有限元仿真

摘要： 农林业中果蔬的自动化采摘需求日趋强烈,末端抓手是实现无损采摘的关键.传统的末端抓手以刚性结构居多,现有的各种柔性抓手也存在抓取力不足、包覆性不佳等缺点.本文以草莓的无损采摘为研究对象,提出将草莓外部轮廓曲线作为设计曲线,设计了一种新型气动四叶片软体抓手.首先,对软体抓手的结构做仿真优化,提出一种安全地附着在目标物表面的设想.然后,在进行草莓表面的最小破坏应力试验的基础上,测试了软体抓手的末端力,验证了其实现无损抓取的可行性.再次,利用动态捕捉技术,研究了软体抓手叶面的弯曲变形规律.最后,选择使用弧线型气体通道的软体抓手进行了草莓抓取测试,结果证明了气动四叶片软体抓手可以实现草莓的无损抓取,抓取成功率达90％,破损率为2％,表明所研制的四叶片软体抓手用于草莓抓取时具有良好的稳定性和实用性,可用于草莓采摘的末端执行器.本研究也可为其他易损果蔬的采摘技术提供理论基础和技术支撑.

摘要： 背景:从生物力学方向研究股骨髁上截骨矫治膝内翻的治疗效果,对以截骨方式治疗膝内翻畸形矫治手术的理解具有积极作用.目的:基于CT数据构建股骨髁上截骨手术前后膝关节三维模型,介绍一种可供参考的组织建模方法,通过生物力学分析验证方法的可行性及股骨髁上截骨的积极作用.方法:随机选取1例股骨髁上截骨患者手术前后的CT数据,基于图像分割建立膝关节骨骼模型,基于轮廓延展建立膝关节间半月板假体和主要韧带的三维模型,经网格划分、材料定义后,以同等工况(1000 N,下肢力线方向)施加载荷,对手术前后模型进行有限元仿真分析,与前期学者研究结果对比验证建模方法的可行性,研究手术前后膝关节胫骨近端的应力差值和应力峰值点随时间的受力变化情况.结果 与结论:①术后胫骨内侧最大接触应力为2.334 MPa,胫骨外侧最大接触应力为2.819 MPa,与前期研究比较差异,验证了模型的有效性及建模方法的可行性;②测得术前胫骨可承受最大应力(7.085 MPa)远大于术后胫骨可承受最大应力(2.819 MPa),同时伴随时间的变化,术前胫骨应力集中情况明显,术后胫骨应力集中得到改善;③结果 表明,股骨髁上截骨对矫治膝内翻具有积极作用.

摘要： 背景:从生物力学方向研究股骨髁上截骨矫治膝内翻的治疗效果,对以截骨方式治疗膝内翻畸形矫治手术的理解具有积极作用。目的:基于CT数据构建股骨髁上截骨手术前后膝关节三维模型,介绍一种可供参考的组织建模方法,通过生物力学分析验证方法的可行性及股骨髁上截骨的积极作用。方法:随机选取1例股骨髁上截骨患者手术前后的CT数据,基于图像分割建立膝关节骨骼模型,基于轮廓延展建立膝关节间半月板假体和主要韧带的三维模型,经网格划分、材料定义后,以同等工况(1000 N,下肢力线方向)施加载荷,对手术前后模型进行有限元仿真分析,与前期学者研究结果对比验证建模方法的可行性,研究手术前后膝关节胫骨近端的应力差值和应力峰值点随时间的受力变化情况。结果与结论:①术后胫骨内侧最大接触应力为2.334 MPa,胫骨外侧最大接触应力为2.819 MPa,与前期研究比较差异,验证了模型的有效性及建模方法的可行性;②测得术前胫骨可承受最大应力(7.085 MPa)远大于术后胫骨可承受最大应力(2.819 MPa),同时伴随时间的变化,术前胫骨应力集中情况明显,术后胫骨应力集中得到改善;③结果表明,股骨髁上截骨对矫治膝内翻具有积极作用。

