基于三维有限元法的地铁迷流场模拟计算及其应用

发表时间：2017-08-02T15:31:22.090Z 来源：《电力设备》2017年第9期作者：黄庆福

[导读] 摘要：为了精确计算地铁迷流从而采取有效的防护措施，本文建立了有限元的数学模型并且设定相应的求解边界条件，结合福州地铁一号线的具体情况

（中土集团福州勘察设计研究院有限公司福建福州 350000）

摘要：为了精确计算地铁迷流从而采取有效的防护措施，本文建立了有限元的数学模型并且设定相应的求解边界条件，结合福州地铁一号线的具体情况，利用ANSYS建立地铁迷流场的三维有限元模型并进行仿真计算，得到求解域内各个点的电位值，从而得到各个剖面的等电位曲线图。根据计算结果，分析了地铁迷流的影响因素，同时根据VDE0150的规定与所求出的等值线图相结合就可以确定杂散电流的防护范围，该方法充分利用了三维有限元求解复杂边界条件问题的准确性并且可以对地铁迷流的防护具有较大的现实意义。

关键词：三维有限元法；地铁迷流；防护措施；影响因素

1 引言

我国城市轨道交通电力机车大部分采用直流牵引供电方式，牵引变电所、接触网和钢轨构成直流牵引供电系统，钢轨作为回流轨，电流经电力机车后经钢轨流回至牵引变电所，然而钢轨和大地之间做不到完全绝缘，部分电流会由钢轨泄漏到大地形成地铁迷流。地铁迷流场将对轨道附近的金属管网、道床内钢筋、隧道内钢筋以及其他埋地金属发生电化学腐蚀，严重影响城市轨道交通的正常运行，甚至会产生跨步电压及接触电压从而威胁到人身安全。

目前，地铁迷流的计算模型大部分采用将整个系统近似等效为线性电路模型，该模型的建立与仿真均是处于理想条件下，只能求解出钢轨上的电位分布并大致分析迷流的影响因素，不能得到土壤域及隧道周围的电位分布情况。另一方面，在复杂结构和地质条件下，其推算过程较为复杂，而且不能精确的确定迷流场的情况。而这正是目前地铁迷流防护工程亟待解决的难题，因此需要建立一种更趋于实际的可靠的计算模型。三维有限元法在求解复杂环境下的场域问题具有很高的准确性，能够有效解决复杂边界条件下的数值计算问题。实际地铁迷流场的计算域边界形状复杂多变，故利用有限元法分析地铁迷流场能够有效解决传统采用电路元件分析方法的缺点，其更能真实准确地反应迷流的分布情况从而采取更有效的防护措施。

2 地铁迷流场三维有限元计算模型

2.1 计算模型

福州地铁一号线供电系统采用110/35kV两种电压等级集中供电方式，在茶亭站和黄山站各设一座110/35kV主变电所，牵引电压等级为DC1500V，动力照明用电及牵引供电系统共用35kV环网供电，全线设置13座降压变电所、4座跟随式变电所以及11座牵引降压混合变电所。地铁行车区间隧道类型采用暗挖盾构型。

福州地铁盾构型隧道结构如图2.1所示，隧道结构各部分尺寸在图中标示。

图2.1 盾构型地铁隧道结构图（单位：m）

根据实际地铁隧道结构尺寸及周围环境，如图2.2所示为地铁迷流场计算域断面图。图中土壤域100×60m，计算长度1.5公里，隧道埋深10m。，图中介质1-4的厚度分别为5m、15m、10m和30m。为了简化计算，钢轨截面等效为两个0.15×0.176m的长方形，且两根钢轨相距1435mm。

2.2 求解方程及边界条件

在体电流密度为j的空间导体内任取一闭合曲面S，根据闭合曲面S在单位时间内流出的电量，等于闭合曲面S所包围的体积V在单位时间里减少的电荷量的电荷守恒定律，在恒定电场中，电场和电荷不随时间改变，则电流连续性方程的微分形式：

基于有限元的电磁场仿真与数值计算介绍

鼠笼异步电动机磁场的有限元分析摘要鼠笼异步电动机具有结构简单、价格低廉、运行可靠、效率较高、维修方便等一系列的优点，在国民经济中得到广泛的应用。工业、农业、交通运输、国防工程以及日常生活中都大量使用鼠笼异步电动机。随着大功率电子技术的发展，异步电动机变频调速得到越来越广泛的应用，使得鼠笼异步电动机在一些高性能传动领域也得到使用。鼠笼异步电动机可靠性高，但由于种种原因，其故障仍时有发生。由于电动机结构设计不合理，制造时存在缺陷，是造成故障的原因之一。对电机内部的电磁场进行正确的磁路分析，是电机设计不可或缺的步骤。利用有限元法对电机内部磁场进行数值分析，可以保证磁路分析的准确性。本文利用Ansys Maxwell软件，建立了鼠笼式异步电机的物理模型，并结合数学模型和边界条件，完成了对鼠笼式异步电动机的磁场仿真，得到了物理模型剖分图，磁力线和磁通分布图，为电机的进一步设计研究提供了依据。关键词：Ansys Maxwell；鼠笼式异步电机；有限元分析

