摘要：为研究晶粒尺寸对材料接触力学特性的影响,考虑多晶铜基体弹塑性变形情况,基于分子动力学方法,在原子尺度下模拟了金刚石压头与不同晶粒尺寸的铜基体的接触与分离过程。研究结果表明:在不同晶粒尺寸下,多晶铜黏着接触过程中的最大黏着力基本保持不变,最大法向接触力随晶粒尺寸的减小表现出先增大后减小的趋势。纳米硬度和接触刚度分别与接触过程中的塑性能和弹性能的变化相关,且纳米硬度与接触刚度的变化总体成负相关。最后,采用公共近邻分析方法研究了多晶铜基体弹塑性变形过程,研究发现晶界数量对材料的纳米硬度有重要影响,并进一步影响其接触力学特性。

摘要：全髋关节置换术后衬垫边缘出现边缘负载不仅会增加脱位风险,而且会加剧假体的摩擦磨损。发生边缘负载与假体的安装位置、几何设计及患者运动状态等高度相关。该文基于金属-聚乙烯接触副建立了髋关节高边衬垫在步态载荷下的接触力学和边缘负载的有限元分析模型。该模型考虑了日常生活中正常行走、上楼梯、下楼梯和深蹲4种步态及20种相对极端的臼杯安装位置,以研究高边衬垫的接触应力、边缘负载和等效塑性应变情况。结果表明:衬垫的等效塑性应变、发生塑性变形的体积、边缘负载和边缘负载的持续时间都随臼杯外展角和前倾角增加而增加;相比于另外3种步态,深蹲步态更容易使衬垫产生塑性形变,对衬垫造成的破坏最大;在臼杯外展角不低于50°的情况下,将高边衬垫的高边放置于人体后上方不但能避免出现边缘负载,还能显著降低衬垫的塑性应变。

摘要：针对中国水稻在机械化收获过程中稻谷损伤严重,脱粒装置的设计仍以经验为主等现状,从碰撞的角度,建立了谷粒与脱粒元件接触过程的位移量和最大压力分布方程,并以钉齿脱粒滚筒为例,求得了稻谷产生应力裂纹或破碎时稻谷与脱粒元件碰撞的临界相对速度,室内台架试验验证了理论分析的正确性,为深入研究水稻谷粒与脱粒元件的相互作用、稻谷的脱粒损伤机理以及脱粒装置的设计提供了理论依据。

摘要：针对现有无源无线传感器存在稳定性差,抗干扰能力不强,传输距离过短的问题,提出一种新型无源无线应变传感器。该传感器由两个线圈和一个体声波传感器组成,体声波传感器包括传力结构和石英晶片,其可将被测表面的应变转化为可检测的石英谐振频率偏移。首先,建立了半椭圆接触模型,研究接触力、激励电压、接触元件形状对石英的影响,以提高传感器性能;其次,设计了石英加载装置,实现石英表面微力加载研究;最后,搭建了无源无线应变传感系统,传输距离可达5 cm,分辨率约为4.2 Hz/με,应变测量范围为600με,重复性实验显示RSD为5.47%。实验结果表明,该传感系统具有良好性能,在未来将与无人机结合为大型结构应变测量提供有效的解决方案。

摘要：目的建立刚性微球与织构化涂层表面黏附接触数值分析模型,探究织构化涂层属性对微观接触副黏附力学性能的影响。方法基于Hamaker求和法以及Lennard–Jones势能定律,考虑织构高度对接触体间距离分布的影响以及涂层、织构材料属性对接触体间黏附力的影响,建立织构化涂层表面黏附接触力学模型并验证所提模型。基于所提模型,研究不同Tabor数下织构形貌、密度、高度以及涂层厚度对接触系统黏附力学性能的影响。结果在相同参数下,圆柱型织构黏附力最大,半椭球型织构次之,四棱锥型织构最小。织构密度从200μm^(‒2)增加到4000μm^(‒2)时,最大黏附力随着织构密度的增加而增加,圆柱型织构增加约5~6倍,四棱锥型织构增加约1.5倍。随着织构高度从1ε_(bs)增加至30εbs,最大黏附力减小,四棱锥型织构减小最多,约为原来的1%,圆柱形织构减小最少,约为原来的90%。涂层厚度能够影响黏附力的大小,但影响规律与织构化涂层的Tabor数及织构高度相关。随着涂层厚度从1ε_(bs)增加至16ε_(bs),大Tabor数时黏附力逐渐增加,小Tabor数时黏附力逐渐减小。Tabor数较大、织构高度较小时,黏附力–接近距离曲线会出现2次峰值。结论揭示了织构形貌、密度、高度及涂层厚度对接触系统黏附力学性能的影响,总结了黏附力与最大黏附力的变化规律,所得规律可为工程实践中的黏附微纳米结构设计与应用提供理论指导。

