摘要：目的分析骨水泥型胫骨假体平台界面应力,确定界面应力损伤区域,为临床单髁置换胫骨平台的应力失效问题提供参考。方法通过人体动力学软件模拟完整周期的步态,获得膝关节的承力条件;利用医学影像及三维重建软件建立完整的膝关节模型并进行单髁置换;通过有限元法分析单髁置换后胫骨假体平台界面应力的分布规律。结果步态下膝关节的力和角度随时间呈周期性变化,1.3 s为1个周期,膝关节合力峰值为760 N;界面最大剪切应力为11.82 MPa、最大拉应力6.849 MPa,均发生在假体-骨水泥界面的内侧前端拐角处;对于界面的最大应力,钛合金假体低于不锈钢假体。结论假体的弹性模量减小可以降低界面最大主应力,从界面应力考虑,钛合金假体优于不锈钢假体;胫骨假体平台界面损伤区域主要在内侧前、后端拐角和外侧中端处,故提高该区域假体-骨水泥结合能力能防止单髁膝关节胫骨假体平台松动。研究结果对临床中单髁术后胫骨假体平台松动预防具有实际意义。

摘要：为了提升离心泵的水力性能,分析了BMS叶片对离心泵性能的影响,以及其在不同流量下的减阻率、内部压力、速度以及壁面剪切力,研究了非光滑表面叶片提升泵水力性能的机理。首先,参照螃蟹上壳表面特征,在离心泵叶片上构建了仿生微球结构;然后,基于CFX,采用RNG k-ε湍流模型对其进行了数值模拟,对比分析了光滑表面与仿生微球表面叶片在各流量下的扬程与水力效率,探究了仿生微球表面水力效率增加率与减阻率的关系;最后,分析了不同流量下微球结构对泵内流体压力、速度以及叶片壁面剪切力的影响。研究结果表明:采用仿生微球结构对离心泵扬程提升率最大为2.5%,其中,在0.6倍额定流量处的提升水力效率表现最好,在0.8~1.4倍额定流量处的水力效率略微降低,水力效率增加率与减阻率变化趋势一致;微球结构使流体旋转失速得到了改善,并破坏了流体涡结构,同时,微球结构使流体压力分布更加均匀,叶片壁面剪切力更低。

摘要：为满足工程上对大吨位和小质量起重机的追求,实现起重机伸臂轻量化设计目标,在QY25K5型起重机伸臂主要结构参数尺寸的基础上,通过UG软件对伸臂进行了数字化设计,建立了CAD模型。根据GB/T 3811—2008,确定了在典型危险工况下,伸臂的工作载荷、许用应力及许用挠度,并对伸臂的强度、刚度及1阶屈曲模态进行仿真分析。根据分析结果,以伸臂截面尺寸作为优化设计变量,分别通过Inspire和ANSYS软件对伸臂上盖板和腹板厚度进行尺寸优化,得到两组板厚优化值;根据起重机设计标准及工程上常用的钢板厚度确定了上盖板和腹板的厚度,生成伸臂的轻量化设计方案,减重率可达15.2%。对伸臂力学性能进行校核,结果表明:设计方案在符合起重机典型危险工况下,满足强度、刚度及稳定性的要求,达到减重的目的。综合两种优化方案优化的方法,可为起重机伸臂轻量化设计提供参考。

摘要：在骨科手术中,已加工骨表面的残余应力会影响骨裂纹生长以及骨表面质量。为研究铣削参数对骨材料已加工表面残余应力的影响,通过ABAQUS软件对球头铣刀铣削皮质骨进行有限元仿真,并验证了模型的正确性,设计了主轴转速、进给速度和铣削深度对残余应力的单因素试验。研究结果表明:表面残余应力与进给速度呈负相关,与铣削深度呈正相关;残余应力随主轴转速的增加呈先上升后下降的趋势,转速2000r/min为转折点。合理的铣削参数可以控制皮质骨已加工表面残余应力,从而提高骨科手术质量。

摘要：铣削加工时的铣削力对刀具磨损和工件加工质量影响严重,研究刀具的铣削力对铣削加工有重要意义。铣削加工时,改变刀具切削刃曲率,最大切削宽度和最大铣削面积随之变化;被加工材料的切削变形阻力发生变化,铣削力也会随之变化。采用螺旋角为0°的直刃鼓形铣刀,只改变刀具参数中的母线半径(即切削刃曲率),研究铣刀切削刃曲率对铣削力的影响。选择5组母线半径/切削刃曲率,计算最大切削宽度和最大铣削面积;采用Deform-3D软件对5组母线半径/切削刃曲率下的鼓形铣刀铣削合力F和各向分力(F_(x),F_(y),F_(z))进行仿真,并进行相同条件下的铣削试验。研究结果表明,刀具铣削合力F和分力F_(x),F_(y)随着切削刃曲率半径的增大而增大。

