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关键词： 激光熔覆   数值模拟   温度场   应力场   工艺参数优化  

摘要： 激光熔覆技术具有输入能量高、热量范围可控、成型质量高等优点,在表面改性领域具有广阔的前景。激光熔覆技术受到多种因素的影响,调控工艺参数可提高激光熔覆层质量,因此,获取最优工艺参数组合对激光熔覆技术具有重要意义。本文将镍合金熔覆到球墨铸铁基体,通过热应力数值模拟确定工艺参数范围,然后采用正交试验和测试表征的方式获得最优工艺参数组合。本文主要开展以下四个方面研究:(1)借助ANSYS Workbench软件建立镍合金激光熔覆热应力场数值模拟三维模型,选择单元类型和网格划分,选择高斯热源,添加初始条件和边界条件,完成温度场模型建立,然后加入温度载荷和固定支撑,完成应力场模型的建立。(2)在Workbench内进行多组激光熔覆温度场数值模拟,利用控制变量法分析不同工艺参数(激光功率、扫描速度、光斑直径、送粉速率)对熔池最高温度和形貌结构的影响规律,获取激光熔覆温度场变化规律。(3)将温度场中热载荷导入应力场内,进行镍合金激光熔覆应力场数值模拟,获取不同路径上3种轴向应力的分布位置和数值变化。分析激光功率、扫描速度、光斑直径、送粉速率对应力场中最大残余应力的影响规律,结合温度场变化规律,获取数值模拟过程中的最优工艺参数组合。(4)根据数值模拟获取的工艺参数组合,设计正交试验表。分析不同工艺参数交互作用下与宽度、高度和稀释率的均值响应,获取影响温度场和应力场的主因素参数及其变化规律,并对仿真模型进行验证;分析不同工艺参数交互作用下与宽高比和稀释率的均值响应,并通过构建绘制3者等值曲线,获取最优工艺参数组合为激光功率1 k W、扫描速度12.5 mm/s、光斑直径3 mm、送粉速率22 g/min。最后通过重制试样进行微观测试验证最优工艺参数组合的准确性。本文建立镍合金激光熔覆热应力场三维模型能正确有效的模拟出不同工艺参数组合下激光熔覆过程中温度场与应力场,为试验参数范围选择和优化提供理论指导;通过正交试验获取更加准确可靠的最优工艺参数组合并测试表征结果,对获取激光熔覆最优工艺参数组合具有指导意义。

关键词： 荧光传感   温度   应力   酸碱度  

摘要： 在化学分析领域,荧光光谱技术以其灵敏度高、检测限低、操作简单等优点一直备受关注。但对物理量的荧光式检测技术的研究还有较大不足甚至空白,局限主要在环境参量类型、分布式检测技术、专用检测系统设计等方面。本文用荧光材料作为环境参量的指示剂,通过检测荧光复合材料或荧光染料溶液在不同温度、应力和酸碱度条件下的荧光发射光谱,确认了荧光式传感的可行性,进而用自参考的比例法标定了荧光图像的环境敏感特性,具体的传感特性标定结果包括:（1）荧光温度传感及荧光温度场检测无机荧光材料YAG:Ce3+-硅树脂复合材料的荧光温度传感方程为:Y=0.969-0.00031X,其中Y为积分强度比I（525～550nm）/I（550～575nm）;X为温度,单位℃。荧光热像的荧光像-热像变换依据方程:G/R=0.939+0.00027X,其中G、R分别是荧光像中同一个像素的绿、红分量。有机荧光染料罗丹明B-硅树脂复合材料的荧光温度传感方程为:Y=0.39+0.0032X,其中Y为积分强度比I（550-575nm）/I（575-600nm）;X为温度,单位℃。荧光热像的荧光像-热像变换依据方程:G/B=0.77-0.00193X,其中G、B分别是荧光像中同一个像素的绿、蓝分量。（2）荧光应力传感及荧光应力场检测无机荧光材料YAG:Ce3+-硅树脂复合材料的荧光应力传感方程为:Y=0.9689-0.0103X,其中Y为积分强度比I（525～550nm）/I（550～575nm）;X为应力大小,单位MPa。应力场检测依据的荧光-应力变换方程:G/R=1.145-4.5X。有机荧光染料罗丹明B-硅树脂复合材料的荧光应力传感方程为:Y=0.717-0.026X,其中Y为积分强度比I（550～570nm）/I（590～610nm）;X为应力大小,单位MPa。荧光应力场检测依据的荧光-应力变换方程:G/B=0.713-3.2X。（3）荧光pH传感及荧光pH场检测罗丹明B的pH传感方程为:Y=0.96-0.107X,Y为积分强度比I（560～585nm）/I（585～610nm）,X为pH值。pH场检测依据的荧光-pH值变换方程:G/B=0.534+0.031 X。实验结果表明,通过荧光图像颜色分量的自参考积分强度比分析,温度场、应力场和pH场可以由单幅荧光图像变换得到。用智能手机配合荧光材料就可以实现对不同物理场、化学场的快速、非接触、低成本测量,该技术在物体内部缺陷检测、荧光物质分布检测等无损检测领域有良好的应用前景。

