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局部贴敷阻尼层空间管路有限元建模及贴敷位置优化

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振动与冲击 2024年第3期43卷 147-157页

作者：李家鑫王栋孙伟东北大学机械工程与自动化学院沈阳110819 东北大学航空动力装备振动及控制教育部重点实验室沈阳110819

为了降低处于服役阶段的航空发动机管路的有害振动,描述了一种在管体表面局部贴敷黏弹性阻尼层对管路进行减振的方法,主要包括阻尼层-空间管路系统动力学有限元建模及阻尼层贴敷位置优化。在建模上,基于ANSYS平台建立了满足寻优算法调... 详细信息

为了降低处于服役阶段的航空发动机管路的有害振动,描述了一种在管体表面局部贴敷黏弹性阻尼层对管路进行减振的方法,主要包括阻尼层-空间管路系统动力学有限元建模及阻尼层贴敷位置优化。在建模上,基于ANSYS平台建立了满足寻优算法调用的阻尼层-空间管路参数化有限元模型。同时,整个模型引入了两种阻尼,分别是卡箍的支撑阻尼和黏弹性阻尼层的材料阻尼。在贴敷位置优化方面,创建了以阻尼层贴敷位置为设计变量、以1阶最大共振响应最小为优化目标的优化模型,并给出了采用遗传算法对该优化模型进行求解的流程。最后进行了实例研究,用搭建的贴敷阻尼层空间管路试验系统校验了所创建的阻尼层-空间管路分析模型的合理性。在此基础上,执行了阻尼层位置优化,获得了在可移动范围内使共振响应最小的阻尼层贴敷位置方案,并通过与5种随机方案的数值比较证明了优化结果的合理性。

关键词：黏弹性阻尼层空间管路有限元建模贴敷位置优化遗传算法

膝关节骨性关节炎轻症患者膝关节三维有限元建模及力学分析

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中国医学物理学杂志 2024年第3期41卷 382-388页

作者：周陶勇杨永盛鲁宁唐浩杨延东韩谢川昆明理工大学机电工程学院云南昆明650500 昆明医科大学第二附属医院骨科云南昆明650500

目的:在缺少层厚较薄的CT和MRI数据的情况下建立膝关节骨性关节炎(KOA)轻症患者膝关节三维有限元模型,并研究胫骨平台内外侧的应力分布。方法:以一名患有轻度KOA的女性患者为研究对象,自盆骨至腓骨胫骨远端进行连续断层扫描。将得到的DI... 详细信息

目的:在缺少层厚较薄的CT和MRI数据的情况下建立膝关节骨性关节炎(KOA)轻症患者膝关节三维有限元模型,并研究胫骨平台内外侧的应力分布。方法:以一名患有轻度KOA的女性患者为研究对象,自盆骨至腓骨胫骨远端进行连续断层扫描。将得到的DICOM格式文件导入至Mimics软件中并通过阈值分割提取膝关节中的骨性结构,将提取出的骨骼进行蒙版编辑、空腔填充、区域增长等操作后导入3-matic中做光顺、包覆处理。在Geomagic Wrap将处理后的骨性结构使用网格医生检查,修复表面缺陷并拟合曲面。以轮廓延展的思路建立相关的软骨、半月板和韧带,并在SolidWorks中以原点重合的方式与骨性结构进行装配。接下来在ANSYS软件中定义材料、设置接触、划分网格、设置约束和载荷,分析在双腿站立下胫骨平台上的应力分布情况。结果:成功建立了包括骨性结构、软骨、韧带的完整膝关节模型。在双腿站立状态下,接触应力峰值约为1.21 MPa,位于胫骨平台内侧中部,胫骨平台外侧的最大应力为0.72 MPa,内外侧间室分别承担总载荷的62.7%和37.3%。结论:通过CT提取加软件绘制的方式建立了全膝关节模型,有限元分析结果符合临床预期,通过此方法建立的模型可靠,能进行后续的研究。

