课程文献中心 更多>>

关键词： 激光辐照冰   温度场   应力场   布点扫描方案  

摘要： 北极矿藏潜力巨大、位置独特,各国纷纷开始在北极开辟航道、运输物资和科研考察。然而,北冰洋常年结冰且冰层很厚,破冰成了各国进驻北极所要面临的技术难题。现存可查的破冰手段主要是直接破冰法,虽然存在一些创新性破冰方法,但大多停留在理论阶段,且这些方法并未涉及激光破冰。本文主要围绕激光布点扫描辅助破冰进行了相应的研究。研究了冰对1070nm波长激光吸收机制,建立了激光的体热源模型。然后从热传导理论出发,采用有限元方法研究了激光辐照后冰块内部的温度场,结合热弹性力学理论,求解了激光辐照后冰块内部热应力场分布。最后通过激光单点辐照实验对仿真模型的有效性和准确性进行了验证。通过仿真研究了激光功率密度、聚焦位置和点位之间的位置关系对激光辐照后冰块内部温度、应力场的影响,为后续仿真及实验确定激光参数、聚焦深度和点位分布提供了合理参考。并通对比激光辅助前后冰块内部的应力分布状态,研究了激光在面载荷、局部载荷破冰过程中的辅助效果,为后续面载荷、局部载荷破冰实验中载荷值的设定提供了合理依据。通过实验研究了激光辅助面载荷破冰的布点扫描方案。首先完成了激光单点作用于冰的实验,建立了孔的形貌与激光参数、作用时间之间的关系,为后续扫描布点方案确定合理的激光参数及作用时间提供依据。然后在激光单点作用的基础上,初步确定了激光布点扫描方案,包括布点形式、运动方式、停留时间,点位间距等参数的确定。最后为了提高载荷破冰中激光的辅助效果,调整点位间距、点位扫描顺序及布点个数等因素,对初步确定的扫描方案进行了优化。通过实验研究了激光辅助局部载荷破冰的布点扫描方案。通过三因素三水平的正交实验,研究了窗口大小、单边布点个数、激光辐照时间三个因素对破冰效果的影响,为局部载荷破冰确定了较为合理的激光布点扫描方案。

关键词： 螺旋压榨机   螺旋体   受力分析   应力分析   优化设计  

摘要： 随着经济发展、人口不断增多以及人民生活水平日益提高,城市垃圾的产生量也日渐增多。由于果蔬垃圾具有含水量高、营养价值丰富、易收集等特点,将其压榨脱水处理后粉碎,再与有机物混合去饲喂家畜,不但可以提高它的二次利用价值,还可以最大化地减小对环境的二次污染。本文主要以对果蔬垃圾进行压榨脱水的螺旋式果蔬垃圾压榨机为研究对象,完成了螺旋压榨机的结构设计,提出了压榨机内物料的受力分析方法,并完成了压榨机的优化设计。具体研究内容如下: (1)先对压榨机的工作原理进行分析,根据厂家提出的技术要求,完成了压榨机工作装置和传动系统的设计,主要包括机械零件的参数计算和电机、减速器的设计选型,并利用SolidWorks软件建立了螺旋压榨机的三维模型。 (2)对螺旋面进行理论分析,提出了将整个压榨过程分为运输阶段和压榨阶段两部分。对螺旋体的主要参数和螺旋面的特性参数进行了理论分析与求解,并根据其分别得到了物料在运输阶段和压榨阶段的受力模型,进而求得螺旋叶片和轴面的受力情况。 (3)对压榨机进行有限元分析,利用ANSYS Workbench软件对螺旋体和料筒两个主要受力零件进行了有限元分析。分析结果显示,螺旋体所受最大应力为15.512MPa,最大位移量为0.026mm,料筒所受最大应力为45.87MPa,最大位移量为0.324mm,均符合材料所规定的数值。 (4)对螺旋体进行优化设计,避免出现其结构强度远远超过实际工作中的强度。在确保螺旋体满足最大应力和最大形变量的前提下,以轻量化原则利用Workbench对螺旋体进行了参数优化。优化后的螺旋叶片厚度为3.3301mm,螺旋轴厚度为8.0734mm,最大变形量为0.079583mm,使其在满足强度和刚度的条件下,有效的减轻机体重量,降低材料成本。 本文所设计的螺旋式果蔬垃圾压榨机满足工厂的技术要求,提出的螺旋体内物料、受力模型可以准确的计算出各螺旋段内的受力情况,并根据其受力对螺旋体进行了优化设计,为螺旋压榨机的设计提供了理论依据。

