Effect of Skin on Finite Element Modeling of Foot and Ankle During Balanced Standing

Experimental measurements of stresses and strains for lower extremity injuries(LEI) are invasive, and therefore, predictions require physiologically accurate 3D finite element(FE) models of the foot and ankle. In previous models, skin is typically neglected. However, experimental studies have shown that skin is much stiffer than soft tissue. In this study, the material sensitivity of skin on foot arch deformation is investigated. A finite element model of the foot is developed, incorporating bones, soft tissue, ligament, articulating surfaces, plantar aponeurosis, skin and plantar plate. Balanced standing is simulated without skin or with three different skin mechanical properties. By including different skin models, the foot static vertical stiffness, navicular displacement and plantar aponeurosis strain change significantly, when compared with the model without skin. The study shows that skin, showing a much stiffer behaviour than soft tissue, should not be neglected in the foot modelling. Further,the plantar plate considered in this model can give merit to modelling injuries such as plantar plate tearing.     

Mechanical behaviors of the foot after individual releases of plantar fascia and ligaments during the balanced standing

To quantify mechanical effects of plantar fascia and ligaments on the arch structure, a 3D finite element model of the foot was created to simulate the balanced standing posture. Four cases after individual releases of plantar fascia, spring ligament, long and short plantar ligaments were simulated respectively to compare their consequences to the predictions of the intact structure. It was founded that the foot arch didn’t collapse obviously after any individual release of these structures. As plantar fascia was released, tensions of plantar ligaments were largely increased. Long and short plantar ligaments performed mutual compensation functions.     

磁浮道岔梁自振特性及瞬态响应分析

建立了磁浮道岔五跨钢结构连续梁的梁单元和板单元有限元模型,分析了道岔梁的自振特性,计算了磁浮道岔梁的瞬态响应。模态分析表明道岔梁板单元模型的前5阶扭转频率在14．2Hz至16．1Hz之间,与其现场实测值14．9Hz极为接近,道岔梁梁单元模型的扭转频率计算值明显高于实测值,道岔梁板单元模型能更为准确的反映其振动特性。瞬态响应分析表明磁浮车辆通过时道岔梁第三跨跨中挠度最大,车速240km／h时其最大值约为1．29mm。     

Semirigid analysis of extended end plate connections based on correlation and sensitivity

Traditionally, semi-rigid analysis of extended end plate connections is assumed to be deterministic parameters. Most of the moment-rotation models of the joint are determined by curve-fitting and statistically regressed with the test data. Parameters of these models have little physical meaning, and the effect of correlations in the parameters is neglected. This paper deals with a semi-rigid joint of extended end plate connections based on correlation and sensitivity analysis. A numerical study was carried out and the finite element analysis was validated compared with the experimental results. The relative moment-rotation model was concluded based on correlations in parameters and probabilistic sentivity analysis. The relationship between height and width of steel beam was partial correlation. The relationship between thickness of steel beam flange and thickness of steel beam web was also partial correlation. Height and width of steel beam, and distance of upper bolts to axle wire of steel beam section were important sensitive parameters for the extended end plate connections.     

拱型刚架桥力学性能研究

以一拱型刚架人行桥为基础,采用有限元分析方法,用ANSYS通用程序建立多个不同参数的空间三维实体模型,计算并分析了不同矢高、不同斜腿倾角对拱型刚架桥受力性能的影响,画出对比分析图,对相关工程设计提出了一些建议.     

基于APDL高速铝合金车体参数化建模

基于ANSYS的参数化编程语言APDL,以车体主要板厚度、车体高度、长度、窗体参数等主要结构尺寸为参数,采用模块化设计理念,建立了高速铝合金车底架、侧墙、顶板、端墙等参数化几何模型和有限元模型,并组合成整体模型.本研究可通过简单的改变参数产生不同的车体几何模型和不同网格密度的有限元模型,以适应不同问题数值仿真的要求,并为对车体的优化设计打下基础.研究表明,铝合金车体的参数化建模极大的提高了建模的效率和精度,可简单改变参数得到不同模型以适应不同问题的要求.     

复合材料帽型骨材强度及刚度影响因素研究

采用有限元方法,分别建立不同芯材、不同骨架间距、不同剖面形状,以及剖面顶角的复合材料帽型骨材加筋板模型,探讨影响复合材料帽型骨材强度、刚度的因素.通过分析芯材的影响,为复合材料船舶有限元模型简化提供了依据.综合考虑复合材料帽型骨材加筋板强度和刚度和船舶制造成本,舷侧板的最优骨架间距范围是400~500mm.在面板宽度和腹板高度一定的情况下,梯形截面的帽型骨材结构优于矩形截面,帽形骨材的最佳剖面形状为顶角为120°的等腰梯形.     