关键词：膝关节骨性关节炎膝关节有限元建模生物力学

含压电分流阻尼整体叶盘机电耦合有限元建模与减振性能分析

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中南大学学报（自然科学版） 2023年第12期54卷 4699-4710页

作者：谌佳孙伟徐昆鹏东北大学机械工程与自动化学院辽宁沈阳110819 东北大学航空动力装备振动及控制教育部重点实验室辽宁沈阳110819

为了抑制整体叶盘的有害振动,提出了一种在叶片上均布压电分流阻尼片的减振方法。首先,在建模过程中,用压电片-叶盘基体复合单元来模拟压电片与基体之间的机电耦合,进一步将连接电阻分流减振效果等效为贴敷具有频率依赖性的黏弹性阻尼... 详细信息

为了抑制整体叶盘的有害振动,提出了一种在叶片上均布压电分流阻尼片的减振方法。首先,在建模过程中,用压电片-叶盘基体复合单元来模拟压电片与基体之间的机电耦合,进一步将连接电阻分流减振效果等效为贴敷具有频率依赖性的黏弹性阻尼引起的效果,并将电阻分流电路以复刚度的形式引入整体叶盘有限元模型,以简化整体叶盘为对象,创建了含压电分流阻尼整体叶盘机电耦合有限元模型;第二,基于创建的动力学模型及搭建的实验系统,分析压电分流阻尼的减振效果;第三,以等间隔分布4个压电分流阻尼片的整体叶盘结构为对象进行实例研究,验证所创建的复合结构动力学模型的合理性;最后,基于创建的模型,重点分析了连接的电阻及压电片贴敷位置对整体叶盘减振效果的影响。研究结果表明:压电分流阻尼对整体叶盘具有一定的减振效果;对于电阻分流电路,存在一个最优电阻可以使减振效果最好,例如对于2阶次激励,在每个压电片连接14 kΩ分流电阻时减振效果较好;压电片贴敷在叶片根部对减振效果最佳,相比开路状态,连通分流电路后振动响应降低了18.3%。

关键词：压电分流电路整体叶盘机电耦合有限元建模减振分析

L型管路系统动力学有限元建模及基于遗传算法的卡箍支撑位置优化

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振动与冲击 2022年第16期41卷 149-157,254页

作者：高志辉王东海孙伟汪博东北大学机械工程与自动化学院沈阳110819 东北大学航空动力装备振动及控制教育部重点实验室沈阳110819

在航空发动机管路设计阶段,优化卡箍的支撑位置可使管路有效避开转子激振频率进而实现降低管路振动的目标。以L型管路为对象,研究了创建管路有限元模型及实现以避振为目标的卡箍支撑位置优化的方法。首先,提出了“以直代曲”的L型管路... 详细信息

在航空发动机管路设计阶段,优化卡箍的支撑位置可使管路有效避开转子激振频率进而实现降低管路振动的目标。以L型管路为对象,研究了创建管路有限元模型及实现以避振为目标的卡箍支撑位置优化的方法。首先,提出了“以直代曲”的L型管路有限元建模方法,在此基础上用弹簧对模拟卡箍的支撑,创建了管路系统的动力学有限元模型。接着,以卡箍位置为设计变量,以激振频率与管路1阶固有频率的差值为目标函数,创建了以避振为目标的卡箍支撑位置优化模型。再则,描述了基于遗传算法求解该优化模型的具体流程。最后,以安装3个卡箍的L型管路为对象进行了实例研究,用试验校验了所提出的有限元建模方法的合理性,进一步通过执行优化确定了可以实现避振的最优的卡箍位置。同时,进行了卡箍的“安全域”分析,确定了各卡箍满足避振条件下的可移动范围。

关键词： L型管路有限元建模动力学遗传算法卡箍位置优化

贴敷多约束阻尼片Z形管路参数化有限元建模及振动分析

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中南大学学报（自然科学版） 2023年第9期54卷 3470-3480页

