腰椎椎间植骨融合有限元分析

为了评估植骨融合术对腰椎运动和应力分布的影响, 利用影像诊断技术(CT扫描) 和CAD三维重建技术获得人体腰椎三维模型, 椎间盘纤维环采用各向异 性纤维加强超弹性本构模型, 建立了包括椎体、椎间盘和韧带的正常有限元模型以 及L3-L4融合的腰椎L2-L4节段有限元模型, 并通过对比模拟和实验结果验证其有效 性. 利用商业有限元软件ABAQUS/Standard 进行前屈、后伸和轴向旋转载荷情况下 的模拟分析, 对比两种模型在不同状态下的运动范围及应力分布情况. 模拟结果显 示: 在相同的载荷情况下, 融合模型的运动范围和正常模型相比明显偏小; 相邻椎 体的应力分布与正常模型明显不同, 但植骨融合对相邻椎间盘的影响相对较小. 此 外, 小关节对维持脊椎正常生理功能起着重要作用, 小关节功能丧失会使相应节 段的椎间盘髓核压力增大.     

血管内支架扩张行为的有限元分析

用非线性有限元技术模拟了球囊胀开式血管内支架在内表面压力作用下的自由扩张过程.计算了不锈钢支架扩张过程的径向位移、轴向位移和非线性回复量,结果表明支架变形后的径向位移量随载荷压力增大而增加,最大应力值随之升高.本文的模拟方法为血管内支架的优化设计及性能评估提供了科学的依据.     

血红细胞力学性能的纳米压痕实验和有限元模拟

采用纳米压痕技术和有限元方法研究了血红细胞的生物力学性能. 进行了血红细胞的纳米压痕实验, 得到了血红细胞的材料参数和变形形貌; 在实验基础上, 建立了血红细胞的三维有限元模型, 模拟了血红细胞的压痕载荷-位移曲线, 并考虑了参数效应. 数值模拟结果和实验数据符合很好. 通过改变压头与材料之间的摩擦系数和压头曲率半径等参数, 比较了载荷-位移曲线的变化情况. 研究表明摩擦系数对压痕载荷-位移曲线和应力分布影响很小, 而压头曲率对载荷-位移曲线的影响明显.     

有限元分析的并行计算方法

文章介绍有限元方法的并行化研究是今后计算力学发展的重要趋势之一，分析了国内外有限元并行计算方法的研究现状与发展，并对国内在这一新兴领域研究工作的开展从技术和管理两方面提出了一些有益的建议。     

基于ANSYS/LS-DYNA的钢板混凝土墙冲击实验的有限元分析

运用经典的显式非线性动力分析软件ANSYS/LS-DYNA,分析了1/7.5缩尺飞机模型撞击钢板混凝土墙的冲击实验。选用两种不同的混凝土材料本构模型(Winfrith模型、CSCM模型)模拟混凝土的非线性破坏过程,将钢板混凝土墙的破坏模式以及飞机模型的残余速度等与实验结果进行了对比。结果表明,有限元分析结果与实验吻合较好,且Winfrith材料模型能够更好地模拟混凝土的大应变、高应变率的非线性性能,验证了钢板混凝土墙和飞机材料本构模型的选取以及整个分析方法的适用性和有效性。     

内排及削坡对露天矿边坡稳定性影响的实验分析

露天矿边坡稳定是煤矿工程安全生产的主要问题之一。采用内排压脚和削坡减重措施对增强边坡稳定作用较大,有利于现场开采安全。以安家岭露天矿29209工作面为研究对象,采用相似材料模型和数值模拟相结合的方法,研究内排及削坡对露天矿边坡稳定性的影响。研究结果表明,上覆岩层的垮落和变形形成的"拱式"结构使得岩体向边坡临空面方向发生水平移动,造成边坡岩体的开裂,甚至形成滑移面或潜在滑移面;随工作面的推进,地表形成W型沉陷形状,沉陷区域波及到坡面位置,累计沉降值达到2m左右;内排和削坡措施可有效减小边坡沿煤层上下面的错动;边坡的变形破坏以层间错动为主,同时伴有朝向采空区的塌陷;当工作面推进超过设计停采线50m时,垂直方向裂隙带下沉,1360平盘向边坡临空面水平推移约3m,形成典型"推移式"滑坡模式。     

基于类桁架材料的Hermite有限元优化方法

提出了一种采用高阶单元进行结构拓扑优化的方法。在设计域内优化杆件的 C0阶连续分布场以形成类桁架连续体;采用 Hermite 矩形单元,推导了对应的类桁架材料的刚度矩阵;将结点位置的应变直接作为基本变量,并选择类桁架连续体中的有限杆件,形成了近优化的离散杆系结构;通过弹性模量E=210GPa、允许应力σp=160MPa的悬臂结构、简支结构、多个荷载作用下的悬臂梁等典型数值算例验证了该方法的有效性。结果表明：在有限元自由度和迭代次数相同的条件下,应力约束最大误差由双线性矩形单元的6%减小到0.01%。     