锁脚锚杆在软弱围岩隧道中的应用

在研究锁脚锚杆作用机理的基础上,对软弱国岩隧道采用锁脚锚杆时的支护效果进行分析,应用有限元分析软件MIDAS/GTS进行数值模拟、计算和分析.分析结果表明,合理的锁脚锚杆长度和打入角度不仅能够有效地限制围岩的变形程度,而且有利于发挥支护结构承载能力.经过不断计算,一般土质隧道的锁脚锚杆的适宜长度大约为3～3.5m;锁脚锚杆打入角度为0°时,拱顶下沉量及净空收敛量最少.     

列车荷载下钢轨振动加速度的空间分布特征

为了探究列车通过时钢轨振动的基本参数和敏感区域,基于多体动力学软件GENSYS和有限元软件ABAQUS,分别建立车辆-轨道动力学模型和轨道-下部基础有限元模型.以动力学模型计算得到的轮轨力为激励,输入轨道-下部基础有限元模型,计算分析车速、轨道不平顺和钢轨支承方式等因素对钢轨加速度的影响.研究结果表明:钢轨加速度从轨头到轨底逐渐减小,轨枕上方轨头加速度明显大于轨枕之间.钢轨加速度对车速最为敏感,车速从200 km/h增加到350 km/h时,无砟轨道轨头加速度从1.476 km/s2增加到2.980 km/s2.连续支承式无砟轨道,钢轨加速度小于传统离散支承式无砟轨道.加速度传感器建议安装在轨头外侧,传感器的采集频率、量程应考虑列车速度、轨道不平顺等影响.      

腹板开孔对轨道交通箱梁振动噪声的影响

实测了城市轨道交通简支箱梁各板件的振动与近场噪声, 结合板件声辐射理论研究了箱梁结构振动辐射噪声和箱梁振动的关系; 基于箱梁结构噪声易产生绕射的低频特性, 计算了矩形混凝土板件在不同开孔工况下辐射的结构噪声变化情况; 在考虑箱梁腹板开孔的基础上建立了车辆-轨道-箱梁耦合有限元模型和箱梁振动-结构噪声有限元-无限元模型, 分析了箱梁腹板开孔前后各板件的振动和结构辐射噪声变化情况。研究结果表明: 箱梁板件声辐射效率随频率的增加并不呈现线性关系, 箱梁各板件近场低频(低于250 Hz) 辐射噪声与结构振动加速度级也并非简单的线性关系, 箱梁辐射噪声由箱梁振动和箱梁各板件声辐射效率共同决定; 对于两端简支的开孔板件, 在开孔率基本一致(0.4%左右) 的情况下, 开孔直径越小, 板件振动辐射噪声声压级越小; 采用有限元-无限元方法模拟箱梁近场低频结构噪声, 既能解决单独采用有限元法时声场边界反射的影响, 也避免了采用有限元-边界元方法时多软件交叉使用的不便; 腹板开孔虽然增加了箱梁板件在某些频率(100~125 Hz) 处的振动响应, 但由于箱梁内、外部声场连通, 使得声短路效应增加, 降低了板件的声辐射效率和相应频段的噪声; 腹板开孔后在1~250 Hz频段内顶板、底板和腹板附近的总声压级分别降低了9.43、2.74和1.63 dB, 从而使箱梁结构噪声得到了控制。      

Analysis of Negative Skin Friction on Single Pile above a Tunnel

1　Introduction　　Itiswellknownthatthedirectionofskinfrictionisdecidedbytherelativedisplacementbetweenpileanditssurroundingsoil.Ifsettlementvelocityoftheneighboringsoilisgreaterthanthatofthepile ,therewillbenegativeskinfrictiononpile ,otherwiseitwillprod…     

大跨覆土波纹钢板拱桥结构加强措施研究

由于结构承受回填土压力,随着跨度增加,覆土波纹钢板拱桥的内力增幅较大,有必要对波纹板拱圈采取结构加强措施.基于跨径为16m的圆弧拱桥,采用混凝土复合加强肋方案对拱圈进行加强,分别建立了未加强、拱脚部位加强、沿拱圈环向加强和沿拱圈与横向的双方向加强等4种考虑土结相互作用的三维有限元模型,计算和对比分析了4种情况下结构的受力和变形特点.结果表明,覆土波纹钢板圆弧拱桥应力分布不均匀,对受力最大部位的拱脚采取局部加强措施能够显著改善结构的受力性能;环向加强措施改善了结构受力性能,但结构整体性较差;双向加强措施的改善效果明显,且有利于提高结构的整体性.     

