征方面研究的困难性,故预测聚合物在聚合物纳米复合材料中的扩散行为是一个亟待解决的问题.采用耗散粒子动力学(dissipative particle dynamics,DPD)方法模拟了不同链长的聚合物在聚合物纳米复合材料中的扩散过程,并用一个关键的无量纲约束系数χ,即聚合物链首末端距离Lee与有效自由扩散长度Lf的比值,对聚合物链的扩散行为进行刻画.通过分析纳米颗粒的浓度、聚合物链的长度和聚合物纳米颗粒之间的相互作用对聚合物扩散的影响,提出了聚合物链的有效扩散率关于约束系数χ的标度率,并证实该标度关系可以准确预测低约束系数χ时的模拟结果.该工作对聚合物纳米复合材料的理论发展和应用研究有着一定的指导意义. 展开更多

关键词 聚合物纳米复合材料 耗散粒子动力学 有效扩散率

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2:1内共振条件下变转速预变形叶片的非线性动力学响应 被引量：10

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作者 顾伟 张博 +1 位作者 丁虎 陈立群 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2020年第4期1131-1142,共12页

在工程实际中,涡轮机叶片的转速在很多应用场景下不是一个定常值,比如发动机在启动、变速、停机等工况下,转子输入与输出功率失衡,伴随产生扭振,产生速度脉冲.另外,由于服役环境、安装误差等因素会引起叶片在所难免的预变形.本文主要研... 在工程实际中,涡轮机叶片的转速在很多应用场景下不是一个定常值,比如发动机在启动、变速、停机等工况下,转子输入与输出功率失衡,伴随产生扭振,产生速度脉冲.另外,由于服役环境、安装误差等因素会引起叶片在所难免的预变形.本文主要研究预变形叶片,在变转速条件下的非线性动力学行为.考虑叶片转速由一定常转速和一简谐变化的微小扰动叠加而成.应用拉格朗日原理得到变转速叶片的动力学控制方程,并采用假设模态法将偏微分方程转为常微分方程,通过引入无量纲,使方程更具有一般性.运用多尺度方法求解了该参激振动系统,得到了在2:1内共振情形下的平均方程,进而获得系统的稳态响应.详细研究温度梯度、阻尼以及转速扰动幅值等系统参数对叶片动力学响应的影响规律,同时考察了立方项在2:1内共振下对方程的影响.对原动力方程进行正向、反向扫频积分来观察其跳跃现象,并对解析解进行验证.结果发现参数的变化对叶片均有不同程度影响,在2:1内共振下立方项对系统响应的影响很小,解析解与数值解吻合很好. 展开更多

关键词 预变形叶片 变转速 多尺度方法 内共振 参激振动

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干燥对复合负极力学行为的影响

4

作者 江登峰 陈亚君 +2 位作者 贺耀龙 卞炟 胡宏玖 《储能科学与技术》 CAS CSCD 北大核心 2022年第3期957-963,共7页

本工作在不同干燥温度下分别制备了以聚偏二氟乙烯(PVDF)、丁苯橡胶/羧甲基纤维素钠(SBR/CMC)和海藻酸钠(SA)为黏结剂的碳包覆氧化亚硅多孔复合负极,并对其进行了系统的准静态拉伸和界面拉剪测试,以考察干燥温度对不同体系复合电极力学... 本工作在不同干燥温度下分别制备了以聚偏二氟乙烯(PVDF)、丁苯橡胶/羧甲基纤维素钠(SBR/CMC)和海藻酸钠(SA)为黏结剂的碳包覆氧化亚硅多孔复合负极,并对其进行了系统的准静态拉伸和界面拉剪测试,以考察干燥温度对不同体系复合电极力学行为的影响。结果表明,提高干燥温度虽会提升电极干燥效率,但受高温下电极黏结剂厚向迁移的影响,各粘接体系下电极的拉伸性能和电极/集流体界面粘接性能都会随之削弱。干燥温度越高,力学性能削弱幅度越大。三种粘接体系相比,SBR/CMC体系在高温干燥后仍能保持较高的拉伸强度/模量比,以及相对较高的界面拉剪强度,因而较之SA和PVDF体系更适宜于高温干燥。 展开更多

