基于形变模型和有限元的3D表面重建

提出了一种利用弹性形变模型重建3D表面的方法，该形变模型在模拟的外力作用下朝着从图像数据抽取的物体表面变形，内力维持模型的光滑性．利用动力学原理和有限元导出了表面重建的动态有限元方程．实验结果表明该方法的有效性．     

基于模糊形变模型的3D表面自适应重建

结合模糊技术、形变模型和ＡＣＤ方法提出了基于模糊形变模型的３Ｄ表面自适应重建方法。在模糊分割的基础上，引入了模型的模糊外力，在该模糊外力作用下模型能逼近任意复杂的物体表面；利用ＡＣＤ方法使模型自适应地改变其拓扑结构；为了提高表面重建的速度和鲁棒性，提出多尺度重建算法。实验结果表明该方法的有效性。     

基于Unity3D的地铁线路三维模型自动生成的研究

地铁线路三维模型的自动生成有助于快速实现三维视景仿真。以线路平面和纵断面数据为基础,研究了线路路径点的坐标计算方法;采用Unity3D和C#程序,结合数据库技术,实现了数据读取与路径生成;采用线渲染器组件和生成Mesh网格的方法,实现了轨道、道岔等模型的创建;并通过Douglas–Peucker算法,实现对轨道三维模型的简化,有效提升了画面渲染速度和帧率;运用碰撞检测、消息广播等技术,实现了虚拟场景漫游和列车运行模拟。基于该研究开发的软件可快速构建地铁线路模型并进行驱动,为地铁运营场景仿真提供三维视景基础。     

基于Civil 3D部件编辑器的铁路BIM部件模型构建研究

为实现铁路线路结构参数化建模,基于Autodesk Civil 3D部件编辑器(SAC,SubassemblyComposer)研究了自定义部件参数化模型的构建流程。利用部件编辑器可视化的设计流程和参数驱动图形交互的方法,针对不同的横断面形式,构建了单线有砟轨道部件、隧道部件和多级边坡部件参数化模型,并将参数化部件与三维地形曲面模型相融合,在三维可视环境下实现设计部件的工程量精确计算。通过SAC创建的部件具有设计参数更改方便、建模迅速、交互性强、形象直观的优点,是铁路BIM应用部件建模一种有效的方法。     

基于精细修改法的有限元模型修正

提出了一种基于精细修改法的有限元模型修正方法,该方法具有在修正后系统矩阵仍维持主对角阵的优点,是元素型修正法的一种,但与早期的元素型修正法——限定带宽法相比,克服了多次迭代且修正结果仍不够精确的缺点。与传统的有限元模型修正Berman法相比,减少了运算量并提高了精度,而且还可在修正过程中考虑结构质量矩阵和刚度矩阵中元素之间的约束关系。仿真计算结果表明该方法对有限元模型的修正有效。     

广义摩尔库仑模型及其在FLAC3D中的实现

为了进一步研究材料的本构模型,并对岩土工程中本构模型的研究提供参考,基于摩尔库仑理论关于材料塑性屈服是因为在某截面上的剪应力超过一定值的假设,进行三维应力状态下塑性屈服准则以及流动法则的推导,得出三向应力状态下的本构模型。利用FLAC3D的二次开发接口,通过Visual Studio2008将推导出的本构模型写成一个动态链接库文件.dll,并导入FLAC3D。结合1个算例将开发出的模型同经典摩尔库仑模型进行比较。研究结果表明:推导出来的广义摩尔库仑模型在应力加载过程中,在三维斜截面上先于经典摩尔库仑模型产生塑性屈服,即剪应力在三维斜截面上超过了屈服极限强度。     

基于VR及3D打印技术的解剖病理仿真实验室的构建

虚拟现实(virtual reality,VR)是以浸没感、交互性构思为基本特征的计算机高级人机界面,是近年来数字化教学的新趋势。3D打印(3D Printing)技术在先进制造业中有着广泛的应用,同时在医疗行业中的应用也开始快速发展。电子计算机断层扫描(Computed Tomography,CT)和磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging,MRI)等医学影像学数据,可以三维重建人体数字化模型。将这些数字化模型整合到VR互动实验平台或3D打印成具体的实物,构建解剖病理仿真实验室,能降低教学成本、提高教学效率和效果。     

