基于有限元模型的汽车前撞中膝关节损伤的研究EI北大核心CSCD

通过对原有下肢有限元模型的改进,开发了膝关节有限元模型,其中韧带采用经有效性验证和考虑应变率的塑性材料,并结合我国人体韧带的厚度重新设定。对改进的模型施加前后方向撞击力,在膝关节弯曲90°情况下,分别探讨了不同的加载高度和加载角度对膝关节损伤的影响。结果表明,轴向载荷小于8kN时,能避免股骨的骨折;加载角度大于8°时,不会对后交叉韧带造成拉伤。     

行人-车辆碰撞中六岁儿童下肢损伤分析及预测

为揭示汽车-行人碰撞事故中车辆前端结构和速度对儿童行人下肢损伤的差异成因及损伤机理，本研究应用符合我国体征且具有详细解剖学结构的六岁儿童行人损伤仿生模型（TUST IBMs 6YO-P），设置了32组涵盖4类常见车型和8种碰撞速度的汽车-行人碰撞仿真，分析下肢运动学和生物力学响应，采用非线性回归建立预测模型对下肢损伤进行评估。结果表明，碰撞速度对儿童下肢长骨骨折和膝关节损伤有直接影响，汽车前保险杠高度影响股骨的损伤程度和膝关节弯曲角度，扰流板离地高度影响胫、腓骨损伤的严重程度。分析膝关节弯曲角度和韧带断裂数据，得出当膝关节弯曲角度分别超出25.9±0.9°、38.6±0.7°、43.2±0.2°时，撞击侧内侧副韧带（MCL）、前交叉韧带（ACL）、后交叉韧带（PCL）发生断裂，基于碰撞速度和前保险杠高度建立的膝关节弯曲角度预测模型，经反求验证该模型可以有效预测膝关节损伤。综合儿童行人下肢长骨骨折评价参数和所建立的小腿弯矩预测模型，发现碰撞速度高于17.94 km/h将会造成儿童小腿骨折。该研究为行人安全法规制定、行人保护装置研发、AEB系统设计和数字化测评提供科学的参考依据。     

行人膝关节有限元模型的建立与验证

在前期研究中对下肢长骨和膝关节主要韧带的模型进行了全面验证的基础上,建立了具有详细解剖学结构的行人膝关节有限元模型,并定义了各组织间的接触。依据更符合实际行人事故中膝关节载荷特点的生物力学实验,对膝关节有限元模型进行了动态四点弯曲和动态三点弯剪仿真验证。结果显示膝关节模型的生物力学响应与实验结果吻合,能较好地反映膝关节的损伤和动力学响应,具有较好的生物逼真度。     

不同角度正面碰撞中老年驾驶员下肢模型的响应研究

为研究老年驾驶员在交通事故中下肢的损伤,本文中利用老年下肢模型预测不同工况下肢生物力学响应。首先,对下肢模型的有限元分析与尸体试验结果进行对比验证了模型的有效性。接着,利用验证后的有限元模型,用质量为4.5 kg、速度为4 m/s的圆柱形冲击器对膝关节进行不同角度碰撞,探究膝-大腿-髋(knee-thigh-hip)复合体的骨折损伤情况;大、小腿之间的夹角为100°时,分别以3.4和4 m/s的速度进行撞击试验。结果表明,对前一个试验,从冲击器平面法线相对股骨轴线的转角γ=-30°开始,随着冲击器顺时针转动,即γ角的代数值逐渐加大,膝部接触力也逐渐增大,在γ=+20°时达最大值,而到最后γ=+30°时稍有减小;对后一个试验,膝部撞击力以至膝部损伤随撞击速度提高而增大。     

圆板式橡胶支座的性能评价

采用通用有限元软件ANSYS对圆板式橡胶支座的典型代表试件建立FEA模型,针对支座中心加载和坡梁偏压加载工况,进行了数值模拟分析,从有限元仿真分析的角度,定性地解释了圆板式橡胶支座的受力性能,以及利用有限元数值分析手段定性分析橡胶支座性能的可行性。     