一、前言当电机运行时，在它的内部空间，包括铜与铁所占的空间区域，存在着电磁场，这个电磁场是由定、转子电流所产生的。电机中电磁场在不同媒介中的分布、变化及与电流的交链情况，决定了电机的运行状态与性能。因此，研究电机中的电磁场对分析和设计电机具有重要的意义。在对应用于交流传动的异步电机进行电磁场的分析计算时，传统的计算方法因建立在磁场简化和实验修正的经验参数的基础之上，其计算精度就往往不能满足要求。如果从电磁场的理论着手，研究场的分布，再根据课题的要求进行计算，就有可能得到满意的结果。电机电磁场的计算方法大致可以分为解析法、图解法、模拟法和数值计算法。数值解法是将所求电磁场的区域剖分成有限多的网格或单元，通过数学上的处理，建立以网格或单元上各节点的求解函数值为未知量的代数方程组。由于电子计算机的应用日益普遍，所以电机电磁场的数值解法得到了很大发展，它的适用范围超过了所有其它的解法，并能达到足够的精度。对于电机电磁场问题，常用的数值解法有差分法和有限元法两种。用有限元法时单元的剖分灵活性大，适用性强，解的精度高。因此我们采用有限元法对电机电磁场进行数值计算。 Maxwell2D 是一个功能强大、结果精确、易于使用的二维电磁场有限元分析软件。在这里，我们利用Ansys的Maxwell2D 有限元分析工具对一个三相四极电机进行有限元分析，构建鼠笼式异步电机电动机的物理模型，并结合电机的数学模型、边界条件进行磁场分析。

三维有限元法计算过程

三维有限元法计算过程三维有限元法的计算过程： 1）网格单元剖分； 2）线性插值； 3）单元分析； 4）总体刚度矩阵合成； 5）求解线性方程组等部分组成。一、偏微分方程对应泛函的极值问题矿井稳恒电流场分布示意图主要任务是分析在给定边界条件下，求解稳定电流场的Laplace 方程或Poisson方程的数值解，即三维椭圆型微分方程的边值问题：

) ()((0)(0 )()()(000z z y y x x I F u n u n u F z u z y u y x u x Lu w D ---=???? ?????=+??=??=????+????+????≡ΓΓ+Γδδδγσσσ 上述微分方程边值问题等价于下面泛函的极小值问题： dS U dxdydz fU z U y U x U U J w D ?????Γ+Γ+ΓΩ +-??+??+??=222221 }])()()[(2{][γσσ 二、网格剖分 ∞1 ρi i h ρ......... ... 1、网格单元的类型图2-5 网格单元类型 2、网格单元剖分原则及其步长选择因此，网格内的单元剖分应按以下剖分原则 1）、各单元节点（顶点）只能与相邻单元节点（顶点）重合，而

不能成为其它单元内点； 2）、如果求解区域对称，那么单元剖分也应该对称； 3）、在场变化剧烈的区域网格剖分单元要密一些，在场变化平缓的区域单元密度应小。 4）、网格单元体的大小变化应逐步过渡。根据上述剖分原则，以x 、y 、z 坐标轴原点o 为中心，分别向x 、y 、z 方向的两侧作对称变步长剖分，距o 越远，步长应越大。常用的变步长方法有： c i x x i i )1(1+=?-?+ c x x i i =??+/1(i ≠0) c x x i i =?-?+1 1 1(i ≠0) 以上各式中c 为常数，1+?i x 、i x ?为同一坐标轴上相邻步长值。以x 方向为例，可知，x 正方向与负方向对称，只相差一负号。若令00=?x ，只要给出距原点最近节点的坐标1x ?，由上式即可求出其它相应的步长i x ?。同理可求得y 、 z 方向上的变步长i y ?、i z ?。 3、网格剖分方法图2-6 平面内节点编号示意图