基于Unity3D的现代有轨电车路口场景仿真

基于Unity3D引擎,对现代有轨电车进行路口场景仿真,设计前期的场景模型、社会车辆行驶模块、行人行动模块、交通信号灯变化模块、雨雪天气变换模块等。在Visual Studio平台上运用C#脚本语言进行场景仿真,仿真结果表明,有轨电车、社会车辆和行人能按信号灯正确有序行驶和行走,能够真实反映路口场景,为有轨电车司机提供了一个提前熟悉路口场景的学习平台,具有一定的应用价值。     

3D打印技术制作解剖病理模型在外科解剖教学及临床中的应用

3D打印(3D Printing)技术在现代制造业中有着广泛的应用,在医疗行业中的应用也开始快速普及。3D打印技术通过CT(Computed Tomography,电子计算机断层扫描)或MRI(Magnetic Resonance Imaging,磁共振成像)等医学影像学数据,重建人体三维的数字化模型,并将这些模型打印成具体的实物,可供外科医生及医学生分析病情、设计手术方案、进行手术方案演练等,有很强的临床实用价值。     

基于ANSYS对斜拉桥结构状况评估的有限元修正模型

针对运营多年的斜拉桥结构状态变化的情况,研究基准有限元模型的建立过程。基于ANSYS平台,建立三主梁模型;通过不断修正拉索实常数,使拉索索力与静动载试验实测索力相一致,并将模型计算结果与静动载试验结果进行对比分析。研究结果表明:修正索力后的三主梁模型能作为既有斜拉桥的基准有限元模型。     

基于径向基函数响应面方法的大跨度斜拉桥有限元模型修正

采用ANSYS有限元软件建立某大跨度斜拉桥试验室物理模型的三维有限元模型.基于灵敏度分析,选取模型待修正参数和用于模型修正的特征量.采用实验设计方法生成数样本,通过有限元分析提取对应的特征量信息,进而建立待修正参数与特征量关系的径向基函数响应面模型.通过对响应面模型的拟合误差分析,确定径向基函数的最优形状参数.以斜拉桥自振频率和静态索力构建目标函数.基于建立的响应面模型,采用遗传优化算法进行有限元模型修正.结果表明,采用径向基函数响应面模型拟合斜拉桥设计参数与特征量之间的隐式关系有较高的精度;基于仿真数据的模型修正有较高的精度,基于试验数据的模型修正能得到合理的结果,该方法可有效地修正复杂桥梁结构有限元模型.     

大跨度斜拉桥索梁锚固区三维有限元仿真分析

采用不同建模方法,对大跨度斜拉桥索梁锚固结构—钢锚箱进行三维非线性有限元仿真分析,并将计算结果与钢锚箱静载模型试验结果相比较。结果表明,实体单元加接触单元法计算模型,即用实体单元模拟钢锚箱底部的锚垫板、用空间高阶壳单元模拟锚箱中其他钢构件及主梁、用非线性接触单元模拟锚垫板与承压板间不焊接但紧密压贴的关系,能够较真实、合理地反映钢锚箱的实际受力情况。钢锚箱虽然板件较多,但整体性能好,索力传递流畅,锚箱锚固顶、底板上2条焊缝传递索力,承压板与主梁焊缝主要传递抗弯作用力,因此要保证各板件接触、焊接良好,不能产生大的残余应力和残余变形。随着荷载的增长,钢锚箱高应力区应力增长速度减缓,部分低应力区应力增长加快,这对受载有利。仿真计算时,要注意壳单元角点局部位置可能出现应力计算失真。     

钢轨轨头三维应力有限元分析

应用有限元分析程序ANSYS5．5对60kg·m-1钢轨轨头接触应力和最大负弯矩截面的弯曲应力进行了分析计算，并给出在实际机车轮压作用下有关截面上的应力数值和分布规律，为今后研究钢轨轨头近表面区域缺陷的发展规律及预测伤损钢轨的使用寿命提供了依据。     

桥基高边坡稳定的二维、三维有限元对比分析

研究目的:目前桥基高边坡分析主要基于二维平面问题处理,忽视其空间效应。无论是高边坡还是桥台基础等都是三维实体,二维分析的结果推广到实际应用中往往存在一定误差。相对三维领域,二维条件下各种边坡理论发展较为成熟,工程上简便实用,二维分析仍是值得考虑的一种方式。在二维和三维2种状态下,对荷载作用下的高边坡岩体力学行为特征和规律进行对比分析,研究结果可为桥基高边坡设计及稳定性评价提供参考。研究结论:二维和三维条件下,桥基高边坡岩体力学行为特征大致相同,二维计算的应力、位移普遍偏大,这种现象在桥梁基底附近尤为明显;同等条件下二维所计算的坡面稳定性较三维偏于保守;相对三维,二维计算的误差并不恒定,误差大小随荷载强度、桥基位置、坡度、桥基尺寸等各因素变化而变化。     