摘要：目的由于受制造技术的局限性、可能的设计优化考虑以及临床应用的磨损等因素影响,人工髋关节轴承表面表现为非球面几何特征,可以利用有限元分析方法对非球面人工髋关节的接触力学行为进行研究。方法对球面网格数据模型进行非球关节面重建,研究不同取向椭球面股骨头对球面髋臼几何特征的非球面金属对金属人工髋关节的接触力学表现。结果非球面股骨头接触区域中心位置的平均曲率半径在一定范围内增大时,能有效降低相应关节接触面上的最大接触压力,同时接触面积有所增加;在同样载荷下,髋臼相对股骨头不同倾斜状态对非球面股骨头的接触压力峰值和面积影响较小,但压力分布有所不同。结论良好地控制人工髋关节的非球表面特征,有利于改善人工髋关节最大接触压力幅值大小和接触区域分布。所发展的非球面人工髋关节接触模型及数值模拟过程能够有效地运行,这为非球面关节动态接触及磨损预测问题研究提供了条件。

摘要：目的建立生物组织与腹腔镜器械的接触变形模型,进行接触应力应变分析。方法利用Kelvin-Voigt模型及Hertz接触理论,建立楔形、圆形齿结构的器械与生物组织接触变形模型,分析接触应力及应变随时间变化的情况;并运用有限元分析及生物阻抗测量方法,比较不同器械结构与组织接触后的变形及应力变化情况。结果不同结构的齿在抓取组织时对组织造成不同的应力应变。楔形齿结构对组织造成的应力最大,圆形齿最小,楔形与圆形混合齿介于两者之间。结论楔形与圆形混合齿可以有效减少抓钳与组织接触时产生的过载压力,从而能够减小楔形齿对组织造成的伤害,增强圆形齿抓取组织的能力。在临床上,该方法可为腹腔镜器械的安全使用和设计提供重要建议。

摘要：背景:膝关节假体几何参数对置换膝关节运动性能和接触力学有十分重要的影响,也决定了膝关节假体的使用寿命。目的:分析膝关节假体胫骨衬垫矢状面前端半径、矢状面后端半径、冠状面曲率半径对膝关节接触力学和运动学的影响。方法:以美国强生骨科公司全膝关节置换产品DePuy PFC CR后交叉韧带保留型假体为标准模型,通过改变该膝关节假体胫骨衬垫的矢状面前端半径、矢状面后端半径及冠状面曲率半径分别建立胫骨冠状面半径增大假体三维实体模型、胫骨矢状面半径增大假体三维实体模型与胫骨冠状面后端半径增大假体三维实体模型,并建立力控制显示动态步态周期有限元模型,模拟膝关节置换后的步态周期运动,得出胫骨衬垫在一个步态周期中的最大接触压力、接触面积、胫骨前后位移和内外转角。结果与结论:①与标准模型相比,减小冠状面形合度,胫骨衬垫的接触压力显著增大、接触面积显著减小,但减小矢状面形合度,最大接触压力和接触面积增加并不明显;②与标准模型相比,当胫骨衬垫前端曲率半径增大,胫骨的向后移动显著增加;当胫骨衬垫矢状面后端曲率半径增大时,胫骨的后移增加不明显;当胫骨衬垫前、后端曲率半径增大时,内转增大较明显,特别是在站立相阶段,最大转角从8°增至10°。胫骨衬垫冠状面曲率半径的增大对假体的运动性能影响并不明显;③结果表明,膝关节假体股骨髁与胫骨衬垫在冠状面内的形合度是影响胫骨衬垫接触面积、接触压力大小的主要几何参数,适当减小冠状面形合度不会对膝关节运动稳定性产生显著影响;假体矢状面曲率半径的一致性是影响膝关节运动的主要几何参数。

摘要：针对Y341-114型压缩式封隔器,采用Yeoh橡胶本构模型,在封隔器坐封和坐封后两种工况下,运用有限元分析方法对封隔器的非线性接触力学行为进行了模拟研究,分析了该封隔器坐封过程中施加的载荷与轴向压缩量的关系以及坐封后的强度、接触应力和摩擦力校核。结果表明:在封隔器坐封过程中,中胶筒首先与套管发生接触,其次是上胶筒,最后是下胶筒;封隔器坐封后胶筒的应力集中于胶筒的肩部,其中下肩部应力集中现象尤为明显;胶筒与套管之间的摩擦力、接触应力均能满足分层注水工艺设计要求,能够有效封隔15MPa的层间压差。

摘要：为分析点磨削零件表面接触力学特性,采用理论与仿真相结合的方法,建立了点磨削零件分形接触力学模型并采用Matlab软件进行分析.由模型知,当分形维数不等于3/2,两圆柱体发生内接触时,在相同接触长度下,载荷随着零件表面纹理方向角的增大而减小;当表面纹理方向角减小时,实际接触长度和两圆柱压溃径向宽度增大,应力减小.仿真结果表明,其他变量不变条件下,表面纹理方向角在45°～90°时,接触载荷随表面纹理方向角的增大而减小,接触应力随表面纹理方向角的增大而增大.研究结果揭示了零件表面纹理方向角对接触力学特性的影响规律,对于点磨削零件表面完整性设计具有重要意义.