摘要： 针对层叠碳布射流穿刺机理进行了研究,提出一种基于有限元分析的射流穿刺碳纤维预制体的性能分析方法。该方法对水射流冲击碳布的物理过程进行分析,基于流体力学中的有限元分析软件Fluent与碳纤维布成型软件TexGen,分别对水射流场和碳布进行有限元建模。将水射流刺入层叠碳布层间,评估碳纤维布的性能,增强碳纤维预制体层间强度。为了验证所提仿真理论的正确性,使用CFD流固耦合分析技术对射流穿刺碳布进行测试。基于Ansys网格划分后的实验结果表明,在水射流冲击碳布的过程中,射流速度在碳布中逐层递减,射流打击力逐层减小。同时碳布变形也不断减弱,仿真与理论分析的结果一致。

摘要： 为了研究超声振动磨削(Ultrasonic Vibration Grinding,UVG)过程中砂轮的振动频率、振幅和磨削速度对磨削力的影响。利用MATLAB定值计算了这3个参数的净切削时间比。以GH4169合金为研究对象,建立单颗磨粒超声振动磨削的数学模型和二维正交有限元模型,并与常规磨削(Conventional grinding,CG)过程进行对比。首先研究了切削区域的Mises应力分布和磨削区域瞬时磨削力的变化曲线,然后探究磨粒的振动频率、振幅和磨削速度对UVG平均磨削力的影响。结果表明:数学模型和有限元仿真结果趋势相同,超声振动可有效减小切削力;磨削力随着砂轮的振动频率和振幅的增大而减小,且递减速率逐渐减慢;在合适范围内低速磨削有利于提高加工表面质量。

摘要： 本文中应用已验证的具有详细解剖学结构的国人三岁儿童乘员生物力学模型,根据C-NCAP(2021版)要求,建立正面100%重叠刚性壁障碰撞试验模型进行仿真,以对比三岁儿童乘员在不同约束系统中头部、胸部的运动学和生物力学响应,对汽车碰撞中三岁儿童乘员保护进行分析评估。结果表明:使用安全带能大概率降低儿童乘员在汽车碰撞中遭受损伤的风险,五点式安全带对三岁儿童乘员的保护性能优于三点式安全带。应用具有高生物仿真度的儿童乘员生物力学模型,能应用生物力学评价参数对儿童乘员损伤机理进行深度分析,进而对儿童保护装置和试验车型进行全方位多层次的评估。

摘要： 楔型耐张线夹在电力系统中被广泛应用,但在实际运行中经常出现导线脱落的问题,其问题根源为楔型线夹握力不足。对NXJ型耐张线夹的结构特点与安装方式进行简单介绍,并进行有限元仿真,通过改变NXJ型耐张线夹的楔角和楔块材料来改变线夹在运行期间的力学强度,得出线夹本体和导线的应力分布云图,对比得出不同条件下线夹对导线的握力情况,为NXJ型耐张线夹的优化提出参考。

摘要： 针对电磁场课程在授课过程中存在的教学内容更新速度慢、教学方式和考核机制单一等问题,提出了有针对性的改进措施。具体措施包括:在丰富课程内容的基础上开展多层次教学;帮助学生建立基础知识框架,将对照类比学习思想贯穿课程始终;引入虚拟仿真,将无形的电磁场问题可视化;开展线上与线下相结合的混合式教学;建立“1+2+n”考核体系,完善考核环节,提高教学质量。

