摘要：纳米多孔金属因其显著的表面效应和优异的机械性能而获得广泛认可.受限于理论复杂性,以往对纳米多孔金属的研究往往依赖于简化二维模型.然而,这些简化模型无法准确地刻画纳米多孔金属力学性能,也未能充分捕捉表面效应影响,特别是纳米表面曲率依赖性.因此,该研究采用最小能量原理,基于Steigmann-Ogden表面理论,设计了综合考虑纳米多孔材料表面效应的有限元表面单元.利用这种新型表面单元,我们构建不同纳米多孔金属模型,并对其进行单轴拉伸和压缩模拟.研究结果表明,表面弯曲刚度导致材料应变能密度显著增加,从而影响能量吸收率变化趋势.此外,与表面Lamé常数相反,纳米多孔金属杨氏模量受到表面残余应力、表面弯曲模量和加载方向等因素显著影响.所开发的有限元模型为准确预测纳米多孔金属力学性能提供了一种稳健而令人信服的科学方法.

摘要：应用单元应变能密度理论结合实际白车身结构,提出了车身部件的应变能密度比质量灵敏度的相对灵敏度概念。基于承载式车身有限元模型进行了白车身薄壁构件的相对灵敏度分析,对计算数值进行比较,数值较大的部位即为需要增加厚度的部位,反之则减小厚度,以达到高刚度、轻质量的修改要求。根据相对灵敏度分析得出的修改方向提出了三种不同目标的修改方案:高刚度方案、轻质量方案及综合方案。通过对静刚度的结果对比,可以看出用综合方案得到的是较为符合设计要求的白车身结构模型,并得到了较为满意的修改效果。

摘要：针对深部高应力巷道顶板锚索在拉伸、剪切、扭转等复合作用下,积聚应变能瞬间释放,引发锚索抽丝破断弹射事故,严重影响煤矿安全生产。以张集矿1421(3)锚索支护巷道为工程背景,运用理论分析、数值模拟、实验室试验相结合的研究方法,揭示锚索-围岩能量孕育演化机制与锚索防护装置吸能防护机理。结果表明:由锚索丝单轴拉伸试验与全量本构模型得到锚索丝破断应变能密度为55 MJ/m^(3),锚索丝破断弹射释放能量与锚索丝破断长度、轴力、直径呈正相关。根据数值模拟,锚索距顶板0.6 m处剪切应力集中,易发生锚索抽丝破断弹射,长度0.8 m锚索丝弹射初速度为102 m/s。通过仿真模拟结合强度理论,原方案锚索吸能防护装置冲击荷载极限为20 m/s,增加锚索防护装置底座护壁使冲击荷载极限提升至200 m/s,有效解决锚索丝冲击防护装置偏转失效问题。基于锚索防护装置静态拉伸试验与自由落体冲击试验对数值模拟结果进行可靠性验证,获得防护装置最大吸能阈值为1189 J;无护壁防护装置弹簧底座在冲击力作用下产生侧向偏移,弹簧底部剪切破坏;增加弹簧底座护壁,可有效约束底座偏移,充分发挥弹簧拉伸吸能特性,防止弹簧剪切损伤后失效,试验结果与数值模拟结果相符。研究成果为同规格锚索巷道支护设计、锚索抽丝破断弹射与防护提供借鉴。

摘要：鉴于概念设计在车身设计中具有重要地位,提出了车身结构概念设计流程,构建了车身简化空间框架模型,采用半刚性梁和传递矩阵法建立车身刚度链模型。求解仅约束静动态性能的优化模型,分析优化后梁单元的应变能和应变能密度。为协调优化多工况下材料的利用和分配,引入变异系数作为约束指标。该设计方法,考虑了应变能因素的车身半刚性梁刚度链,以车身轻量化为目标,以弯扭刚度、固有频率和各工况应变能密度的均匀程度为约束条件,运用遗传算法,优化主断面参数。与标杆车仿真结果进行了对比。结果表明:应变能密度均匀化可以提高车身材料的效用,改善车身性能。因此,该设计方法具有可行性。

