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1、有限元软件的创新性应用汇报人：张桂钦一、生物医学三、地学计算目录二、物流运输四、超声激光一、生物医学摘要：分析基于MRI图像数据建立的膝关节有限元模型，并采用人工膝关节置换术对假体进行匹配，通过有限元法对匹配假体接触关节表面进行应力变化分析，为人工关节假体进一步研究提供理论依据。采用MRI对1名正常男性青年双膝关节进行扫描并获取二维图像数据，根据MRI扫描数据建立膝关节三维模型；根据实际假体模型经过逆向工程技术建立膝置换假体模型，在截骨的膝关节三维模型上装配置换假体，最终构建三维有限元模型，并进行相关的生物力学分析。进行置换术后膝关节在垂
2、直受力的0°~90°屈曲运动中，相对于胫骨，内股骨滚动并向后方发生了滑动外旋；膝关节在90°~120°范围內侧髁向内后方滑动，并且外侧髁向上抬离处于内旋状态。在屈曲运动过程中，膝关节随着度数增加，聚乙烯垫片内侧后方出现应力集中情况，约为120°时垫片后缘产生较大的应力峰值；基于MRI图像扫描并通过有限元法建立膝关节三维模型，用于膝关节置换后生物力学分析，为进一步人工关节假体研究提供相应理论依据。全膝关节置换术假体的三维有限元生物力学分析二、物流运输电子产品出口包装设计方法的研究电子产品具有零件精细、易损坏、价值高等特点,在物流过程中包装不
3、当会造成很大的损失。尤其是在销往国外的过程中,其流通环节更为复杂,环境更加多变,并且各个国家对进口商品包装都有严格的要求。因此,利用科学的方法对电子产品出口包装进行设计是一项十分重要的工作。本文基于整体包装理念,利用有限元仿真技术、TOPSPro物流运输优化提出了一种电子产品的出口包装设计方法,并以投影机为实例验证了方法的正确性和可行性。本文深入研究整体包装理念,基于整体包装解决方案对电子产品出口包装进行设计。并利用Pro/Engineer三维造型软件建立了比较准确的包装件模型,并对模型进行了适当的简化。以投影机包装件为实例采用ANSYS
4、模拟包装件受压、振动、跌落过程,借助有限元分析了包装件的力学特性。本文采用静态仿真研究包装件在仓储、运输过程中的堆码情况并依照相关国家试验标准对包装件在不同的3个方向上进行抗压仿真。详细介绍了建模、前处理、后处理等整个仿真过程及各步骤需要注意的问题,分析了投影机包装件在受压时的变形、应力情况。针对包装件在流通过程中的振动和冲击,本文对包装件进行模态仿真和跌落仿真。二、物流运输电子产品出口包装设计方法的研究通过模态仿真可以得到包装件的固有振动频率,依据得出的数据,可以对结构进行优化,以此来避免在流通中发生共振。利用ANSYS中的显示动力学模
5、块LS-DYNA对包装件进行跌落仿真,描述了跌落仿真的步骤和方法,通过求解得到了投影机包装件的应力、应变等物理参数,分析并评估了外包装物对内部产品的保护性能。最后,本文利用TOPSPro软件的装载优化功能,对出口运输中的装箱设计及排列进行优化和指导,以提高交通工具的空间使用率,降低运输费用。本文将计算机技术引入到包装设计中,得到了一种既合理又低成本的包装设计方法,同时提高了测试研究的效率,缩短了周期。三、地学计算简要介绍了我们近年来基于有限元法开展的地学计算研究新进展,重点在于原煤裂隙介质中微生物反应与流体流动耦合过程的数学模型及其在模拟
6、微生物产气过程中的应用。原煤微生物产气过程包括以下四个主要阶段:水解,酸化,有机酸和醇类降解为乙酸,最后生成甲烷。该生化反应的主要成分是固态的煤和微生物,液态的降解煤、中间产物、醋酸和水,以及气态的CH4和CO2。基于质量守恒定律,导出了描述原煤微生物产气耦合过程的偏微分方程,在有限元软件PANDAS平台基础上求解,并应用于模拟和分析原煤中微生物产气过程。数值模拟结果表明了本文提出的算法的有效性。原煤微生物产气过程的有限元模拟四、激光超声PBX内部缺陷激光超声无损检测数值模拟为提高高聚物粘结炸药(PBX)材料超声检测效率,保证最终产品的可
7、靠性与安全性,研究了一种基于激光超声技术的PBX内部缺陷非接触无损检测方法。基于热弹机制,建立了PBX材料激光超声的有限元数值计算方法和模型。得到了脉冲激光照射下PBX材料内部瞬态温度场和声场分布。模拟了激光超声与PBX内部气孔和裂纹缺陷之间的相互作用。数值结果表明,采用5激光束同时激励,可在保证PBX安全温度范围内大幅度提高激光超声对内部缺陷的检测能力,可实现长度大于0.5mm裂纹,直径大于0.2mm孔洞的检测。初步验证了激光超声对于PBX材料内部缺陷检测的可行性。有限元的发展趋势目录有限元的发展趋势1.越来越丰富的单元类型库和材料库，
8、产品和工程的可靠性会逐渐增加2.从单纯的结构力学计算发展到求解许多物理场耦合3.在与CAD软件的无缝集成建模将会越来越方便4.结构时变性的体现，体现结构建造的动态过程