摘要： 转盘电极发射光谱分析技术在油液成分检测中有重要应用,研究表明,电弧光源的稳定性对光谱分析的结果有重要影响,传统的电弧发生器多使用火花放电器作为引弧电路的核心器件,在油液成分分析中引弧的稳定性和可靠性难以保证。文章提出了一种用于电弧光源激发的数字化自动引弧电路,建立了高频引弧电路拓扑结构模型,使用双路可控硅代替火花放电器,并使用基于FPGA和电流反馈的Buck电路自动调整输出电压,分析了电路参数和控制策略对输出波形的影响。对间隙长度2~6 mm、覆盖油液样品厚度0.2 mm的电弧结构进行了电击穿仿真,结果显示电路的输出电压能够随间隙变化自动调整,且在不同间隙长度和电极上有无油液样品覆盖的情况下均能实现可靠引弧。

摘要： 本文介绍了变位齿轮的参数化建模方法,建立齿轮副三维模型后可导入ANSYS Workbench进行有限元仿真。本文分析了不同变位系数下齿面接触应力和齿根弯曲应力的变化。该方法可用于一般的齿轮传动建模和仿真,为齿轮传动的设计提供一种研究方法。

摘要： 本文对某电子设备炮击振动环境进行实际测量分析,在此基础上进行隔振设计及有限元仿真,最后设计试验对隔振性能进行试验验证,试验结果表明:炮击振动量级从14grms左右降低到1.8～5.5grms,大幅提高了电子设备的安全裕度.

摘要： 卫星在火箭发射过程中会受到的复杂的动力学环境影响,因此有必要对卫星开展动力学分析工作.有限元仿真由于具有成本低、周期短的特点,在动力学分析过程中得到广泛应用.在有限元仿真过程中,结构阻尼的设置对仿真精度存在较大影响,而在实际工程中很难得到准确的结构阻尼.本文通过对结构阻尼耗能机理进行分析,发现了弛豫现象可能会对结构阻尼存在影响,结构阻尼可能会与频率存在相关性.结合工程实例,得到了卫星结构阻尼与频率的对应关系.

摘要： 本文根据《ISO7206-4/6人工髋关节疲劳性能》要求,通过Inspire易用化有限元分析软件对人工髋关节股骨柄进行有限元计算,在计算结果解析时,以位移及VonMises应力结果作为评判股骨柄刚度及强度性能的依据.本研究体现了Inspire软件在该类仿真中设置便捷性、功能易用性、结果可靠性的特点.

摘要： 随着有限元仿真技术的发展和不断完善,在汽车碰撞仿真领域得到了广泛的应用.目前在汽车零部件领域使用较多的求解器主要有HyperWorks中的Radioss以及其它同类.本文通过仿真分析前防撞梁组件的不同碰撞工况,对比了Radioss和其它显式求解器求解结果的异同.结果表明,对于前防撞梁组件的各碰撞分析工况,两种求解器的分析结果具有较高的一致性,对今后的零部件仿真分析具有一定的指导作用.

摘要： 根据张网实际情况建立精细掩膜版有限元模型:施加张网拉力和位移边界条件,实现精细掩膜版的有限元分析.得到掩膜版张网拉力结果、各个方向的变形量,为优化掩膜版设计提供方案,给张网提供理论依据.

摘要： 缺陷的量化评估对于保证管道准确、有效的维护和更换是至关重要的.目前大多数研究主要考虑的是简单型规则管道缺陷,对缺陷表征也主要是基于整体缺陷反射信号,并不能实现缺陷的三维定量表征.通过有限元仿真,利用叠加技术对高斯厚度分布的管道复杂缺陷进行建模,并对缺陷的评估问题进行研究.在有限元仿真结果的基础上提出了一种基于缺陷边界反射的新的量化评估策略,该策略包括从缺陷反射信号中提取主反射信号,以及分析边界反射和缺陷特征之间的关系.该策略可降低有关缺陷反射问题的复杂性,从而大大提高不同管道缺陷定量表征的可靠性和准确性.并对管道腐蚀进行了试验验证,以支持有限元模拟结果.