关键词 干燥 温度 复合电极 力学行为 锂离子电池

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冰层覆盖海洋中脉动源生成水声波的传播特性

5

作者 严相毅 卢东强 《上海大学学报（自然科学版）》 CAS CSCD 北大核心 2024年第5期938-950,共13页

考虑用弹性板来模拟海洋表面冰盖,将海水视为具有刚性底部的可压缩无黏流体,在线性势流理论基础上研究了此环境下水声波(声重力波)的传播特性.推导了在质量点源的脉动作用下冰水交界面位移和冰层覆盖水域声压的近似解,探讨了弹性冰层的... 考虑用弹性板来模拟海洋表面冰盖,将海水视为具有刚性底部的可压缩无黏流体,在线性势流理论基础上研究了此环境下水声波(声重力波)的传播特性.推导了在质量点源的脉动作用下冰水交界面位移和冰层覆盖水域声压的近似解,探讨了弹性冰层的厚度、弹性冰层的侧向应力以及流体深度等物理量对水声波传播的影响.研究结果发现:随着弹性冰层厚度的逐渐增加,冰水交界面位移会先增大后减小,然后逐渐趋近于0,而冰层覆盖水域声压先保持不变,而后逐渐减小;弹性冰层的侧向应力对冰水交界面位移和冰层覆盖水域声压的影响并不明显;流体深度的增加会导致冰水交界面位移和冰层覆盖水域声压均呈减小趋势. 展开更多

关键词 水声波 线性势流理论 弹性冰层 冰水交界面 声压

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氦泡对Cu/Nb层状材料界面拉伸屈服强度影响的分子模拟

6

作者 张雅宁 吕陈扬韬 楚海建 《上海大学学报（自然科学版）》 CAS CSCD 北大核心 2024年第5期904-912,共9页

基于分子动力学方法模拟研究了含氦泡Cu/Nb层状材料的界面拉伸屈服强度,考察了氦泡内压、氦泡尺寸和层厚对界面拉伸屈服强度及其变形机理的影响.研究结果发现,界面氦泡可以诱导界面位错成核,改变层状材料微观演化过程,显著降低了Cu/Nb... 基于分子动力学方法模拟研究了含氦泡Cu/Nb层状材料的界面拉伸屈服强度,考察了氦泡内压、氦泡尺寸和层厚对界面拉伸屈服强度及其变形机理的影响.研究结果发现,界面氦泡可以诱导界面位错成核,改变层状材料微观演化过程,显著降低了Cu/Nb层状材料的界面拉伸屈服强度.界面拉伸屈服强度随氦泡直径增大而减小,表现出明显的尺寸效应.典型的3 nm直径的平衡氦泡使得界面拉伸屈服强度(上屈服极限)相对于无氦泡情况降低约12%,而直径为6 nm的平衡氦泡使得界面拉伸屈服强度下降约33%.研究还发现,层厚对Cu/Nb层状材料的上屈服极限影响甚微,而对下屈服极限影响显著.前者归因于Cu/Nb界面的结构对称性和加载方式的对称性,使得界面应力及位错成核应力对层厚不敏感;后者则归因于层厚的增加给位错运动和演化提供了更大的空间,导致应力在屈服阶段的快速下降. 展开更多

关键词 氦泡 界面拉伸屈服强度 Cu/Nb层状材料 分子动力学方法

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任意方向可弯的锂离子电池压印柔性厚电极

7

作者 张博畅 高化东 +2 位作者 徐沈鑫 鲍垠桦 吕浡 《上海大学学报（自然科学版）》 CAS CSCD 北大核心 2024年第5期980-988,共9页

提出半固化电极的机械压印方法制备锂离子电池压印柔性厚电极,兼顾了厚电极的高储能性能和高柔性.在基本不改变锂离子电池电极传统湿法制备工艺的前提下,在电极干燥阶段引入机械压印步骤,从而在数百微米厚的电极中构建网络通道结构,使... 提出半固化电极的机械压印方法制备锂离子电池压印柔性厚电极,兼顾了厚电极的高储能性能和高柔性.在基本不改变锂离子电池电极传统湿法制备工艺的前提下,在电极干燥阶段引入机械压印步骤,从而在数百微米厚的电极中构建网络通道结构,使电极获得了任意方向可弯的能力.进一步,基于有限元分析给出压印厚电极在不同弯曲方向下的临界弯曲半径.此外,压印引入的网络通道结构提升电极内的离子传输效率,使全电池实验中压印厚电极在高倍率下的电化学性能显著优于常规厚电极,且电池在弯曲状态下拥有良好且稳定的电化学性能.研究结果为高性能多功能储能电池的研发提供了基于电极结构设计的新思路. 展开更多