采用板梁有限元模型分析徐州和平斜拉桥动力特性

以徐州和平路跨越铁路站场斜拉桥为背景,建立了空间板梁有限元模型进行动力特性分析,将分析结果与脊梁有限元模型计算结果和实桥测试结果进行了对比．研究结果表明：宽跨比较大桥梁采用板梁结合模型较脊梁模型更准确,对同类型桥梁设计有一定的借鉴作用．     

ANSYS仿真优化技术在重装备装载调位器滚轴设计中的应用

针对某重装备铁路装载调位器滑动板总成设计上存在的问题,提出了改进设计方案。对其进行结构受力分析,建立其参数化有限元模型,应用有限元分析软件ANSYS对滚轴的位置及尺寸进行了优化计算,使滑动板总成受力更加合理,减轻了调位器的重量。     

公路交通噪声预测研究

给出了硬地面、软地面、有限长公路、无限长公路几种条件下的公路交通噪声预测模式 ,指出了现有模式误差的来源 ,以不同的地面性质和公路长度分别给出了更精确的预测模式     

基于有限单元法的钢-混凝土组合空腹板的优化设计

为了研究钢-混凝土组合空腹板最优截面几何尺寸,建立了四边简支条件下结构的有限元分析模型、优化参数模型和优化数学模型,通过对已建工程的优化设计分析,在给定条件下使造价减少24．7％,表明该方法优化效果显著,并且效率高,可广泛应用于钢-混凝土组合空腹板截面优化设计工程．通过对不同跨度的组合空腹板进行优化设计,获得在给定条件下的最优截面尺寸和最优网格尺寸．并探讨了长跨比的影响．给出组合窄腹板优化设计的几何尺寸窖议．     

CRTSⅡ型板式无砟轨道轨道板力学性能试验研究

通过七块CRTSⅡ型无砟轨道轨道板的静载和疲劳试验,发现轨道板在开裂前基本处于弹性状态,其控制截面实测应变值与实体单元、板单元有限元模型的理论计算结果较为吻合,而与初等梁理论的计算结果在轨下截面偏差较大;轨道板的静力强度均满足规范要求,但疲劳强度需进一步加强,施工过程中应加强对预应力工序的控制。     

基于多物质ALE的列车水箱晃动三维模拟及箱壁动应力研究

列车中水箱晃动问题是典型的流固耦合非线性行为,同时也涉及到多相流之间的相互耦舍问题．基于多物质ALE（ArbitraryLagrange—Euler）方法建立了列车水箱晃动三维数值模型,数值模型求解采用考虑流固耦合负载平衡的区域分解并行计算技术,分析列车制动工况下水箱中水的大幅晃动及箱壁动态应力变化行为．分析结果表明,制动减速度超过0．8m／s2时水箱应力峰值呈非线性增大趋势;储水量增加,水箱最大应力相应增加;水箱中设置防波板,可明显降低水流对箱壁的冲击作用．     

复合人行道板上人体跌落的动力有限元分析

水泥混凝土道面材料刚度大,人体跌落其上有潜在危险.应用动力有限元程序建立了包括刚柔复合结构以及人体的三维有限元模型,分析了加铺橡胶板材水泥混凝土道面的冲击性能.根据分析模型中各对象的材料特性与分析目的确定材料模型假设,路面结构采用线弹性材料模型、橡胶板材采用Mooney-Rivlin材料模型假定、人体采用双线性硬化材料模型.人体跌落冲击的仿真结果表明人体在与路面冲击碰撞后回弹位移很小,说明材料模型假定及整个仿真分析可以合理地模拟实际的冲击过程.通过冲击时间、人体的冲击加速度及应力的对比,表明在水泥混凝土人行道面上加铺橡胶板材对于保护行人安全有明显作用.     

拱脚变位对覆土波纹钢板拱桥受力性能的影响

结合内蒙某实际桥梁参数,利用有限元软件建立了考虑土与波纹钢板相互作用的二维平面应变模型,通过对模型施加强制位移,计算分析了10种不同拱脚变位工况下结构的受力和变形的变化规律.拱脚发生水平位移时对结构受力性能的影响比拱脚发生竖向沉降时大,拱脚水平位移造成结构位移增大,拱圈应力由受压转为受拉;拱脚不均匀沉降对结构的影响较均匀沉降大;特别是拱脚同时发生不对称的竖向和水平位移使结构位移显著增加,拱圈两侧拉压应力数值都明显增大.拱脚变位还会造成拱脚反力变化,特别是不均匀拱脚变位时会出现反力方向变号.尽管覆土波纹钢板拱桥变形适应能力较强,但在设计和施工中也应采取措施,避免和减小基础的变位.