不同方向水平荷载下斜桩的有限元分析

采用三维有限元数值方法对斜桩单桩在不同方向水平荷载作用下的承载特性进行研究,着重考察水平加载角和桩基倾斜度对其的影响。分析结果表明,斜桩单桩在承受0°~180°不同加载方向的水平荷载作用时,其水平刚度随加载角的增大而不断减小。此外桩基倾斜角越大,上述规律越显著。     

不同角度荷载作用下椭圆形钢管混凝土桥墩压弯性能研究

椭圆形钢管混凝土桥墩的流线外形可以有效降低水流等的作用，但是其截面特性较为复杂，尤其是当荷载沿非对称轴方向作用时，容易发生扭曲而降低强度。为了研究不同角度荷载作用下椭圆形钢管混凝土桥墩的压弯性能，本研究采用数值分析软件，建立并通过试验验证了可以精确模拟圆形钢管混凝土桥墩力学性能的数值分析模型。进一步地，利用模型分析了0°～90°不同角度加载时椭圆形钢管混凝土桥墩的压弯性能，分析了不同荷载角度对承载性能的影响规律。结果表明，随着加载角度从0°增加到30°、60°、90°,椭圆形钢管混凝土桥墩极限压弯承载力分别下降了5.38%、27.18%、37.03%;初始刚度随着荷载作用角度的增加而降低，屈服位移和极限位移随着水平荷载作用角度的增加而有所上升。本研究的结果可为椭圆形钢管混凝土桥墩的设计提供借鉴。     

玄武岩纤维增强复合材料拉挤圆管抗弯性能研究

为使玄武岩纤维增强复合材料(Basalt Fiber Reinforced Polymer, BFRP)拉挤圆管在桥梁工程中得到更广泛地应用,对其抗弯性能进行试验及有限元分析。对2根长度为750 mm的BFRP拉挤圆管进行三点抗弯试验;采用LS-DYNA有限元软件对试验过程进行模拟,验证有限元模拟的正确性;在保持BFRP拉挤圆管总厚度不变的条件下,研究内、外层双向纤维布的铺设厚度和角度对抗弯性能的影响。结果表明：试件从加载至破坏分为线弹性阶段、下降阶段和残余阶段,试件破坏后残余强度较大且卸载后迅速回弹恢复几何形状;有限元模拟试件的荷载～滑移曲线、失效现象和试验结果吻合较好,有限元模拟正确;布置适量厚度的内、外层双向纤维布可以提高试件的抗弯承载力;将内、外层双向纤维布铺设方向由90°变为45°后,抗弯承载力进一步提高,随着外层45°纤维布厚度增加,破坏时的挠度下降。建议制作BFRP拉挤圆管时,布置适量厚度的双向纤维布,角度以45°为宜。     

侧风中前窗角度对汽车稳定性影响的数值模拟

侧风下汽车外流场中不同前车窗倾角下的气流流动分离规律,对汽车侧风中的稳定性有重要意义。该文建立了前车窗角度分别为20°、25°、30°、35°和40°的车身模型,使用CFD仿真软件--Star-ccm+进行数值计算,模拟了侧风为8 m/s,行驶速度为20 m/s时的车身外流场。结果表明:侧风中前车窗角度变化对汽车侧向力系数影响最大;前车窗角度为35°时,汽车的行驶稳定性最好,且随着前车窗角度的增大,车身底部气流在车尾的分离推迟,尾涡数量减少。对35°车身模型的剪切应力分析指出:对侧风背风侧A柱区及侧风迎风侧C柱区优化分析是进一步提高汽车侧风气动性能的研究方向。     