作者：王栋孙伟东北大学机械工程与自动化学院辽宁沈阳110819 东北大学航空动力装备振动及控制教育部重点实验室辽宁沈阳110819

为了提高管路动力学减振设计的效率,以贴敷多个约束阻尼片的Z形管路为对象,研究以阻尼片的几何参数、位置参数及材料参数为设计变量的管路系统参数化有限元建模方法。首先,阐述了管路系统参数化建模理念,将参数化建模过程中涉及的参数... 详细信息

为了提高管路动力学减振设计的效率,以贴敷多个约束阻尼片的Z形管路为对象,研究以阻尼片的几何参数、位置参数及材料参数为设计变量的管路系统参数化有限元建模方法。首先,阐述了管路系统参数化建模理念,将参数化建模过程中涉及的参数分为非受控参数和受控参数;其次,对管体沿轴向切分及沿周向按固定角度划分网格,使约束阻尼片与管体单元节点相对应,并创建用于储存卡箍节点位置信息的参数化循环数组,实现适应参数化的卡箍节点编号更新;再次,进行了实例研究,用所描述的方法实现了对应3种贴敷方案的Z形管路系统参数化有限元建模;最后,对比贴敷约束阻片前后管路的振动参数,评估各方案的减振效果。研究结果表明:贴敷约束阻尼片后的管路系统的第1阶共振响应均出现不同程度降低,约束阻尼片周向贴敷范围对振动响应的影响最大,增加贴敷长度及阻尼片厚度对减振有利。

关键词： Z形管路约束阻尼片参数化建模有限元建模振动分析

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主动约束层阻尼薄板有限元建模及振动控制

振动与冲击 2023年第24期42卷 101-108页

作者：黄志诚彭焕有王兴国褚福磊景德镇陶瓷大学机械电子工程学院江西景德镇333001 清华大学机械工程学院北京100084

为了解决薄板结构在应用于各个工程领域所产生的振动过大问题,以主动约束层阻尼(active constrained layer damping, ACLD)薄板结构作为研究对象,进行振动控制研究。首先,构造4节点28自由度单元对该结构进行离散,其中黏弹性层采用复常... 详细信息

为了解决薄板结构在应用于各个工程领域所产生的振动过大问题,以主动约束层阻尼(active constrained layer damping, ACLD)薄板结构作为研究对象,进行振动控制研究。首先,构造4节点28自由度单元对该结构进行离散,其中黏弹性层采用复常数剪切模量本构模型,引入等效Rayleigh阻尼表示基层的阻尼,通过Hamilton原理推出了ACLD薄板结构的动力学模型;其次,针对建立的动力学模型自由度过大的问题,采用物理空间下动力缩聚和状态空间内平衡联合降阶保证模型具有良好可控性和可观性;最后使用最优二次型LQR(linear quadratic regulator)控制对系统进行振动控制。研究结果表明,该文建立的有限元模型在不同边界条件、覆盖方式不同情况下仍然具有有效性,使用联合降阶法后模型依旧能够准确、可靠的表述原系统动态特性。在脉冲激励和带限白噪声下依旧能够抑制系统振动。

关键词：主动约束层阻尼有限元建模模型降阶主动控制黏弹性材料

有限元建模与实测应变分析——以九江地震台为例

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大地测量与地球动力学 2023年第10期43卷 1063-1067页

作者：李萌卢和雄赵爱平严丽东华理工大学自然资源部环鄱阳湖区域矿山环境监测与治理重点实验室南昌市330013 东华理工大学江西省数字国土重点实验室南昌市330013 江西九江扬子块体东部地球动力学野外科学观测研究站江西省九江市332006 江西省防震减灾与工程地质灾害探测工程研究中心南昌市330013

为研究区域地质构造的地壳应变状态,利用数字高程模型(DEM)数据构建数字化三维地形模型,再添加区域地质岩石属性建立有限元三维地质模型,并施加重力和热荷载,进行有限元与实测应变分析。以九江地震台为例,利用有限元模型及台站实测温度... 详细信息