关键词 压印 厚电极 柔性 离子通道 锂离子电池

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带附加质量块的压电圆板能量采集器振动分析 被引量：8

8

作者 孟莹 丁虎 陈立群 《力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第11期2950-2960,共11页

基于圆板的压电能量采集技术在取代化学电池为低功耗电子器件提供能源方面具有巨大的潜能.本文通过理论建模和数值仿真研究了考虑附加质量接触面积的压电圆板能量采集器的采集性能.首先,基于基尔霍夫薄板理论,用广义哈密顿原理推导了带... 基于圆板的压电能量采集技术在取代化学电池为低功耗电子器件提供能源方面具有巨大的潜能.本文通过理论建模和数值仿真研究了考虑附加质量接触面积的压电圆板能量采集器的采集性能.首先,基于基尔霍夫薄板理论,用广义哈密顿原理推导了带附加质量块的压电圆板能量采集器的机电耦合方程,并用伽辽金法对方程近似离散,通过离散方程得到电压、功率输出和最优负载阻抗的闭合解.用有限元仿真对所提出的理论模型进行了验证,结果表明该理论模型可以成功地预测压电圆板能量采集器输出电压和功率.最后,基于闭合解探讨了负载阻抗、附加质量块、压电圆板的内外半径等相关参数对压电圆板能量采集器固有频率、输出电压和功率的影响.结果表明,当质量块与复合板的接触半径足够小(本文中接触半径小于板半径的1/14)时,质量块与复合圆板的接触面积可以忽略;相较于无孔的压电片,内径位于2.5~4 mm范围内的压电片可以提高能量采集器的采集性能;附加质量、压电片外径和负载阻抗的合理选择既可以降低压电圆板的固有频率,还可以提高其采集性能. 展开更多

关键词 能量采集 压电复合圆板 附加质量 广义哈密顿原理 有限元仿真

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低频振动隔离和能量采集双功能超材料 被引量：8

9

作者 赵龙 陆泽琦 +1 位作者 丁虎 陈立群 《力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第11期2972-2983,共12页

振动隔离和能量采集一体化是一种能够将有害振动隔离并转化为电能收集利用的动力学机制.本文从局域共振超材料存在低频带隙特性出发,研究了振动隔离和能量采集双功能超材料的动力学行为.通过在球型磁腔内放置固接了感应线圈的球摆构成... 振动隔离和能量采集一体化是一种能够将有害振动隔离并转化为电能收集利用的动力学机制.本文从局域共振超材料存在低频带隙特性出发,研究了振动隔离和能量采集双功能超材料的动力学行为.通过在球型磁腔内放置固接了感应线圈的球摆构成具有能量采集功能的球摆型谐振器,并将其周期性的放置在基体梁中,可以将带隙频率范围内的振动聚集在谐振器内,以实现振动隔离和能量采集双功能.建立了横向激励下双功能超材料梁的动力学方程,应用Bloch’s定理得到超材料的能带结构,通过有限元仿真验证了理论模型和研究方法.研究了不同参数下超材料梁的带隙特性.进一步将一维拓展到二维,研究了二维双功能超材料板的振动隔离和能量采集性能.最后,设计并建造了振动隔离和能量采集一体化双功能超材料动力学实验平台,解析、数值和实验结果表明,在局域共振带隙的频率范围内,超材料梁主体的振动明显被抑制,与此同时,振动被局限在谐振器中,使采集到的电压达到了最大值.通过对附加谐振器和没有附加谐振器的能带结构和幅频响应的对比,发现球摆型谐振器的加入可以在低频范围内形成了一个局域共振带隙,有效提高了超材料梁在低频处的振动隔离和能量采集性能. 展开更多

关键词 球摆型谐振器 振动隔离 能量采集 双功能超材料

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新型三角形结构电磁式振动能量采集器的设计与分析 被引量：8

10

作者 陈春明 袁天辰 陈立群 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2021年第22期52-59,共8页