摘要： 直立回流式环境风洞节省占地空间,主风机被置于数米高的风机基础上,对风机基础的强度和耐振动性要求较高.目前,风机基础的设计主要依靠经验和简化计算,无法做到准确设计.本文通过三维有限元仿真分析,建立了一套完整系统的仿真分析流程,在设计前期对风机基础进行结构分析和改进,提高了设计效率、降低了结构破坏的风险.以天津三电的环境风洞为例,对其风机基础的初始设计方案进行修正.经实际验收,修正后的风机基础结构满足设计要求.

摘要： 现如今，在各种乘用车型上标配电动助力转向系统（Elctronic Power Steering System，简称“EPS”）已经成为一种趋势和必然。管柱式电动助力转向系统(C-EPS)由于具有适用性强，性价比高，可靠性好等优点，成为众多主机厂的首选和卖点。电动转向中间轴作为汽车C-EPS转向系统的一个承上启下的重要部件，因其需要直接承受并传递经电动管柱增扭放大后的扭矩，一直被汽车主机厂（Original Equipment Manufacturer，简称“OEM”）及其一级零部件供应商视作汽车转向系统中的一个A级安保件，提出了许多严苛的产品规范和技术要求。而外联节叉，作为转向中间轴同管柱和转向器直接连接的“窗口零件”，其不仅需要保证扭矩传递的可靠性，还需抵抗车辆震动带来的额外冲击，故外联节叉的设计失效模式在转向中间轴的设计过程中出现的频率非常高。运用ANSYS公司专门针对初学者所开发的Workbench软件,并结合三维建模软件Solidworks,通过对现款节叉建立3D模型并进行仿真分析,找出节叉设计的薄弱点,据此对模型进行设计优化改进,然后再次运用仿真工具,模拟改进效果.本文可为研究转向中间轴节叉零件的结构设计与改进提供参考依据.

摘要： 现如今，在各种乘用车型上标配电动助力转向系统（Elctronic Power Steering System，简称“EPS”）已经成为一种趋势和必然。管柱式电动助力转向系统(C-EPS)由于具有适用性强，性价比高，可靠性好等优点，成为众多主机厂的首选和卖点。电动转向中间轴作为汽车C-EPS转向系统的一个承上启下的重要部件，因其需要直接承受并传递经电动管柱增扭放大后的扭矩，一直被汽车主机厂（Original Equipment Manufacturer，简称“OEM”）及其一级零部件供应商视作汽车转向系统中的一个A级安保件，提出了许多严苛的产品规范和技术要求。而外联节叉，作为转向中间轴同管柱和转向器直接连接的“窗口零件”，其不仅需要保证扭矩传递的可靠性，还需抵抗车辆震动带来的额外冲击，故外联节叉的设计失效模式在转向中间轴的设计过程中出现的频率非常高。运用ANSYS公司专门针对初学者所开发的Workbench软件,并结合三维建模软件Solidworks,通过对现款节叉建立3D模型并进行仿真分析,找出节叉设计的薄弱点,据此对模型进行设计优化改进,然后再次运用仿真工具,模拟改进效果.本文可为研究转向中间轴节叉零件的结构设计与改进提供参考依据.

摘要： 现如今，在各种乘用车型上标配电动助力转向系统（Elctronic Power Steering System，简称“EPS”）已经成为一种趋势和必然。管柱式电动助力转向系统(C-EPS)由于具有适用性强，性价比高，可靠性好等优点，成为众多主机厂的首选和卖点。电动转向中间轴作为汽车C-EPS转向系统的一个承上启下的重要部件，因其需要直接承受并传递经电动管柱增扭放大后的扭矩，一直被汽车主机厂（Original Equipment Manufacturer，简称“OEM”）及其一级零部件供应商视作汽车转向系统中的一个A级安保件，提出了许多严苛的产品规范和技术要求。而外联节叉，作为转向中间轴同管柱和转向器直接连接的“窗口零件”，其不仅需要保证扭矩传递的可靠性，还需抵抗车辆震动带来的额外冲击，故外联节叉的设计失效模式在转向中间轴的设计过程中出现的频率非常高。运用ANSYS公司专门针对初学者所开发的Workbench软件,并结合三维建模软件Solidworks,通过对现款节叉建立3D模型并进行仿真分析,找出节叉设计的薄弱点,据此对模型进行设计优化改进,然后再次运用仿真工具,模拟改进效果.本文可为研究转向中间轴节叉零件的结构设计与改进提供参考依据.