关键词： 低温阈值   冻融试验   温度场   应力场   调控参数  

摘要： 在我国西北部高寒地区桥梁施工中,预应力混凝土梁压浆体注入低负温梁体后,完成水化之前发生冻融的几率极高,从而导致浆体强度降低和管道开裂等问题。本文研究典型地区低温阈值下,两种压浆料的冻融特性以及采用电热波纹管进行保温养生的控制参数,为高寒地区压浆料的施工养护提供参考。全文主要研究内容、研究方法与主要结论如下: (1)对入藏道路上面的多座城市冬季气温进行统计分析,将这些城市温度根据温度变化特点划分三个典型地区温度模式,提出相应的低温阈值和日循环温变曲线。 (2)对两种压浆料进行冻融试验,发现两种压浆料预养护时间越长,其强度损失率就越低,根据冻融后的试件强度,确定在B、C类环境下导热压浆料的预养护时间分别为2d,3d;而低温压降料在两种环境下的预养护时间都要超过7d。 (3)通过现场试验,在-20℃环境下碳纤维电缆线功率分别为13.2W/m、19.0 W/m、25.9 W/m时,其压浆料中心温度分别稳定在1℃、9.6℃、20.4℃,表面最大应力分别为1.9 MPa、3.0 MPa、4.6MPa;并通过实验室的试验结果对有限元中的混凝土热传导系数以及热膨胀系数进行修正。 (4)通过有限元软件ANSYS建立T梁模型,对不同波纹管直径、发热电缆线功率、压浆料入模温度、外界环境温度等因素进行分析,得到相应的T梁温度与应力场的变化情况。并通过各参数之间的关系计算得到其余组合的温度与应力变化,得到T梁在低温情况下压浆的调控参数。

关键词： 激光熔覆   有限元分析   温度场   应力场   显微组织  

摘要： 激光熔覆技术的应用在日常的生活中随处可见,与人们的生活息息相关,但在加工过程中同样也有其弊端。由于激光熔覆的加工特点,材料升降温速度快,难以测得准确的温度变化过程,而快速的升降温带来了复杂的温度梯度,对熔覆层的质量起到了直接影响。目前获取熔池温度场和应力场的变化规律仍然是一个难题。本文通过模拟计算技术,研究激光熔覆中温度变化规律和残余应力分布情况,由此确定最佳熔覆参数,同时研究了不同加工参数对晶粒度和硬度的影响,最后通过实验验证了模型的正确性。首先,使用Fortran语言编写用户子程序,以实现双椭圆热源模型沿预设路径方向的移动,并通过调整热源参数,有效地减小模拟与实验结果之间的误差,从而确保有限元模型的准确性。然后研究不同激光材料技术参数(激光功率和扫描速度)对熔覆过程中温度场的影响,探究其规律性,并分析残余应力的分布情况。具体包括以下内容:研究激光熔覆温度场中受加工参数的影响,熔池形貌和熔宽熔深的变化规律。研究结果显示,在扫描速度一定的情况下,激光在单位面积上输出能量的大小和熔池尺寸成正比,因为单位面积内输入能量越多,基材和涂层材料融化体积越大,更多的熔覆层与基体材料发生熔化,使得熔池的面积增加。激光功率一定时,扫描速度的熔池尺寸成反比,因为扫描速度越快,激光照射基体材料的时间越短,基体材料吸收的能量越少,导致熔池的尺寸越小。在获得温度场计算结果后,通过将温度场odb文件作为载荷施加在应力场的预定义场中,实现应力计算。研究发现,残余应力和激光功率的大小呈正比,与扫描速度大小成反比,分析激光加工参数的综合影响,在扫描速度10 mm/s,激光功率3600 W时,能保证最低的稀释率和残余应力,因此熔覆效果最佳。温度梯度(G)、冷却速率(R)是影响熔覆层中晶粒尺寸形貌的重要因素,研究发现,随着G/R值的减小,晶粒逐渐从柱状晶细化为等轴晶,随着离涂层和基体形成的分界线的距离越远,温度梯度逐渐减小,而冷却速率逐渐变大,导致熔覆层晶粒的变化。熔覆层的硬度主要受稀释率的影响,激光功率低或扫描速度快时稀释率较低,硬度高。在搭接面处,硬度曲线显著下降,而且搭接面附近的硬度明显低于其他区域。然而在搭接面左右两边,熔覆层的硬度值基本上呈均匀态势。此外,当柱状晶的颗粒尺寸差异微小时,柱状晶的生长走向对硬度的影响并不大。