为研究区域地质构造的地壳应变状态,利用数字高程模型(DEM)数据构建数字化三维地形模型,再添加区域地质岩石属性建立有限元三维地质模型,并施加重力和热荷载,进行有限元与实测应变分析。以九江地震台为例,利用有限元模型及台站实测温度和应变数据,展开区域应变分析。结果表明,有限元建模应变解算结果与实测应变结果较符,均值量级皆为10^(-5),都呈明显的季节性周期变化趋势;模型热应变和定向应变分别能较好地反映温度造成的应变差异和不同方向的应变变化;模型应变能在一定程度上反映区域应变的变化范围和量级大小,有益于缺乏实测应变条件的区域开展应变分析。

关键词：有限元建模解算应变台站实测应变对比分析可行性

基于ABAQUS的复合材料垂直轴潮流能叶片有限元建模与分析

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排灌机械工程学报 2022年第4期40卷 385-390页

作者：李俊雄王遵马秋成张亚新彭超义邓航湘潭大学机械工程学院湖南湘潭411105 株洲时代新材料科技股份有限公司湖南株洲412007

为了探究复合材料铺层结构对潮流能叶片力学结构特性的影响,选择纤维增强复合材料进行潮流能叶片的设计研究,旨在设计出结构性能更加优越的潮流能复合材料叶片.为潮流能叶片设计了2种不同形式的复合材料铺层结构方案,一种方案叶片前缘... 详细信息

为了探究复合材料铺层结构对潮流能叶片力学结构特性的影响,选择纤维增强复合材料进行潮流能叶片的设计研究,旨在设计出结构性能更加优越的潮流能复合材料叶片.为潮流能叶片设计了2种不同形式的复合材料铺层结构方案,一种方案叶片前缘铺层纤维不连续,另一种方案保证叶片前缘的铺层纤维连续;并利用ABAQUS软件建立其有限元模型,分别对潮流能叶片在额定流速工况和极限流速工况下2种铺层结构方案叶片的力学结构特性进行数值模拟仿真分析,探究2种铺层方案对叶片结构性能的影响.结果表明,叶片前缘铺层纤维的连续性可以提高叶片前缘的抗冲击性,从而有效地避免工作中叶片前缘铺层失效的情况,而且可以显著提高复合材料叶片的强度和刚度.研究成果可为以后潮流能叶片及同类型复合材料叶片的研制提供技术参考.

关键词：潮流能叶片复合材料有限元建模铺层结构壳单元

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下颌三维有限元建模与动态载荷下的应力分析

中国医学物理学杂志 2023年第5期40卷 647-652页

作者：曾绍禹李珊杨向红张顺关汤克彬昆明理工大学机电工程学院云南昆明650500 昆明市延安医院口腔科云南昆明650051

目的:研究并完善基于锥形束CT(CBCT)图像的牙列、颌骨和牙周膜的三维有限元建模方法,分析模拟咀嚼动态加载时的应力分布。方法:选择一名牙列整齐、无牙体缺失、牙周健康的女性志愿者,用CBCT扫描头骨,从图像中提取下牙列与下颌骨模型,修... 详细信息

目的:研究并完善基于锥形束CT(CBCT)图像的牙列、颌骨和牙周膜的三维有限元建模方法,分析模拟咀嚼动态加载时的应力分布。方法:选择一名牙列整齐、无牙体缺失、牙周健康的女性志愿者,用CBCT扫描头骨,从图像中提取下牙列与下颌骨模型,修复缺陷并进行曲面优化,对牙周膜建模并装配各部分构成三维实体模型,接着定义材料属性、划分网格、设置约束、施加载荷,分析牙列与周围骨组织在动态载荷作用下的应力分布。结果:成功构建人体下牙列、牙周膜和下颌骨的三维有限元模型。在动态加载下,等效应力峰值(44.73 MPa)位于下颌第一磨牙牙根处,牙周膜与牙颌骨在斜向载荷下会出现应力集中现象。结论:利用CBCT扫描结合多种软件可建立仿真度良好的下颌三维有限元模型,适用于后续生物力学研究。在Mimics软件中用不同阈值提取模型可使结果更精细。减小颊尖倾斜度降低受到的剪切力可改善应力集中现象。

关键词：下颌骨下牙列牙周膜有限元建模动态加载