为了确定全膝关节置换假体几何参数对关节假体接触面积和接触应力的贡献度,设计了符合实际使用要求的膝关节假体,建立了基于Isight平台的膝关节假体参数化有限元模型。使用最优超立方拉丁采样方法对膝关节假体的几何参数进行采样并在SolidWorks中进行参数化建模,利用ABAQUS软件进行有限元分析得到其性能指标,根据二次回归模型得到几何参数对性能指标的贡献占比,确定了FFR、IFR是影响接触面积与接触应力的主要因子。基于400个样本点模型得到了相比于初始模型更优的模型,其关节假体接触面积与初始模型相比降低了32.33%,胫骨衬垫也获得了更大的内旋角度(8.4°),进一步提高了假体的运动性能。

利用非线性弹性材料对多层圆柱结构进行接触预紧，涉及到几何非线性和材料非线性以及接触面上摩擦力的影响。当材料间刚度差别较大时，刚度低的材料呈现大变形特征，加大了几何非线性的程度。结构内部预紧力的大小和分布与结构的整体刚度、结合部位的局部刚度、过盈配合程度、接触面积等因素有关。本文对以橡胶作为预紧垫层的双层金属柱体的预紧过程进行了力学实验和数值模拟。预紧后的模型受中心集中力的作用，以得到橡胶垫层在复杂载荷作用下的状况。在数值模拟模型中，接触面采用直接约束模型，摩擦力的模拟选用库仑摩擦模型，预紧力的施加与力学实验模型相同，利用两个金属半圆环逐步压紧橡胶材料。数值模拟结果和实验数据吻合较好，表明结构非线性大变形接触预紧模拟的数值模型是合理的。

针对螺栓结合面弹塑性区域内的接触机理难以确定问题,根据在变形状态转变的临界点处微凸体真实接触面积与接触载荷转化均满足连续和光滑条件,构造新的多项式函数来描述接触变形与接触面积之间的关系。利用统计学方法建立螺栓结合面真实接触面、接触载荷与接触刚度模型。理论计算结果表明随着平均表面距离的减少,接触载荷、接触面积和接触刚度随之增加;接触面积和接触刚度,随着接触载荷的增加而增加,当接触载荷增加一定程度后接触刚度和接触面积值分别趋于理想接触刚度和名义接触面积值;当螺栓结合面处于弹性和弹塑性接触状态时,塑性指数越大,接触面积越大,而平均接触距离和接触刚度就越小,当处于完全塑性状态时,塑性指数越大,刚度和平均接触距离就越大,而真实接触面积影响较小。

提出一种基于流固耦合的橡胶O形圈静密封泄漏计算方法。对平行平板泄漏模型进行改进,使其适用于通道截面高度可变的泄漏率、介质压力计算;采用有限元仿真方法进行固体力学分析,求解宏观接触压力;采用Greenwood-Willamson模型进行接触力学分析,求解泄漏通道平均高度。基于数值方法研究介质压力、环境温度、表面形貌参数对橡胶O形圈密封性能的影响规律。结果表明,随着介质压力、环境温度、表面高度分布标准差的增大,体积泄漏率逐渐增大。上述数值方法以泄漏率作为表征密封性能的参数,能综合考虑橡胶材料、介质、工况等多种因素对O形圈密封性能的影响,对橡胶O形圈的寿命预测和失效分析更具指导意义。

由于初始过盈量和介质压力的作用,井下流量控制阀径向金属密封唇部的应力和应变梯度变化很大,很容易发生塑性变形。为研究径向金属密封唇部接触力学行为,提出径向金属密封唇部的圆弧结构,基于接触力学建立径向金属密封唇部轴对称结构的圆弧-平面接触模型,得出径向金属密封唇部结构接触力学参数的理论关系式,并基于有限元方法进行验证。径向金属密封唇部接触力学参数的理论解与数值解相符,接触宽度、最大接触应力、初始过盈量和平均接触应力的平均相对误差分别为8.86%、6.96%、8.88%和4.33%,满足工程设计要求。研究表明:径向金属密封唇部的最大接触应力与初始过盈量、径向金属密封唇部径向厚度和轴向厚度成正比,与径向金属密封唇部圆弧半径成反比,因此可通过增加初始过盈量、径向金属密封唇部径向厚度和轴向厚度来增加径向金属密封...