磁集成地铁变压器漏抗三维有限元计算

地铁逆变牵引系统中平衡电抗器的存在对减少大功率逆变器体积、降低造价不利。为此,运用磁集成技术将平衡电抗器与变压器有机结合,构造出新型12脉波二重逆变牵引供电系统,实现利用集成磁件的等效电感取代平衡电感的设计思想。采用基于边单元的稳态非线性有限元法,建立地铁变压器的三维有限元模型,对各绕组间的等效电感进行分析计算。仿真结果与样机现场试验数据非常接近,验证了所提出的有限元计算方法的正确性和可行性。     

用有限元法分析无缝道岔的受力与变形

为建立能客观反映无缝道岔实际受力情况的计算分析模型,在吸收国内研究成果的基础上,基于有限单元法,建立了无缝道岔钢轨纵向力及位移计算力学模型,并对我国12号固定型辙叉无缝道岔、大秦线12号可动心轨辙叉无缝道岔及秦沈客运专线38号无缝道岔进行计算,计算结果分别与无缝道岔两轨相互作用理论计算值和现场测试数据基本吻合。以两组合无缝道岔为例,据此模型对不同组合型式无缝道岔的组合效应进行初步研究。     

新型货车转向架螺旋弹簧三维有限元分析与疲劳寿命估算

基于三维有限元法建模,对转向架弹簧的刚度和支撑圈接触条件下的应力进行计算分析.结果表明分析结果与静应力测试结果相近,转K2外簧静强度满足设计要求;支撑圈与相邻工作圈接触不仅使弹簧的最大应力有所增大,而且在加载过程中接触应力和最大应力随着支撑圈接触面积的变化而变化,因此在制造过程中应控制支撑圈的间隙.采用有限元法可快速获得弹簧的刚度和弹性特性曲线,克服了以往通过试验测试弹簧刚度所带来的周期长、费用高等缺点.弹簧疲劳寿命初步估算表明不考虑弹簧强化处理的影响,弹簧的疲劳寿命约为2.55×106次;采用喷丸等强化处理工艺并在提高弹簧20%的疲劳强度情况下,弹簧的疲劳寿命为8.9×106次.     

车辆多体系统动力学方程的有限元法

用有限元法研究车辆多体系统的动力学建模。将车辆的车体、前后转向架和各轮对等刚体作为结点,相邻结点之间的弹簧阻尼系统作为单元。根据动力学总势能不变值原理,求得车辆系统的总质量矩阵,导出各弹簧阻尼单元的刚度矩阵、阻尼矩阵和轮对的蠕滑阻尼矩阵、蠕滑刚度矩阵。采用"对号入坐"法则,形成车辆系统的总阻尼矩阵和总刚度矩阵,并对轮轨约束边界条件进行处理,从而成功建立了车辆多体系统动力学方程。     

基于有限元建模的敞车轻量化设计

以C76运煤敞车为原型,通过理论模态计算和试验模态分析,研究运煤敞车结构在整备状态下的动态特性,给出其空车和重载条件下的各阶模态频率和振型。研究车辆结构简化的原则和约束条件,运用ANSYS软件,建立敞车结构的有限元模型并予以试验校正。对车体结构进行轻量化设计,提出在车体侧墙中部和底部增加加强筋以增强车体主框架结构刚度,并适当降低面板厚度的轻量化设计方案。经对比分析表明,该轻量化方案可降低车体重量约0.77 t,并可有效提高车体结构的静、动态特性。该方案在载重80 t全钢运煤敞车设计中得到运用,并通过了线路测试。     

接触网的三维模型力学研究

研究目的:随着高速铁路的发展,接触网装配需要更加精确,这就需要有精细的接触网力学计算,目前接触网力学模型大多基于二维模型,但这种模型显然是不够真实。所以建立接触网的三维模型的具有现实意义,可以实现更加逼真的力学计算。研究结论:本文通过研究接触网的三维模型,建立了系统的静态平衡方程,通过迭代的方法求解非线性方程组,解决不同负载下的静态平衡问题。通过吊弦长度的计算,研究不同情况下的接触网的平衡位置的变化。这种三维模型能适应弓网动态作用的研究,得到较逼真的仿真模型。通过三跨接触网三维模型计算风偏,验证了模型的准确性。