三维仿真火灾场景复原系统

三维仿真火灾场景复原系统产品简介三维仿真火灾场景复原系统实现三维仿真地理信息数据与消防专题信息无缝整合，是由三维数字化图形仿真软件和360°全自动机器人拍摄系统组成。是北京金视和科技股份有限公司集十几年来图形图像和三维仿真领域的尖端科研成果，并结合多年来对消防系统的调研数据进行定制化开发的解决方案。在产品开发过程中，公司聘请多位火灾现场勘查技术专家作为技术顾问团队，通过全国各地消防部门对火灾事故现场模拟复原分析系统多年的使用意见和反馈信息，不断将产品完善改进至今。开发背景为减少人员伤亡、财产损失，提高在特殊火灾和灾害事故处置行动中的成功率，除了加强消防队伍建设和装备建设，更重要的是加强培训基地和模拟训练设施建设，推动训练手段的模拟化和训练场地的基地化。因此很有必要建设一套能逼真地模拟真实火灾环境的消防训练系统。适用于火灾事故现场全景重建、三维重建、现场痕迹物证提取和保存、现场图像绘制以及火灾事故过程分析等环节的规范操作，满足了消防系统对于火灾事故现场绘图、现场三维重建和火灾事故过程模拟分析等标准化工作流程的需求。产品特点 1、案发现场360度全景数据全自动采集可以将案发现场图像最终以360°全景图像的形式呈现，并且全景图像中无拼缝或拼接瑕疵。同时在全景中具有方位罗盘定向功能，来确定方向或导航。 2、可结合地理信息系统全方位呈现案发现场可结合案发现场的地图信息（谷歌地图和百度地图等地图信息系统），同时还可将案发现场全景图与之相关联，全方位呈现案发现场。 3、鼠标拖拽创建逼真的人物动画模拟三维人物和车辆模型可以简单的创建过程动画模拟，动画创建过程简单快捷，用鼠标右键拖拽来设定人物动作路径，并且结合丰富的人物动作资源，来创建逼真的人物动画。在创建多个人物动画时，多个人物可以实时联动。

电磁仿真算中的有限元法

1电磁仿真算法中的有限元法 1.1常规的电磁计算方法简介从上世纪50年代以来,伴随着计算机技术的进步,电磁仿真算法也蓬勃发展起来,这其中主要包括:单矩法、矩量法和有限元法等属于频域技术的算法; 传输线矩阵法、时域积分方程法以及时域有限差分法等属于时域技术的算法。除了这些以外, 还有属于高频技术的集合衍射理论等。本文根据国内外计算电磁学的发展状况,对日常生活中比较常用的电磁计算方法做了介绍,并对有限元法做了重点说明。 ⑴矩量法矩量法属于电磁场的数值计算方法中频域技术的一种, 它的基本原理是利用把待解的微积分方程转化成的算子方程, 然后将由一组线性组合表示的待求函数代入第一步中的算子方程, 然后将算子方程转化成矩阵方程, 最后再通过计算机进行大量的数值计算从而得到数值结果。该方法在求解非均勻和不规则形状对象时,面很广,但会生成病态矩阵,所以会在一定程度上受到限制。矩量法的特点就是适用于求解微积分方程, 并且求解方法统一简单。但缺点就是会占用大量计算机内存,影响计算速度。 (2)单矩法单矩法是一种解析方法和数值方法相结合的混合数值算法法,该方法的关键在于,如何合理的选择一个球面最小的半径,使得能够将分析对象的结构全部包含在内,以便将内外场进行隔离。外边的散射场单独使用其他函数表示,而包围的内部区域使用有限元法亥姆赫兹(Helmholtz)方程。此方法对于计算复杂形体乃至复杂埋入体内的电磁散射是种极为有效的手段。 (3)时域有限差分法时域有限差分法(FDTD）近几年来越来越受到各方的重视, 因为一方面它处理庞大的电磁福射系统方面和复杂结构的散射体时很突出,另外一方面则在于它不是传统的频域算法, 它是种时域算法, 直接依靠时间变量求解麦克斯韦方程组,可以在有限的时间和体积内对场进行数据抽样, 这样同时也能够保证介质边界