波形钢板-混凝土组合剪力墙的非线性有限元分析

以波形钢板-混凝土组合剪力墙的试验研究为基础,利用ANSYS建立了考虑黏结滑移的有限元模型;分析了混凝土墙体和波形钢板在试件加载过程中的受力性能,通过将有限元模型计算与试验所得的荷载-位移曲线进行对比分析,得出计算结果与试验结果吻合较好的结论。研究了栓钉对波形钢板和混凝土变形协调的影响,结果表明:墙体下部栓钉滑移量大于上部栓钉滑移量,可增大下部栓钉强度,以改善波形钢板和混凝土墙体的变形协调关系。分析了不同参数对波形钢板-混凝土组合剪力墙受力性能的影响,包括栓钉直径、栓钉间距、钢板厚度、墙体厚度、轴压比等。分析结果表明:增大栓钉间距会降低组合墙承载力和延性;栓钉直径、波形钢板厚度、配筋率对试件承载力影响不大;波形钢板厚度为2mm或轴压比为0.40时,试件延性明显降低;型钢厚度、墙体厚度、轴压比、剪跨比对试件承载力影响较大。     

拱脚结构的模型实验与有限元分析

本文应用环氧树脂材料浇铸成某大跨度桥梁预应力拱脚模型,采用精密铸造成型方法做出模型中的四条索道孔。用自行研制的传感器施加四条模拟钢索的索力,通过专门设计的加载装置,使用精确的滑轮导向,在5个截面上分别施加剪力Q、弯矩M和轴力N,并考虑自重载荷,进行了电测模型实验。应用ANSYS软件对拱脚实际结构进行了有限元分析,根据模型实验时索与索道孔壁的接触情况建立了力的边界条件,使有限元计算与真实情况接近,计算误差大为减小。同时将实验与有限元分析结果进行了比较,变化规律一致,数值较为接近。对拱脚的优化设计提供了重要的参考依据。     

基于有限元压缩方法的复合材料RVE创建

文章提出一种有限元压缩方法,可以简单、高效地创建具有较高增强体体积分数的复合材料代表性体胞单元(RVE),其具体步骤如下:(1)基于随机顺序吸附(RSA)法生成具有较低增强体体积分数的复合材料周期性RVE;(2)在周期性边界条件约束下,采用有限元方法压缩前述创建的低增强体体积分数复合材料周期性RVE,得到有限元网格格式、具有较高增强体体积分数的复合材料周期性RVE;(3)通过后处理提取得到的高增强体体积分数复合材料周期性RVE中所有增强体的位置(和取向),进而创建CAD格式的复合材料周期性RVE.采用提出的有限元压缩方法,成功创建了体积分数达50.0%的球形增强体复合材料的周期性RVE.采用最近邻距离的概率分布函数、最近邻取向角的累积概率分布函数、Ripleys-K函数和对关联函数对创建的复合材料周期性RVE中球形增强体分布规律进行了统计分析,发现创建的复合材料周期性RVE中球形增强体空间随机分布.基于创建的复合材料周期性RVE和有限元均质法预测了不同类型的球形增强体复合材料的弹性性能,并与实验测试和双夹杂模型预测的结果进行了对比,验证了创建的复合材料周期性RVE及提出的有限元压缩方法...     

基于光滑有限元法的热-弹相场断裂研究

基于相场理论,论文构建了热力耦合作用下热-弹性材料的复杂断裂控制方程,采用光滑有限元法对该模型进行了数值离散;设计编写了相应的Matlab计算程序;开展了热-力载荷下的二维拉伸断裂模拟,将结果和有限元计算结果对比,吻合一致.同时采用该模型开展热冲击下陶瓷板的多裂纹扩展过程模拟,计算结果和实验结果吻合良好,验证了论文方法的有效性.     

反应堆压力容器防断裂设计的规范法和分析法比较

针对AP1000反应堆压力容器的上封头部分,采用规范法计算了反应堆启动和停堆瞬态下表面椭圆形裂纹前沿的应力强度因子.计算结果表明在反应堆启动过程中,上封头外表面裂纹比内表面裂纹更加危险;而停堆过程中,内表面裂纹比外表面裂纹危险.对于远离结构不连续区,环向和径向裂纹前沿的应力强度因子相差不大.但是对于临近结构不连续处,反应堆启动过程中环向裂纹比径向裂纹危险;而停堆过程中,径向裂纹比环向裂纹危险.经评价表明该缺陷符合ASME安全设计的要求.同时建立含真实裂纹的三维有限元模型进行了防断裂分析评价.通过两种方法的对比表明,传统的规范法比有限元方法偏保守.     