关键词： 感应滚压焊接   温度场   应力场   数值模拟   工艺参数  

摘要： 在汽车工业中使用钢铝结构的复合车身可以有效降低汽车的质量以实现汽车轻量化。然而,钢、铝两种材料性能之间存在巨大的差异,现有的焊接技术在焊接过程中易出现变形、空洞、裂纹等问题,并不能完全满足汽车制造工业的要求。因此,本文提出了一种新型复合焊接方法—感应滚压焊接技术。感应滚压焊接技术既具有感应焊加热速度快、加热效率高、易于实现自动化的优点,又具有滚压焊可降低焊后残余应力的特点。本文首先根据感应滚压焊接技术的原理与特点,对钢铝感应滚压焊接过程的电磁场、温度场与应力应变场进行数值模拟,然后根据数值模拟确定的参数范围进行焊接试验,对焊接接头的熔池形貌、微观组织及力学性能进行研究。具体内容如下:(1)采用ANSYS软件对钢铝感应滚压焊接过程的电磁场、温度场进行仿真计算,探究感应加热过程中电磁场与温度场之间的具体联系,确定焊接工艺参数的范围并分析电源功率、焊接速度对温度场分布的影响规律。研究发现,电源功率由30k W增加到40k W,钢板表面中心点的最高温度由1014°C上升到1331°C;焊接速度由0.5mm/s增加到1.5mm/s,钢板表面中心点的最高温度由1357°C降低到998°C。当电源功率为35k W,焊接速度为1mm/s时,焊接过程中的温度场最为稳定。(2)运用ABAQUS软件对钢铝感应滚压焊接应力应变场进行仿真计算,将ANSYS模型中的温度场结果作为载荷施加到ABAQUS模型中,得到热应力与滚轮压力共同作用下的应力应变场结果。分析电源功率、焊接速度、滚轮压力三种不同工艺参数对应力应变场分布的影响规律。研究发现,电源功率与焊接速度都是通过改变热输入量对应力应变场产生影响,焊接路径区域的残余应力与应变较大。滚轮压力可以有效的降低焊后残余应力。(3)根据仿真计算的结果确定焊接工艺参数范围并进行钢铝感应滚压焊接试验。数值模拟结果与焊接试验过程中测得的温度、铝合金熔池边界形状吻合良好,验证了仿真模型的准确性以及模拟方法的可行性。(4)对钢铝感应滚压焊接接头的熔池形貌、微观组织及力学性能进行分析,研究工艺参数对接头熔池形貌、微观组织及力学性能的影响规律。研究发现,焊接温度与高温持续时间的增加会促进金属间化合物的生长;滚轮压力可以细化晶粒,提升焊接接头的力学性能。钢铝感应滚压焊接的最优工艺参数为:电源功率35k W,焊接速度1mm/s,滚轮压力800N。此工艺参数下接头的剪切强度为74.9MPa。