摘要： 本发明涉及一种基于有限元单元节点的子午线轮胎胎面花纹有限元自动建模方法，该建模方法基于有限元单元节点构建胎面花纹有限元三维网格模型，通过MATLAB编程与AutoCAD二次开发技术并结合HyperMesh软件操作，实现了由胎面花纹二维结构设计图直接生成轮胎有限元三维网格模型，省去了构建胎面花纹三维几何造型的繁琐步骤，大幅提高了建模效率，同时保证了有限元网格单元的高质量特性。本发明由胎面花纹二维结构设计图通过建模程序自动生成轮胎花纹有限元三维网格模型，建模效率比传统方法提高了一倍以上，建模过程科学高效，具有很大的应用价值，并且为子午线轮胎复杂胎面花纹有限元自动建模技术的探索提供了新的思路。

摘要： 本发明公开了一种活塞销孔的有限元网格圆整方法，用于将活塞有限元网格中，单一直径，且直径为R的销孔有限元网格调整为端部呈喇叭口，其包括：1)以上述销孔有限元网格的轴线为Z轴构建坐标系；2)利用三角函数关系确定销孔有限元网格的喇叭口段中，各处有限元网格节点的坐标。该有限元网格圆整方法能够将活塞有限元网格中单一直径的销孔有限元网格调整为端部呈喇叭口，利于提高有限元分析的精度。本发明还公开了一种活塞有限元分析方法，其应用了上述活塞销孔的有限元网格圆整方法，避免了销孔上朝向活塞内部的喇叭口由软件自动生成，提高有活塞的有限元网格中销孔的喇叭口处的网格精度，利于确保该活塞有限元分析方法的精度。

摘要： 本发明公开了一种基于abaqus有限元软件的切石机基础有限元建模及动力仿真分析方法，abaqus有限元软件包括前处理、求解和后处理三大步骤。前处理主要是有限元建模及网格划分；求解是对已建好的有限元模型进行计算；后处理则是对计算结果进行分析、处理。本发明分析方法简单，以切石机基础建立有限元模型，为有限元模拟达到预期的研究效果，能够得到精确地仿真数据。

摘要： 本发明提供一种基于逆有限元与有限元方法的结构状态监测及载荷识别方法，包括：选用适配的逆壳单元对板壳结构进行离散；基于mindlin板理论计算每个逆壳单元的膜应变、弯曲应变以及剪切应变；在逆壳单元的上下表面选取应变测量点，并在应变测量点上粘贴应变传感器实时测量应变，得到应变测量数据；基于应变测量数据，计算每个逆壳单元的膜应变以及曲率；基于最小二乘方法构造泛函，对节点自由度求导，得到逆壳单元的类刚度矩阵和载荷矩阵并组装，赋予恰当的边界条件，计算结构的位移场；利用有限元方法构建的位移场与加载力向量之间的关系，并利用Tikhonov降低应变采集和位移重构产生的误差，实现对结构的状态信息的监测和载荷信息识别。

摘要： 一种基于有限元超收敛性的静电场光滑有限元数值算法。输入数据，所述数据为数值数据；根据节点编号和节点坐标，对所有节点按照节点序号顺序循环，并判断其是否为内部节点；当节点为内部节点时，确定重构点附近的单元集合，计算重构点附近超收敛点坐标和超收敛点原始梯度，以此计算多项式展开和重构梯度，所述内部节点为至少预设数目的单元的共同节点；当节点不为内部节点时，确定重构点附近的单元集合，计算不同单元中重构点的梯度和重构点梯度平均值。本发明提出了一种高精度、高效率的静电场光滑有限元数值计算方法，在保证计算效率的前提下，极大改善了静电场梯度计算的精度与收敛速度。