面向对象有限元方法研究进展

综述了面向对象有限元方法的研究现状。基于国内外大量相关文献，首先评述了有限元方法的面向对象分析过程（OOA），包括对象的识别，对象属性，方法和关系的确定等等。其次涉及有限元方法的面向对象设计过程（OOD），具体讨论了人机交互，任务管理和数据管理等内容。再次讨论了有限元方法的面向对象编程过程（OOP），如编程语言的选择，面向对象有限元的应用和集成等问题。此外还延拓到面向对象方法增强有限元软件的表现，面向对象有限元的扩展等。最后展望该方法的发展动态。     

平面三角形单元有限元差分法

本文基于有限元差分法的构造方法,建立了平面三角形单元的有限元差分法。该方法的计算过程简单、规范,能够形成通用的计算程序。它直接给出连续的应力场,能够通过常应变收敛试验,具有较常规有限元法高得多的计算精度。更重要的是,该方法的构造思路能够推广于人们熟知的任何单元中。     

Splitting Modulus Finite Element Method for Orthogonal Anisotropic Plate Benging

ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＡｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｏｆｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔｖａｒｉａｂｌｅ,ａｌｌｔｈｅｐｒｏｐｏｓｅｄｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｏｄｅｌｓｃａｎｂｅｄｉｖｉｄｅｄｉｎｔｏｆｉｖｅｃｌａｓｓｅｓ:1 )Ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｍｏｄｅｌ[1- 4],ｗｈｉｃｈａｓｓｕｍｅｓｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｉｓｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｉｎｔｈｅｅｎｔｉｒｅｆｉｅｌｄ ;2 )Ｅｑｕｉｌｉｂｒｉｕｍｍｏｄｅｌ[4 ],ｗｈｉｃｈａｓｓｕｍｅｓｓｔｒｅｓｓｉｓｂａｌａｎｃｅｏｎｅａｃｈｅｌｅｍ…     

Interval Arithmetic and Static Interval Finite Element Method

ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＩｎｔｈｅａｎａｌｙｓｉｓａｎｄｄｅｓｉｇｎｏｆｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ,ｓｏｍｅｕｎａｖｏｉｄａｂｌｅｕｎｃｅｒｔａｉｎｔｉｅｓ ,ｓｕｃｈａｓｔｈａｔｏｆｍａｔｅｒｉａｌａｎｄｇｅｏｍｅｔｒｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ,ｌｏａｄｓ ,ａｎｄｓｏｏｎ ,ｓｈｏｕｌｄｂｅｒｅａｓｏｎａｂｌｙｔａｋｅｎｉｎｔｏａｃｃｏｕｎｔ.Ｉｎｔｈｅｐａｓｔｄｅｃａｄｅｓ,ｔｈｅｓｅｕｎｃｅｒｔａｉｎｔｉｅｓｗｅｒｅｍｏｓｔｌｙｔｒｅａｔｅｄｗｉｔｈｐｒｏｂａｂｉｌｉｔｙｔｈｅｏｒｙｏｒｒａｎｄｏｍｐ…     

加肋开孔柱壳混合有限条——有限元屈曲分析

本文提出了一种分析环加肋开孔柱壳屈曲问题的混合有限条──有限元法。环加肋柱壳作为一个构造上的正交各向异性壳处理，柱壳非开孔区采用有限条元离散，开孔区采用有限单元离散。在有限条元与有限单元交界面上，根据位移协调条件建立条元和单元的耦合关系，并据此构造一种特殊的过渡单元、联接条元和单元，进行整体分析。算例表明，这一方法对开孔柱壳屈曲问题的分折十分有效。     

无网格与有限元的耦合在动态断裂研究中的应用

提出将无网格Galerkin法与有限元耦合的方法用于分析动态裂纹扩展问题,只在裂尖附近区域沿裂纹扩展方向布置无网格结点,而在其他区域采用一般的有限元,区域交界处的结点采用MLS方法插值,然后将求得的结点值再分配到有限单元的相关结点上,保证了无网格区域和有限元区域的交界处位移的连续。避免了网格的再生成,同时也克服了单纯使用无网格Galerkin法所带来的边界条件难处理及计算效率较低的缺点。数值算例显示这种方法是有效的。     

沥青混合料三点弯曲断裂的扩展有限元模拟

利用随机骨料生成和投放算法建立沥青混合料两相异质模型,借助ABAQUS软件开展了分别在跨中、偏中20 mm和40 mm不同位置包含预切口的沥青混合料三点弯曲试件断裂行为的扩展有限元模拟,分析了预切口位置对裂纹扩展路径、载荷位移曲线等的影响规律,并与实验结果进行了比较.结果表明,预切口偏离跨中越远,裂纹扩展方向偏离预切口延长线的角度越大,试件的峰值载荷越大,对试件承载能力的削弱越弱.实验和数值模拟结果在定性上的一致性表明,利用扩展有限元方法模拟沥青混合料断裂行为是可行的.     

非线性复合材料的一种杂交应力有限单元方法

建立了非线性复合材料模型的杂交应力有限元方法,并在材料主坐标系下提出直接方法计算单元非线性应力场,然后由此计算单元切线刚度矩阵和剩余载荷并转换到整体坐标系下,利用Newton-Raphson方法进行结构的位移迭代。在Hahn-Tsai非线性复合材料杂交元分析中,由位移和应力方程所导出求解单元非线性应力场的简单迭代法是条件收敛的,对较大载荷当迭代位移增加到一定程度以后无法得到应力收敛解。但是,利用本文提出的直接法由于完全避免了非线性应力场迭代,不仅很好地解决了这一问题,而且极大地提高了计算效率。数值算例说明该方法是确实有效的。