关键词： 高温超导带材   平面应变方法   边缘脱粘   磁通钉扎力   应力  

摘要： 钇钡铜氧(YBCO)高温超导带材因较高的临界转变温度和较强的载流能力等优点,成为超导技术发展与应用中的研究热点,可望在智慧交通、新能源、现代医疗等高新科技中得到广泛应用。然而,YBCO超导带材作为典型的多层复合结构,在应用中出现的常见失效模式之一:“边缘脱粘”问题严重影响了结构的稳定性。基于此,本论文针对高温超导带材在外加磁场、承载电流,以及电-磁场共同作用下的力学行为特征开展了研究。考虑YBCO高温超导带材涂层结构边缘发生局部脱粘,首先,分别研究了超导带材仅载流或仅受垂直于带材表面的外部磁场激励情形,基于超导临界态模型,获得了超导薄膜内的电流和磁场的分布规律;采用平面应变方法,给出了超薄薄膜内的正应力与层间切应力的控制方程。利用切比雪夫多项式的性质对上述控制方程进行数值求解。计算结果表明:薄膜内正应力与界面处切应力在未脱粘区域沿结构中心呈对称分布;在结构脱粘边缘一侧的基底-薄膜界面分离点处,发生明显的应力集中现象,突然增大的正应力极易引起涂层结构的进一步脱粘甚至发生失超现象;同时,逐渐增大的承载电流促使超导带材涂层结构内正应力整体增大,对结构的稳定运行造成影响,当承载电流从最大值开始减小并发生转向后,薄膜内正应力和界面切应力均呈现出先减小后增大的变化规律。当带材结构受外部磁场作用时,超导薄膜内的正应力与薄膜-基底界面处切应力的分布及变化规律与仅承载电流情形相似:超导涂层结构同样在边缘脱粘区域产生应力集中现象,当带材脱粘一侧的脱粘宽度增加时,结构未脱粘一侧薄膜内的正应力显著增大,进而对结构的稳定运行造成影响;此外,基底材料杨氏模量较小的结构,超导薄膜内正应力值明显大于基底材料杨氏模量较大时的情形。这些因素对超导带材结构载流能力的影响不可忽略。其次,针对超导带材在高电流和强磁场等多场环境下的应用背景,文中对电流-磁场共同加载下,存在边缘脱粘的YBCO超导带材涂层结构内的电磁力学响应进行了系统的研究。首先,分别计算了电流和磁场同比例上升以及下降情形下超导薄膜内的电流密度及磁感应强度的分布规律,再结合弹性力学基本方程,得到了超导薄膜内的正应力与基底-薄膜界面处的切应力关系式。数值分析结果表明,在承载电流与外部磁场共同作用下,由于电流和磁场的相互作用,超导薄膜内的电流密度和磁感应强度相对单一物理场发生变化,超导薄膜两侧所俘获的磁通线不同,进而使超导薄膜内的正应力沿结构的宽度方向呈不对称分布状态,超导薄膜俘获磁通线多的一侧拉应力显著大于俘获磁通线少的一侧;同时,基底的杨氏模量对结构内的应力分布影响显著,杨氏模量大的材料基底材料对超导薄膜有较强的约束,可有效削减薄膜内正应力的大小。

关键词： 厚板焊接   双丝焊   温度场   应力场   变形场  

摘要： 低合金高强钢作为一种结构钢,具有良好的韧性、塑性、焊接性能以及节能减重等特点,因此被广泛用于大型工程结构。近年来,在船舶、航空、建筑、运输等领域厚板应用越来越多,对厚板的焊接质量也有更高的要求。双丝焊接是一种高效的焊接方式,它具有较高的焊接速度和熔覆率,能够独立调节前后丝的工艺参数和前后丝之间的距离,更能满足厚板对于大熔深焊接技术的要求。通过数值模拟的方法,对不同工艺参数下厚板双丝焊接过程的焊后残余应力和变形进行分析,可以为实际双丝焊接的工艺参数优化提供理论指导。本文针对厚板钢材在双丝焊接过程中产生的残余应力和变形等问题,以30mm厚的Q390低合金高强钢为研究对象,借助ANSYS有限元软件对双丝焊接过程进行有限元分析。运用双丝焊的双热源加载理论,利用APDL命令流和生死单元技术编写两个双椭球热源加载和移动的程序,通过设置热源加载位置使热源一前一后施加到焊缝上。首先对厚板双丝焊接打底焊层的温度场进行仿真计算,阐明了热输入、预热温度和双丝间距等工艺参数对双丝焊接温度场的影响。其次根据打底焊的计算结果,确定多层多道焊接仿真工艺参数,分析了多层多道双丝焊接过程温度场的演变规律和不同路径下节点的热循环曲线。研究结果表明:双丝焊接过程温度场的热循环曲线有两个峰值,工艺参数的改变会影响峰值温度,但不会改变热循环曲线的变化趋势:多层多道焊接过程中,随着焊接层数的增加,峰值温度会升高。在温度场的基础上,基于热-弹塑性理论,使用间接耦合法计算双丝焊接过程的应力场和变形场,分析厚板双丝焊接过程焊后残余应力分布规律。进一步地,研究了不同工艺参数下应力场和变形场的分布规律,阐明工艺参数对垂直和平行于焊缝上的应力及变形的影响。研究结果表明:无论是垂直焊缝方向还是平行焊缝方向的纵向应力远大于横向应力,等效残余应力值为正值,随着焊接层数的增加等效应力值会减小,厚度方向的残余应力较大,远超过材料的屈服强度;热输入的改变对横向残余应力影响较大,对纵向残余应力的影响较小;残余应力随预热温度的增加呈先减小后增大的趋势。对本模型进行焊前预热的温度不宜超过200℃,双丝间距为15mm时残余应力值较小,焊接成形效果较好。采用模拟获得的优化工艺对Q390低合金高强钢平板对接结构进行双丝焊接试验,对焊接接头进行力学性能试验和金相组织观察,发现焊接接头性能良好;采用盲孔法测试垂直焊缝和平行焊缝方向的残余应力,发现测量结果与模拟计算结果相吻合,间接证明了双丝焊接有限元模型和双热源模型参数的合理性。综上所述,本文通过数值分析的方法对Q390低合金高强钢双丝焊接接头的应力及变形进行了系统性研究,揭示了不同工艺参数对双丝焊接应力场和变形场的影响规律,并对其进行试验验证,为双丝焊接过程的深入研究提供了一种数学方法。