摘要：三维振动辅助铣削是一种新型获得复杂表面结构形貌的特殊加工方式,三个方向振幅对能够反映表面加工质量的工艺参数—铣削力有着重要影响。文章旨在探究振动幅值对铣削力的影响规律,首先根据振动辅助加工原理,建立了球头铣刀三维振动轨迹模型;其次,通过ABAQUS软件,基于铝合金7050-T6的J-C本构模型,建立了球头铣刀三维振动辅助铣削过程三维有限元模型;最后,检测了施加三维振动辅助后,仿真过程中球头铣刀的空间位移瞬态响应,对不同振动幅值下各个方向的输出铣削力进行分析。结果表明,三维振动辅助能够在一定程度上减小铣削力;增大振幅,使三个方向的最大铣削力增大,但纵向进给方向和横向进给方向的平均铣削力呈下降趋势,而垂直进给方向的平均铣削力增加到最大值后,振幅的增加对其平均铣削力影响变小。

摘要：为提高船舶在航行过程中的消防安全保障,对船舶消防系统关键部件雾化喷嘴,根据其结构型式和工作原理,建立压力旋流喷嘴的理论模型。采用试验和数值模拟相结合的方法对其外部液滴雾化特性进行分析,分析入口压力、喷嘴出口直径、旋流室长度对雾化粒径、雾化锥角的影响规律。研究结果表明,雾化粒径随着入口压力和旋流室长度的增大而减小,随出口直径增大而增大;雾化锥角随着入口压力和出口直径增大而变大,随旋流室长度增大而减小。设计Box-Behnken试验并进行CFD仿真模拟,通过响应面方法获得雾化锥角和雾化粒径的影响规律。

摘要：本研究对Ni_(2)MnGa/环氧树脂智能复合材料进行仿真与探讨。从理论方面分析了FSMA颗粒对复合材料性能的影响并通过有限元分析软件对Ni_(2)MnGa/环氧树脂复合材料的模型进行仿真。研究表明在力磁耦合条件下,随着预压力和颗粒体积含量的增加,材料的弹性模量会变大;力热耦合作用下,基体相较于颗粒存在着较大应变;在不同温度下材料所表现的超弹性现象也有明显的区别,且表现出形状记忆效应;在循环载荷作用下复合材料也表现出滞后效应。

摘要：目的采用Wolff骨重建理论分析全髋关节置换(total hip arthroplasty,THA)对股骨近端骨重建进程的影响。方法根据骨重建控制方程,利用Python语言编写骨重建程序。在ABAQUS软件中分别建立术前股骨模型与术后股骨及假体有限元模型。对比THA手术前后骨重建进程,分析假体植入对THA术后中远期股骨力学性能的影响。结果假体植入后,股骨近端应力持续降低,受力点由股骨头转移到假体,出现明显的应力遮挡现象。应力遮挡区域内骨丢失现象严重。股骨干皮质骨变薄,应力遮挡有所缓解。假体底端内侧受挤压,应力显著高于外侧,此处骨质分布不均。结论THA术后股骨近端内侧出现明显的应力遮挡,导致骨丢失,造成假体松动;假体底端两侧应力水平存在差异,引起骨质分布不均,导致假体与股骨配合不紧密,造成术后患者大腿中段的疼痛。

摘要：针对人体下肢行走时可分为摆动相与承载相的运动承载特征,提出具有运动包容性与承载有效性的下肢膝关节外骨骼仿生欠驱动五杆机构研究原型,运用闭环矢量法对其构建系统运动学模型,在此基础上得到系统速度雅可比矩阵,进而提出一种评价该仿生机构的全局性工作空间灵巧度的新型综合评价指标,并以此为优化目标。在MATLAB 9.0平台上,开展基于运动学模型的系统结构参数数值优化仿真,并结合UG NX 12.0虚拟样机仿真平台,进行仿真结果数据比对,通过误差分析验证了运动学建模的正确性,进而进行数据深入分析,结果表明:优化后的仿生机构相对人体膝关节运动空间而言,具有良好的仿生灵巧包容性,亦表明基于新型综合评价指标下的结构参数优化方法的有效性。