从环境普遍存在的振动中采集能量是目前研究的重点和热点。该研究提出了一种基于三角形位移放大结构的电磁式振动能量采集器,通过杠杆结构放大磁铁和线圈之间的相对位移,提高振动能量转换效果。通过在轻杆末端设置弹簧,形成三自由度非... 从环境普遍存在的振动中采集能量是目前研究的重点和热点。该研究提出了一种基于三角形位移放大结构的电磁式振动能量采集器,通过杠杆结构放大磁铁和线圈之间的相对位移,提高振动能量转换效果。通过在轻杆末端设置弹簧,形成三自由度非线性动力系统,拓宽了系统的能量采集频带。利用龙格库塔方法,数值分析了系统的动力学响应,结果表明所设计的采集器具有两个能量采集频段,其中一个覆盖5~10 Hz以下的低频范围,另一个覆盖20~45 Hz频段。通过分析不同采集器设计参数对振动能量采集效果的影响,发现增加杠杆结构的装配角、下部滑块质量以及弹簧刚度有利于低频范围的能量采集,而减小装配角和滑块质量则能够提高第二个采集频段的输出电压。通过构造等效的线性振动能量采集器进行对比发现,得益于轻杆的位移放大作用,相同激励下三角形振动能量采集器的最大输出电压是对比线性竖直振动能量采集系统的1.76倍,这些特性使这种新型采集器能够针对低频、宽域的环境振动取得良好的能量采集效果。 展开更多

关键词 环境振动 能量采集 电磁感应 非线性

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负电容压电分流的圆环超构材料隔振 被引量：2

11

作者 林丽芳 陆泽琦 +1 位作者 丁虎 陈立群 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第9期1320-1327,共8页

针对共振结构宽频振动控制不足,本文研究了力电耦合超构材料的振动隔离特性。以超构材料存在带隙特性为出发点,设计了一种周期性铺设有压电纤维片的圆环超构材料,外接负电容分流电路以实现振动衰减作用。建立了超材料圆环的动力学方程,... 针对共振结构宽频振动控制不足,本文研究了力电耦合超构材料的振动隔离特性。以超构材料存在带隙特性为出发点,设计了一种周期性铺设有压电纤维片的圆环超构材料,外接负电容分流电路以实现振动衰减作用。建立了超材料圆环的动力学方程,并通过有限元仿真软件验证了其衰减特性。发现圆环超构材料出现局域共振带隙,负电容分流电路的加入不仅在一定程度上拓宽带隙,且其减振效果十分显著。 展开更多

关键词 隔振 超材料 圆环结构 负电容 压电分流电路 局域共振 频响函数 带隙

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锂离子电池充电中断诱导的应力演化 被引量：4

12

作者 赵炎翡 吕浡 《机械强度》 CAS CSCD 北大核心 2018年第1期77-82,共6页

通过求解一般形式初值条件的扩散方程,得到恒流、恒压以及充电中断时的浓度演化,进而得到扩散诱导应力演化的解析表达式。基于解析模型,分别探究了发生在恒流阶段和恒压阶段的充电中断。充电中断时应力发生松弛,充电恢复时应力快速增加... 通过求解一般形式初值条件的扩散方程,得到恒流、恒压以及充电中断时的浓度演化,进而得到扩散诱导应力演化的解析表达式。基于解析模型,分别探究了发生在恒流阶段和恒压阶段的充电中断。充电中断时应力发生松弛,充电恢复时应力快速增加,从而必然导致一次应力涨落,对电池寿命不利。研究结果发现,中断时间越长,由充电中断导致的应力涨落就更为剧烈。另一方面,接近恒流-恒压转换时刻的中断会导致较严重的应力涨落。此外,还发现在恒流阶段发生中断导致的应力涨落比恒压阶段严重。 展开更多

关键词 应力演化 充电中断 恒流充电 恒压充电 锂离子电池

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钨基辐照材料纳米氦泡诱导位错成核的分子模拟

13

作者 黄鑫龙 吕陈扬韬 +1 位作者 孙昱瑶 楚海建 《上海大学学报（自然科学版）》 CAS CSCD 北大核心 2021年第6期1065-1073,共9页

基于分子动力学模拟,系统研究纳米氦泡的内压、孔径和温度对钨基辐照材料位错成核机理的影响.首次采用微动弹性带(nudged elastic band,NEB)方法对氦泡诱导位错成核的能垒进行分析.研究发现,存在一个极限氦/空位比,当氦/空位比超过该极... 基于分子动力学模拟,系统研究纳米氦泡的内压、孔径和温度对钨基辐照材料位错成核机理的影响.首次采用微动弹性带(nudged elastic band,NEB)方法对氦泡诱导位错成核的能垒进行分析.研究发现,存在一个极限氦/空位比,当氦/空位比超过该极限值时,纳米氦泡通过内压驱动位错成核、位错竞争与反应、交滑移等微观机理生成并发射柱型位错环而长大;氦泡诱导位错成核所需的极限内压随温度的升高与氦泡的长大而减小,氦/空位比的增加可以有效地降低位错成核所需的能垒. 展开更多

关键词 辐照氦泡 极限内压 位错成核 能垒 微动弹性带方法

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