关键词： 扩展边界元法   插值矩阵法   V形切口   应力奇性指数   应力强度因子   应力场  

摘要： 在当前经济水平与科技迅速发展的今天,工程结构中出现切口是无法避免的,从而导致切口的尖端会出现应力集中现象,材料在切口尖端处容易发生断裂破坏,会对材料自身的性能造成影响,进一步会产生结构的失稳现象。因此,需要采取措施来防止这种断裂的发生。本文主要进行三相材料切口的应力奇异性特征分析以及切口端部完整奇异应力场求解,这项工作对工程结构的安全评估具有重要的意义。本文建立扩展边界元法(XBEM)对三相材料的V形切口结构进行研究,将V形切口结构分为端部微小扇形的应力奇异性区域和无应力奇异性的剩余结构,首先,由插值矩阵法对切口端部进行应力奇异性特征分析,接着,运用常规边界元法分析无应力奇异性的剩余结构,最后,将特征分析与常规边界元法分析进行有机耦合,可获得三相材料V形切口结构的应力强度因子和完整奇异应力场。本文主要的研究内容如下:(1)首先对各向同性三相材料平面V形切口进行应力奇异特征分析。通过径向坐标r的渐近展开式对三相材料V形切口尖端区域的位移场进行表达,然后将位移场的渐进表达式转化成非线性常微分方程组的特征值的求解。最后通过插值矩阵法(IMM)将非线性常微分方程组的特征值求解转换为标准广义代数方程组的特征值求解,从而可以计算出各向同性三相材料平面V形切口前若干应力特征指数,以及相应的位移和应力特征角函数。(2)基于三相材料平面V形切口应力奇异性特征分析结果,然后利用边界元对切口外围结构进行分析。给出了扩展边界元法分析三相材料V形切口结构完整位移和应力场的基本理论和控制方程,然后通过建立扩展边界元法分析平面单相材料、两相材料V形切口的全区域应力场问题,特别是尖端区域附近应力场。计算出了单相材料和双相材料V形切口的应力强度因子,分析级数截断项数对应力强度因子的影响,研究了切口端部应力强度因子与切口深度和切口张角的变化规律。并通过XBEM给出了单相材料和双相材料切口端部的完整奇异应力场。(3)基于单相材料和双相材料平面V形切口的XBEM分析,然后建立XBEM分析了倾斜三相材料、双面开裂三相材料的V形切口尖端应力强度因子,以及尖端区域应力场。分析了倾斜三相材料、双面开裂三相材料的切口深度、切口张角、弹性模量比值以及倾斜角度对三相材料结构的应力强度因子和完整应力场的影响,并探索了尖端区域的应力渐近场解的有效范围。并给出倾斜三相材料、双面开裂三相材料V形切口尖端圆弧应力场。本文提出的扩展边界元法对平面各向同性三相材料的V形切口结构应力奇异性和应力场进行了分析,特别是解决了尖端区域的完整应力场的分析难题,从而为多裂纹结构的破坏扩展分析建立了新路径。