关键词： 腰骶椎   轴向融合术   轴向螺钉   三维有限元分析   应力   位移  

摘要： 目的:本课题旨在建立正常人腰骶椎(L4-S1)三维有限元模型,并验证其有效性,然后对置入有新型轴向螺钉复合体的腰骶椎(L4-S1)三维有限元模型进行分析,通过一定载荷下计算分析模型的整体及局部结构的位移、应力和应变指标,验证其力学特性,为新型内固定器顺利应用临床前进行下一步的改良及提供相关理论基础。方法:利用CT扫描获得正常成年男性腰骶椎影像学资料,通过三维有限元方法构建完整的腰骶椎(L4-S1)三维有限元模型并验证其有效性,在完成植入轴向螺钉复合体的腰骶椎模型的基础上进行有限元分析,于L4椎骨的上表面上施加500 N的轴向压缩预紧力(具有5 N·m的力矩),模拟腰骶椎的前屈、后伸、侧弯、旋转多种运动状态,利用Ansys 14.1软件计算各种工况下L5-S1椎体节段内固定器的应力分布情况和位移变化的大小,以便于客观科学的对轴向螺钉复合体在生物力学方面的性能进行评价。结果:1.成功建立有效的腰骶椎三维模型(L4-S1),腰骶椎手术完整模型总共由155971个元素和37859个结点组成,其中独立的轴向螺钉模型包括21852个元素和4541个节点。2.一定载荷加载下,在两种不同摩擦系数u=0或u=0.5时,在5种工况中内固定器所受应力均小于屈服应力,其中锁定钉应力最大值均小于轴向螺钉最大应力,且两者所受的应力大体上比较分布较均匀,应力主要分布在与锁定钉接触的锁钉孔及周围,但集中部的压强仍远低于屈服压强,不会因应力集中导致内固定器而发生断裂。3.在不同工况下,轴向螺钉复合体的位移大小不同,位移数值较小,整体上没有发生屈服形变而导致明显位移,从而提供足够的刚度保证腰骶椎融合节段在生理负荷状态下的稳定性。结论:1.成功建立有效的带轴向螺钉复合体的腰骶椎三维模型(L4-S1)。2.在生理加载下,内固定器能够提供足够的强度和刚度,具有可靠的安全性及良好的生物力学稳定性。3.在后续制作中需改进工艺水准、提高材料质量来加强内固定器锁钉孔两侧薄弱部及锁定钉。

关键词： 非晶丝   GMI效应   应力   编织复合材料   编织工艺   空间形态  

摘要： 铁磁非晶丝(简称非晶丝)具有巨磁阻抗(Giant Magneto-impedance,GMI)效应,在外加直流磁场环境下,其阻抗随着磁场和外加应力而变化,具有较高的灵敏度和响应速度,在编织复合材料健康监测领域具有重要的应用价值。本文以Co基非晶丝为研究对象,采用力学及磁学等多种设备测试基本特性参数,通过数值解析和实验相结合的手段,结合平纹编织工艺和四步法编织工艺,探索了一维到多维形态下非晶丝内应力对GMI效应的影响规律。首先,从单根非晶丝入手,分析非晶丝GMI效应基本理论发现几何参数对其GMI效应具有一定的影响,结合弹性力学理论,建立了一维形态下拉伸应力和弯曲应力与非晶丝直径和长度参数之间的关系模型,通过数值解析结果发现:当外加激励频率为1MHz/10MHz/20MHz时,非晶丝GMI效应随外加拉伸和弯曲应力的增加均呈现出先增大后减小的趋势,且当应力达到特定数值后,其GMI效应较未受力状态减弱。其次,从实验方案分析入手,设计了非晶丝固定所需的专用装置,对非晶丝施加不同拉伸/弯曲应力后,利用装置固定其受力状态后置于亥姆霍兹线圈中,并接入精密阻抗分析仪,测试了不同应力状态和磁场强度下的非晶丝GMI效应。结果表明:在1MHz/10MHz/20MHz频率下,相对于初始状态,非晶丝受拉伸/弯曲应力时,GMI效应均表现出随着应力的增加而逐渐增大后减小的趋势,证明了数值解析结果的正确性。最后,通过分析平纹编织工艺和四步法编织工艺下非晶丝所形成的空间形态,建立了空间形态函数模型,并根据空间形态函数,通过3D打印工艺制作了二维和三维形态固定模具。然后,将非晶丝分别嵌入到二维和三维形态固定模具中,采用固定装置固定不同受力状态下的非晶丝,测试了非晶丝GMI效应。结果表明:相比于一维形态,二维形态下的非晶丝受到较小拉伸应力即可产生大致相当的GMI效应数值变化率;与一维形态和二维形态下相比,三维形态下整体表现出较高GMI效应值,且受应力变形时的敏感性较高,较小的应力即可产生比一维和二维形态下更大的GMI效应数值变化。本文从一维形态入手,揭示了拉伸和弯曲应力对Co基非晶丝GMI效应的影响规律,逐步拓展到二维和三维形态,最终分析了Co基非晶丝在典型空间形态下应力状态对GMI效应的影响规律,为非晶丝用于编织复合材料应力状态监测及损伤预测提供理论支撑。