db-dcz21城市轨道交通ats虚拟实训系统

DB-DCZ21城市轨道交通ATS（OCC）虚拟实训系统建设方案上海顶邦教育设备有限公司

目录一、概述..................................................... 错误!未定义书签。二、系统实训岗位设置......................................... 错误!未定义书签。三、系统实训功能............................................. 错误!未定义书签。 1.列车进路控制功能 ...................................... 错误!未定义书签。 2. 行车信息显示功能 ..................................... 错误!未定义书签。 3. 列车运行图/时刻表的编辑和管理功能 .................... 错误!未定义书签。 4. 列车运用计划及车辆管理功能 ........................... 错误!未定义书签。 5.列车运行的调整功能 .................................... 错误!未定义书签。 6.站台发车指示信息显示功能 .............................. 错误!未定义书签。 7.运营记录与统计报表功能 ................................ 错误!未定义书签。 8．故障报警功能 ......................................... 错误!未定义书签。 9.故障模拟功能 .......................................... 错误!未定义书签。 10.考核功能 ............................................. 错误!未定义书签。 11.单机操作功能 ......................................... 错误!未定义书签。 12.联机操作功能 ......................................... 错误!未定义书签。四、系统拓扑图............................................... 错误!未定义书签。五、系统采用的规范和适用标准................................. 错误!未定义书签。六、系统技术要求和参数....................................... 错误!未定义书签。 1.总体功能要求 .......................................... 错误!未定义书签。 2.控制中心模拟子系统（ATS）软件 ......................... 错误!未定义书签。 ATO模拟子系统软件....................................... 错误!未定义书签。

有限元分析软件比较分析

有限元分析软件有限元分析是对于结构力学分析迅速发展起来的一种现代计算方法。它是50 年代首先在连续体力学领域--飞机结构静、动态特性分析中应用的一种有效的数值分析方法，随后很快广泛的应用于求解热传导、电磁场、流体力学等连续性问题。有限元分析软件目前最流行的有：ANSYS、ADINA、ABAQUS、MSC 四个比较知名比较大的公司，其中ADINA、ABAQUS 在非线性分析方面有较强的能力目前是业内最认可的两款有限元分析软件，ANSYS、MSC 进入中国比较早所以在国内知名度高应用广泛。目前在多物理场耦合方面几大公司都可以做到结构、流体、热的耦合分析，但是除ADINA 以外其它三个必须与别的软件搭配进行迭代分析，唯一能做到真正流固耦合的软件只有ADINA。ANSYS是商业化比较早的一个软件，目前公司收购了很多其他软件在旗下。ABAQUS专注结构分析目前没有流体模块。MSC是比较老的一款软件目前更新速度比较慢。ADINA是在同一体系下开发有结构、流体、热分析的一款软件，功能强大但进入中国时间比较晚市场还没有完全铺开。结构分析能力排名：ABAQUS、ADINA、MSC、ANSYS 流体分析能力排名：ANSYS、ADINA、MSC、ABAQUS 耦合分析能力排名：ADINA、ANSYS、MSC、ABAQUS 性价比排名：最好的是ADINA，其次ABAQUS、再次ANSYS、最后MSC ABAQUS 软件与ANSYS 软件的对比分析： 1．在世界范围内的知名度：两种软件同为国际知名的有限元分析软件，在世界范围内具有各自广泛的用户群。ANSYS 软件在致力于线性分析的用户中具有很好的声誉，它在计算机资源的利用，用户界面开发等方面也做出了较大的贡献。ABAQUS软件则致力于更复杂和深入的工程问题，其强大的非线性分析功能在设计和研究的高端用户群中得到了广泛的认可。由于ANSYS 产品进入中国市场早于ABAQUS，并且在五年前ANSYS 的界面是当时最好的界面之一，所以在中国，ANSYS 软件在用户数量和市场推广度方面要高于ABAQUS。但随着ABAQUS北京办事处的成立，ABAQUS软件的用户数目和市场占有率正在大幅度和稳步提高，并可望在今后的几年内赶上和超过ANSYS。 2．应用领域：ANSYS 软件注重应用领域的拓展，目前已覆盖流体、电磁场和多物理场耦合等十分广泛的研究领域。ABAQUS 则集中于结构力学和相关领域研究，致力于解决该领域的深层次实际问题。 3．性价比：ANSYS 软件由于价格政策灵活，具有多种销售方案，在解决常规的