关键词： C/SiC通风盘式制动器   温度场   应力   模态   优化设计   非光滑  

摘要： 制动器在车辆行车安全中起着至关重要的作用。行车过程中,制动器能在必要时让汽车快速减速慢行或者停止,以免制动不良导致交通事故。同时制动器也改善了汽车的操控性能,便于司机紧急情况时对汽车进行操控,保障行车安全。制动器发生振动摩擦时,会发出噪音和热量,导致温度过高引起热应力等等,这均可能对制动器安全性造成潜在影响。因此,精确地对制动器进行振动稳定性及热-机耦合仿真分析,可以更深入理解制动器的热力性能并进一步提升制动效率与安全性。本文以正交各向异性C/SiC复合材料汽车通风盘式制动器为主要研究对象。首先,依据汽车制动器的实际尺寸建立三维有限元模型,以复模态仿真分析理论为依据,基于有限元软件ABAQUS,针对正交各向异性C/SiC复合材料汽车通风盘式制动器,通过划分网格、设定相关参数、施加边界条件,进行了复特征值模态分析,提取特征值和模态振型,并从结构参数、材料参数及工况参数对振动模态进行了影响因素分析。基于热-机耦合仿真理论基础,计算确定通风盘式制动器的制动工况、热荷载边界及位移边界条件,并在非线性有限元软件ABAQUS中进行划分网格、设定相关参数和施加边界条件。利用有限元软件ABAQUS,针对灰铸铁材料制动器、C/SiC复合材料制动器和铝合金复合材料制动器进行热-机耦合仿真,分别对比了这三种材料制动盘温度场及应力场的分布特性。通过完全热-机耦合的方法,对正交各向异性C/SiC复合材料制动器在紧急制动工况下模拟仿真,并探究其径向、轴向及周向三个方向节点温度及应力的变化趋势,总结在紧急制动过程中正交各向异性C/SiC复合材料制动盘瞬态温度场及应力场的分布云图及分布规律,探究两者之间的相互耦合关系。最后基于建立的正交各向异性C/SiC复合材料制动器,建立圆形凹坑结构和正方形凹坑结构三维制动器模型,利用正交试验对凹坑的深度、直径、圆周方向相邻凹坑间隔度数及类型四个方面进行结构优化分析,并得到散热良好的制动器结构。基于仿真优化后结果,考虑不同制动初速度,制动压力、摩擦系数,膨胀系数等影响因素对优化模型温度场进行影响因素分析。

关键词： 膝关节   损伤   负重   应力  

摘要： 膝关节较其它关节承重更大,并且运动频繁,这使得其具有至关重要的地位。本文通过生物力学角度进一步研究负重站立引起损伤的生物力学特征。当人体长时间经常性站立或负重站立时,膝关节处于长时间的受压状态,容易引起膝关节软骨、半月板以及交叉韧带慢性损伤。研究表明,膝关节的损伤和膝关节的力学环境密切相关,所以,对无损伤和发生病变后膝关节的力学特征展开进一步的研究非常必要。本研究运用了有限元技术对膝关节负重进行分析,首先,对受试者进行CT试验,获取数据结合软件Mimics进行三维重建,生成文件后导入Geomagic软件进行有限元模型的建立,之后使用Hypermesh软件网格划分膝关节模块进行材料赋予并参考相关文献证明模型的准确性和有效性。然后使用有限元分析软件ABAQUS建立完整膝关节有限元模型及发生损伤膝关节有限元模型。设置边界条件,对其膝关节无负重站立和负重站立两种工况下的生物力学状态进行应力分析。最后通过问卷访谈调查及临床诊断结果与膝关节产生的应力变化进行相关性分析。在经过试验和调查分析后,得出结论如下:(1)人体在膝关节无损伤无负重站立时:膝关节整体应力>胫骨软骨应力>股骨软骨应力>半月板接触应力>半月板应力,各组织部位比较胫骨软骨应力较大。(2)当膝关节负重后应力变化明显,随着负重的增加膝关节各部位组织应力值也在增加。(3)膝关节软骨发生损伤站立时,胫骨软骨和股骨软骨较无损伤站立时胫骨软骨和股骨软骨应力增幅显著,胫骨软骨应力值增幅42.40%,股骨软骨应力值增幅31.29%,且膝关节各部位组织应力值均大于膝关节无损伤负重20kg站立时各部位组织应力值。(4)问卷访谈调查及临床诊断结果发现空军某部基层部队战士膝关节存在损伤风险。综述所述,不同负重力量的增加会引起基础部队战士膝关节损伤,尤其是在发生损伤后继续进行正常工作和训练的战士。所以,在日常生活中要对膝关节的损伤预防进行培训学习,做好相关的保护和预防措施,发生损伤后及时、积极就医治疗。