关键词： 箱式炉   转油线   热膨胀   Caesar   应力分析  

摘要： 卧管箱式炉辐射炉管和管架存在热膨胀差,为使炉管安全稳定运行,设计中一般通过设计合理的转油线结构解决这类问题,并运用Caesar Ⅱ软件验证设计结构的合理性,同时对安装制造提出技术要求,为设计人员解决该类问题提供参考。

关键词： 聚酰亚胺纤维   辐照   应力   自由基   损伤  

摘要： 聚酰亚胺纤维因其具有耐高温、耐低温、高强高模、抗蠕变、耐辐射等优异性能,在航空航天领域具有广泛的应用。聚酰亚胺纤维在空间环境应用过程中,会受到电子、质子辐照,尤其是在应力耦合条件下的辐照,从而对纤维造成损伤。为了探究损伤后性能的变化以及辐照后的损伤机制,本文研究了不同特征的聚酰亚胺纤维经不同注量的质子、电子辐照后力学及分子结构的变化。研究发现随着注量的增大,抗拉强度和断裂伸长率呈下降趋势,但不同结构的聚酰亚胺纤维损伤程度有所不同。质子辐照条件下,PI-3辐照后力学参数下降率很小,有较好的耐质子辐照性,PI-2、PI-4拉伸强度下降率在10%以上,损伤较大,PI-1损伤程度介于两者之间。与质子辐照不同,电子辐照后PI-2力学参数下降率很小,未超过2%,与质子辐照相比PI-4的损伤程度也变小,但下降率仍在10%左右。比较170keV质子辐照和1Me V电子辐照后的聚酰亚胺纤维后发现,这两种辐照后表面形貌均没有明显变化,但辐照后产生的自由基种类与含量不同,质子辐照产生的自由基为热解碳自由基,电子辐照由于空气中氧气的参与产生的自由基为烃基超氧自由基。辐照后的纤维进行XPS分析得到质子辐照后纤维表面碳元素含量增多,有石墨化倾向,氮元素含量减少。质子、电子耦合应力场后的辐照使聚酰亚胺纤维的拉伸强度及断裂伸长率与原始相比下降,但与单一辐照相比略有上升,同时这两种粒子辐照与应力场耦合后与单一辐照产生的自由基种类一致,应力耦合质子辐照后的自由基含量比单一辐照后少,在注量1×1016cm-2红外光谱峰强增大,这是因为引入应力增大了自由体积,从而增加自由基复合速率;应力耦合电子辐照后,自由基含量也减小,但在注量5×1015cm-2红外光谱峰强减小,一是电子辐照产生的自由基与氧气反应,阻碍自由基与原始基团的复合,二是加入应力增加纤维表面的粗糙度,表面散射增强,使吸收峰减弱。

关键词： 管棚冻结   开挖   冻结壁   位移场   应力场  

摘要： 在城市轨道交通线路日益复杂的趋势下,如何突破传统的暗挖支护技术,提出更加合理安全的施工技术,是修建地下工程亟需解决的难题。本文以上海轨道交通18号线江浦路站暗挖支护工程为原型,综合人工冻结法和管棚法加固地层的优势,将两种工法结合起来形成管棚冻结加固技术。通过数值模拟和模型试验的方法,对形成的冻结壁围护结构在开挖过程中的受力变形规律进行研究,从而得出一些有价值的结论。数值模拟方面,采用ANSYS软件对冻结壁结构的力学特性进行研究,模拟计算的安排包括典型参数试验、单因素循环试验以及正交试验。在典型参数的计算中根据工程原型选取参数,简化计算模型,获得“管棚+冻土”复合结构在开挖卸载情况下的瞬时受力变形规律以及初期支护下的冻结壁变形特征;在单因素试验中选取底板冻结壁厚度、顶板冻结壁厚度、侧帮冻结壁厚度、管棚直径、开挖步距、开挖顺序和水泥掺量作为影响因素,研究这些因素对冻结壁结构力学特性的影响;对选取的因素开展正交试验计算,通过极差分析法得到各因素的水平变化对冻结壁受力变形规律影响的主次关系。模型试验方面,以相似理论为理论基础,对工程原型做出适当简化,建立管棚冻结的物理模型,设计开挖模拟系统,从而获得冻结温度场数据和开挖过程中的位移场、应力场数据并进行数据分析。数据对比以及综合分析方面,从位移场和应力场方面对比分析数值模拟和模型试验研究成果,相互验证两种研究方法获得的规律的一致性。提出模型试验需要改进的地方,对数值模拟分析进行总结,分析得到钢管冻土围护结构冻结壁力学特性的一般性规律。具有一定的工程实际意义。该论文有图55幅,表15个,参考文献73篇。