基于3岁儿童乘员下肢有限元模型的生长板损伤机理研究

为完善儿童下肢损伤防护数据,应用有限元分析方法,构建了包含生长板在内的3岁儿童乘员下肢有限元模型,并通过重构尸体试验验证了模型的有效性。应用已验证的有限元模型,针对生长板设置了膝关节弯曲试验和剪切试验,在每种试验中,对含生长板和不含生长板的下肢有限元模型在相同碰撞条件下进行损伤机理研究。结果表明,不含生长板模型骨折位置在长骨骨干处,含生长板下肢模型骨折位置在生长板处,同种试验中含生长板下肢模型韧带的峰值应力小于不含生长板模型的峰值应力。为我国汽车产业在汽车安全设计中对儿童下肢的损伤防护提供了科学的生物力学依据。     

桥塔倾角对斜独塔斜拉桥动力特性及抗震性能的影响分析

斜独塔斜拉桥桥塔倾斜角度对结构内力及构件稳定性的影响研究已经比较成熟,但其对结构动力特性及抗震性能影响的研究还较少。以某斜独塔斜拉桥为工程背景,分别建立桥塔倾角为74°、82°、90°时的全桥三维有限元模型,分析结构的动力特性和结构在地震作用下的响应,评价桥塔倾角对结构动力特性及抗震性能的影响。     

不同截面选型对波纹钢箱涵受力性能影响分析

波纹钢箱形结构相较于圆形、拱形和管拱形波纹钢结构截面利用率更高,更适用于路基高度受限的情况。目前对波纹钢箱涵加强措施的研究较多,但缺乏对波纹钢截面形式选择的研究。该文使用有限元分析软件Abaqus对波纹钢箱涵侧墙倾斜角度分别为0°、5°、10°、15°和20°共5种工况建立有限元模型,对结构应力和变形结果进行分析。结果表明：增大波纹钢箱涵侧墙的倾斜角度可以有效减小结构的竖向变形和结构的最大应力;但为充分发挥波纹钢箱涵截面利用率高的优势,推荐选用倾斜角度5°～10°的波纹钢箱涵形式。     

大跨桥梁抖振时域分析的程序化方法

介绍了一套以通用有限元软件为平台进行抖振时域分析的程序化方法,重点分析了作用在有限元模型加载节点上的随机抖振荷载的模拟方法。依照改进的Deodatis谱表示法给出了脉动风速场模拟程序的流程图。基于准定常假定,推导了便于有限元软件加载的脉动风速和抖振力时程之间的简化转换公式。按照该程序化方法,使用ANSYS软件对龙潭河特大桥进行了风致抖振时域分析,验证了该方法的实用性和有效性。     

频率变化对连杆动态应力的影响研究

通过试验研究验证了连杆有限元仿真模型的精确性,进一步研究了加载频率变化对连杆动态应力的影响,得到了加载频率变化对连杆动态应力的影响规律.结果表明:在加载频率较低时,连杆动态应力会随着加载频率的增加而增大,但总体来说应力值增加不大,可以忽略;在加载频率较高时,加载频率对连杆动态应力的影响很大,不可忽略.     

拱肋外倾角对异形空间拱桥受力的影响

以建设中的九堡大桥主桥为背景,研究外倾式拱桥的拱肋处于不同倾斜角度时对结构受力产生的影响。采用ANSYS建立该桥三维有限元模型,计算在仅有恒载作用时主拱肋外倾角分别为0°、5°、12°、20°四种工况下该桥各部分的受力,并分析在成桥状态下该桥的第1类稳定问题。分析结果表明:主拱肋外倾角变化对主、副拱肋,主梁以及主、副拱肋间连杆的内力影响较大;当主拱肋外倾角在5°和12°时结构稳定系数明显高于其他情况;主拱肋外倾角由0°增加到20°时,结构第一阶失稳模态均为拱肋体系的整体弯扭失稳。     