摘要： 本发明涉及一种基于有限元单元节点的子午线轮胎胎面花纹有限元自动建模方法，该建模方法基于有限元单元节点构建胎面花纹有限元三维网格模型，通过MATLAB编程与AutoCAD二次开发技术并结合HyperMesh软件操作，实现了由胎面花纹二维结构设计图直接生成轮胎有限元三维网格模型，省去了构建胎面花纹三维几何造型的繁琐步骤，大幅提高了建模效率，同时保证了有限元网格单元的高质量特性。本发明由胎面花纹二维结构设计图通过建模程序自动生成轮胎花纹有限元三维网格模型，建模效率比传统方法提高了一倍以上，建模过程科学高效，具有很大的应用价值，并且为子午线轮胎复杂胎面花纹有限元自动建模技术的探索提供了新的思路。

摘要： 本发明公开了一种活塞销孔的有限元网格圆整方法，用于将活塞有限元网格中，单一直径，且直径为R的销孔有限元网格调整为端部呈喇叭口，其包括：1)以上述销孔有限元网格的轴线为Z轴构建坐标系；2)利用三角函数关系确定销孔有限元网格的喇叭口段中，各处有限元网格节点的坐标。该有限元网格圆整方法能够将活塞有限元网格中单一直径的销孔有限元网格调整为端部呈喇叭口，利于提高有限元分析的精度。本发明还公开了一种活塞有限元分析方法，其应用了上述活塞销孔的有限元网格圆整方法，避免了销孔上朝向活塞内部的喇叭口由软件自动生成，提高有活塞的有限元网格中销孔的喇叭口处的网格精度，利于确保该活塞有限元分析方法的精度。

摘要： 本发明提供了一种有限长微声学器件的积木式快速有限元仿真方法及系统，包括：获取微声学器件物理模型；对微声学器件物理模型进行特征识别和分组，将相同特征的部分分在一组；对每组内的特征子单元进行分割；选取每个组成部分中的任意一个特征子单元建立有限元模型进行有限元计算，得到所选取的特征子单元的有限元计算结果；将所选取的特征子单元的有限元计算结果代替对应组内其他特征子单元的有限元计算结果，对组内的特征子单元进行拼接，得到各个组的有限元计算结果；将各个组的有限元计算结果进行拼接，得到微声学器件物理模型的有限元计算结果。本发明可以对传统的有限元方法在不降低精确度的情况下进行加速。

摘要： 本发明提供了一种有限长微声学器件的积木式快速有限元仿真方法及系统，包括：获取微声学器件物理模型；对微声学器件物理模型进行特征识别和分组，将相同特征的部分分在一组；对每组内的特征子单元进行分割；选取每个组成部分中的任意一个特征子单元建立有限元模型进行有限元计算，得到所选取的特征子单元的有限元计算结果；将所选取的特征子单元的有限元计算结果代替对应组内其他特征子单元的有限元计算结果，对组内的特征子单元进行拼接，得到各个组的有限元计算结果；将各个组的有限元计算结果进行拼接，得到微声学器件物理模型的有限元计算结果。本发明可以对传统的有限元方法在不降低精确度的情况下进行加速。

摘要： 本发明公开了一种机车旁承有限元仿真模拟方法及仿真模型，该方法将旁承接触面经有限元仿真离散成多个旁承接触面有限元单元，将橡胶旁承经有限元仿真离散成多个弹簧有限元单元，多个旁承接触面有限元单元之间的每一个有限元单元节点连接一个单独的弹簧有限元单元。本发明解决了现有技术存在的不便准确计算出旁承接触位置附近的应力、不便传递力矩、设置复杂等问题。