关键词： 无托槽隐形矫治器   前牙内收   有限元分析   应力分析  

摘要： 目的本研究探讨一种局部增厚的无托槽隐形矫治器,期望其在前牙内收中提供较好的控根效果,并尽量减少矫治中附件的使用。通过建立上颌牙槽骨-牙周膜-牙列-无托槽隐形矫治器的三维有限元模型,模拟矫治器局部增厚对无托槽隐形矫治器以三种不同方式内收前牙的影响。方法1.以牙列完整、口腔健康的志愿者为研究对象,进行上下颌骨锥形束CT扫描,数据保存为DICOM格式。2.利用医学影像控制系统Mimics17.0软件和Geomagic Studio 2015逆向工程软件对DICOM数据进行布尔运算分割、重建,获得上颌牙槽骨、牙周膜、牙列三维模型。3.根据不同上前牙内收模式将研究的无托槽隐形隐形矫治器分为三组:A组:双侧上颌中切牙、侧切牙及尖牙向腭侧平行内收向腭侧平行内收0.25mm;B组:双侧上颌中切牙、侧切牙及尖牙向腭侧平行内收0.10mm,同时各牙齿绕各自牙根中轴颈中1/3交界点舌向旋转0.5°;C组:双侧上颌中切牙、侧切牙及尖牙绕各自牙根中轴颈中1/3交界点舌向旋转1°。各组根据是否进行无托槽隐形矫治器局部增厚分为实验组与对照组。4.建立各组上颌牙槽骨、牙周膜、牙列、无托槽隐形矫治器模型,通过三维建模软件Rhino 5.0进行格式转换后输出为sat格式。5.将上述模型导入Abaqus 6.14工程模拟有限元软件进行三维有限元模型构建。6.对各部件进行应力分析、位移分析及特征点位移分析。结果1.建立6组上颌牙槽骨-牙周膜-牙列-无托槽隐形矫治器的三维有限元模型,构建总单元数553393个,节点数927548个。2.A实验组矫治器施加强迫位移后牙周膜应力分布均匀,牙列应力分布不规律,第二前磨牙明显近中倾斜,前牙未见内收,对前牙整体移动效果与A对照组基本相同。3.B实验组矫治器施加强迫位移后前牙与牙周膜以牙颈部为中心应力集中,前牙明显舌向倾斜移动,作用产生的前牙舌向倾斜移动程度大于B对照组。4.C实验组矫治器施加强迫位移后前牙与牙周膜以牙颈部为中心应力集中,前牙明显舌向倾斜移动,作用产生的前牙冠伸长程度与C对照组未体现明显差异。结论1.无托槽隐形矫治器局部增厚在施加单纯整体平行内收位移时,能够抵抗前牙舌向倾斜移动的趋势;在施加整体平行内收同时舌向旋转位移时能够增强旋转移动的表达。2.本研究建立的高仿真度的上颌牙槽骨-牙周膜-牙列-无托槽隐形矫治器,可用于三维有限元模型生物力学分析。

关键词： 磁巴克豪森噪声   应力   组分占比   双相钢  

摘要： 磁巴克豪森噪声(MBN)技术在马氏体-铁素体双相钢的微观结构及应力无损评价与表征中具有巨大潜力。为探究拉应力和铁素体占比对磁巴克豪森噪声的影响规律及权重,在0～200MPa范围内实验测得了具有不同铁素体占比的双相钢MBN信号。重点分析了MBN蝶形曲线双峰峰值(分别代表马氏体和铁素体)在应力和铁素体占比两因素耦合条件下的变化趋势。结果表明:受多种竞争机制影响,铁素体对应的MBN信号峰值随应力和铁素体占比增加未呈现明显变化规律;铁素体占比增加过程中,马氏体对应的MBN信号峰值呈先快速后缓慢的两阶段增长趋势,且第二阶段的增长速率在高应力区间更快。应力和铁素体占比增加均会导致马氏体MBN信号峰值升高,当铁素体占比小于12%时,组分占比的影响权重更高;当铁素体占比大于12%时,两因素的影响权重相当。

关键词： CAESAR Ⅱ软件   应力分析   热网循环水泵   柔性设计  

摘要： 在大型集中供热厂中,热网循环水泵作为重要的设备直接关系到供热系统的运行状况。但由于热网回水温度一般小于100℃,不属于压力管道范畴,往往在设计中忽略了对水泵端口推力的校核。论文通过利用CAESAR Ⅱ分析某一典型项目中管道的不同布置方式对水泵端口推力的影响,为今后的类似工程提供参考意义。