级配碎石重复加载动三轴试验仿真研究

为减少级配碎石重复加载动三轴试验量,采用Morh-Coulomb塑性模型,对级配碎石重复加载动三轴试验进行了有限元仿真,并对仿真结果用Pérez永久变形预估模型进行了拟合。结果表明:重复加载试验与其有限元仿真得到的永久变形发展规律相同,对仿真结果进行修正后,可用有限元仿真来代替部分室内重复加载试验。     

拉-剪状态下锚固节理剪切强度与破坏模式分析

为了分析拉-剪加载下锚固节理的剪切强度与破坏模式,基于颗粒流数值模拟方法,建立不同锚固角度的锚固节理模型(锚固角度分别为15°,30°,45°,60°,75°,90°)。拉剪速率比设置为1∶1,结合数值模拟结果,从细观角度分析不同锚固角度下的岩石节理面破坏模式与锚杆变形状态。结果表明,锚固角度对模型的峰值剪切强度、剪切曲线以及黏结力分布趋势均存在较为明显的影响:(1)锚固角度对节理拉-剪作用下的破坏模式存在较大影响,随着锚固角度的不断变化,试样的破坏模式也存在较大的区别。当锚固角度较大时锚杆与节理交界处存在明显的核状破坏,在加载后期取决于拉伸裂纹的扩展。而锚固角度较小时,锚固节理的破坏主要是拉伸裂纹的扩展所致,锚杆与节理面接触位置并未出现明显的破坏现象。(2)当锚固角度较大时(60°～90°),锚杆尖端并无明显的拉伸应力分布,且锚杆内部拉伸应力集中于锚杆中段。然而,当锚固角度较小时(15°～45°),锚杆大部分区域均存在明显拉伸应力集中现象,且锚杆尖端位置岩体内部也出现了明显的拉伸应力。(3)峰值剪切应力随着锚固角度的增大呈现出先增大后减小的趋势,锚固角度为0°时峰值剪切应力处于最小值,锚固角为75°时峰值剪切应力达到最大值。     

公路视错觉减速标线横向宽度及角度与减速效果研究

为了研究公路视错觉减速标线横向宽度和角度对车速变化的影响,选择横向宽度20~55cm、角度0°~180°的梳齿形减速标线进行室外实车试验,建立了车速与公路视错觉减速标线的横向宽度和角度的数学模型。结果表明:车速与标线横向宽度之间呈逻辑关系,建立了两者之间的定量关系模型。标线角度为130°~150°时,小车车速下降,在150°时达到最低值,当角度为30°~45°时,小车车速有增加的趋势,车辆通过角度变化的视错觉减速标线后,平均车速和标准差降幅分别达到10.07%和51.48%。     

柴油机曲轴整体三维强度分析

进行曲轴整体强度计算的更趋合理的方法是采用曲轴整体结构的三维有限元模型。本文采用了子结构计算技术，在工作站上对某大功率柴油机曲轴进行了整体结构的三维有限元分析。采用三维有限元模型不仅在对曲轴加载时更加合理，在处理曲轴与柴油机机体的相互约束时也更能符合实际情况。将机体剖分成有限元模型与曲轴一起计算，从而实现了真正意义上的曲轴整体计算。     

公交客流分配模型改进算例研究

公交分配模型是城市交通需求预测模型的重要组成部分,改进分配算法提高预测精度具有现实意义.分析了公交分配最优策略分配模型及其3种改进模型,分别是Logit加载模型、组合加载模型和策略改进的组合加载模型.通过案例研究了3种改进模型的参数灵敏度,分析了乘客出行时间感知误差对客流分配的影响,并使用经典的Spiess公交网络进行测试,对比了最优策略算法及其改进算法的结果差异.结果表明改进算法对乘客感知误差的灵敏度表现具有连续性,比最优策略分配模型更为可靠,其中,组合加载模型是最优策略模型的推广,策略改进组合加载模型应用最为灵活,考虑的因素更为周全.