摘要：人工股骨头假体植入技术目前存在的主要问题之一是 :植入假体存在远期松动等并发症 ,从而导致手术失败。对于引起松动的主要原因 ,通常人们认为是磨损碎屑和应力遮挡所造成的骨质吸收。因此 ,对人工股骨头假体植入物的结构进行优化是具有特别重要的意义。本文采用骨再造理论与有限元结合的方法 ,用计算机模拟人工股骨头假体植入后股骨的再造行为 ,用截面吸收率和抗弯截面模量损失率定量分析假体所产生的应力遮挡效应。骨再造理论采用应变能密度作控制变量的表面再造理论 ,有限单元采用二十节点等参数单元。结果表明 :在所讨论的假体模型中 ,三种围领形式的假体所产生的骨吸收仅相差 4%。三种长度直柄的假体所产生的骨吸收相差近 30 %,直柄长度的变化对应力遮挡效应有更显著的影响。

摘要：提出一种基于能量准则的结构遗传设计方法 .针对有位移及应力约束的桁架结构 ,引入准精确惩罚函数来处理约束 .应用应变能密度准则 ,以应变能密度最大作为目标函数来构造适应值函数 ,并分别与质量最轻为目标函数和应用传统惩罚函数方法的遗传设计结果进行了比较 .

摘要：针对浅埋大采高工作面在周期来压期间煤壁片帮严重的问题,采用理论计算和数值模拟的方法,计算出顶板断裂前后弹性应变能密度的变化量,定量地表示了大采高工作面在周期来压期间煤体破坏的能量源,阐述了大采高煤体片帮机制,实现了黏结强度弱化-摩擦强度强化(CWFS)本构模型,并对煤壁破坏机制进行了验证,将CWFS模型中脆性系数引入煤壁破坏深度公式中,得到了修正的煤体破坏深度公式。研究结果表明:大采高工作面的开采引起煤体内应力状态的改变,使得煤体处于低围压或无围压状态,因煤体黏聚力强度组分和剪切强度组分并非同时启动,而是煤体黏聚力随着塑性应变增加逐渐减小,摩擦强度随塑性应变的增加而增加,从而导致大采高工作面煤体出现张拉破坏,同时煤体内存在剪切破坏,形成了拉-剪破坏共存的现象。

摘要：阐述了股骨的自适应再造理论和自适应数值仿真方法。在对股骨的自适应仿真研究中,将股骨的材料看作是具有弹性的连续介质的正交各向异性特性,给出了股骨以应变能密度SED为反馈控制参数的带有死区的非线性的自适应再造数学模型。利用ANSYS平台提供的参数设计语言APDL编写程序实现了股骨再造自适应仿真,仿真结果与临床报道十分接近,说明了仿真数学模型的正确性。

摘要：通过四因子三水平正交试验,用有限元分析软件Abaqus对235/45R18轮胎带束层帘线截面积、帘线间距、1#带束层帘线角度、2#带束层帘线角度进行优化设计,分析带束层端部的最大Mises应力和最大应变能密度以及胎面最大接地应力。结果表明,带束层帘线截面积为0.16 mm^2、帘线间距为1.6 mm、1#带束层帘线角度为58°、2#带束层帘线角度为122°时,轮胎带束层端部的最大Mises应力和最大应变能密度以及胎面最大接地应力最小,轮胎使用寿命更长。

摘要：依据新标准建立了有效合理的汽车座椅有限元模型。根据此模型结构提出了座椅部件的应变能密度灵敏度与质量灵敏度之比的相对灵敏度分析方法。在此基础上,从模型力学特性出发,针对选定的设计变量、目标函数、约束条件实施了高刚度、轻质量的汽车座椅结构优化策略。通过仿真分析验证了此方法的正确性和有效性。