ANSYS有限元分析二维静态磁场仿真

一周总结报告一、ANSYS学习 1.学习情况目前正在边看书籍边操作ANSYS系统，已经了解了ANSYS的基本操作系统以及ANSYS 分析过程的三大步骤，大体上知道了它的整个工作流程。目前正在深入仔细学习每一部分的详细步骤。现在已经学习了ANSYS有限元分析典型步骤、实体建模、网格划分、创建有限元模型，正在学习加载和求解这一部分。 2.理论知识 (1)网格划分与创建有限元模型 ①设置单元属性，包括： a.选择单元类型，如常用的有PLANE13，PLANE53，INFIN110；在Element Type中设置； b.设置单元实常数，如线圈横截面积、匝数、导体填充率等； c.设置材料属性，如泊松比、材料密等； d.设置单元坐标系统。 ②通过网格划分工具设置网格划分属性包括： a.单元属性分配设置，作用是在网格划分之前为模型(包括实体和有限元模型)分配单元属性； b.智能划分水平控制； c.单元尺寸控制，单元尺寸的意思是单元边的长度。 ③实体模型的划分 ANSYS有两种方式对实体模型进行网格划分。映射网格划分方法：最大特点就是必须使用形状规则的单元划分，对于面对象必须使用三角形单元或四边形单元，对于体对象只能使用六面体单元。故划分对象必须形状规则。不是任何形状的对象都能用映射网格划分。 (2)加载和求解有限元分析的主要目的在于得到系统在特定激励源和边界条件下的响应。这些激励以及边界条件统称为载荷。所以载荷包括边界条件和激励。磁场分析中常见的载荷有磁势、磁通量边界条件等。载荷分为六大类：自由度约束、集中力载荷、面载荷、体载荷、惯性载荷以及耦合场载荷。关于载荷步、子步和平衡迭代，通过阅读理论知识自己的理解的总结是：一个实际加载过程需要多次施加不同的载荷才能满足要求，每一步就称为一个载荷步。一个载荷步可以通过多个子步来逐渐施加。平衡迭代用于考虑收敛的非线性分析。 3.仿真结果目前按照教程的步骤将ANSYS从建立模型到加载求解再到查看后处理器的整个分析过程大体操作了一遍，目的就是先通过简单模型熟练ANSYS的整体操作。最终的分析结果如图所示。 4.下周计划 (1)学习ANSYS通用后处理器以及时间历程后处理器； (2)目前只是跟着书上的步骤可以进行操作，还得进一步熟练； (3)目前主要是用GUI方式进行，下一步要更加熟练使用命令流的操作方式。

有限元分析在结构分析和计算机仿真中的应用

第20卷增刊重庆交通学院学报2001年11月VoI.20Sup.JOURNAL OF CHONGOING JIAOTONG UNIVERSITY NoV.， ! !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 2001文章编号：1001-716 （2001）S0-0124-03 有限元分析在结构分析和计算机仿真中的应用" 韩西，钟厉，李博（重庆交通学院结构工程部级重点实验室，重庆400074）摘要：简要论述了有限元分析方法在结构分析和计算机仿真的发展趋势和应用情况. 关键词：有限元分析；结构分析；计算机仿真中图分类号：TU311.41文献标识码：B 自1943年数学家Courant第一次尝试应用定义在三角形区域上的分片连续函数的最小位能原理求解St.Venant扭转问题以来，许多数学家、物理学家和工程师由于各种原因都涉及过有限单元的概念.但由于即使一个小规模的工程问题，用有限元分析都将产生较大的计算工作量.直到1960年后，随着计算机技术的发展，有限元分析这门特别依赖数值计算的学科才真正进入了飞速发展阶段.到目前为止，有限元法已成为最强有力的数值分析方法之一，在固体力学、流体力学、机械工程、土木工程、电气工程等领域得到了广泛的应用.由于其所涉及问题和算法基本上全部来源于工程实际、应用于工程中，其解决工程实际问题的能力愈来愈强.由于计算机技术作为有限元分析的计算平台和应用支撑工具，故有限元分析成为CAE（Computer Aided Engineering，计算机辅助工程）这一学科类的主要研究内容.与此同时，由于有限元分析所建模型具有和实际结构相对应的几何、材料、力学特性，对实际结构具有“真实”的模拟特性，和单纯的几何仿真有着本质的区别，所以可以称之为“真实的仿真”（ReaIity SimuIation），可以想象，其模型和计算的数据量将比单纯的几何仿真要大得多，当前，计算机并行多处理器技术正迅猛发展，如SGI OONU-MA体系使计算能力达到工程应用水平，极大地促进了有限元分析计算的发展［2］. 1现状与发展趋势 1.1现状 1956年，Tuner，CIough等人将刚架位移法推广应用于弹性力学平面问题，并用于分析飞机结构，这是现代有限元法第一次成功的尝试.他们第一次给出了用三角形单元求解平面应力问题的正确解答，其研究工作打开了利用计算机求解复杂平面问题的新局面.1963~1964年，BesseIing、MeIosh 和Jones等证明有限单元法是基于变分原理的Ritz 法的另一种形式，从而使Ritz分析的所有理论基础都适用于有限元法，确认了有限元法是处理连续介质问题的一种普遍方法. 几十年来，有限元法的应用已由弹性力学平面问题扩展到空间问题、板壳问题，由静力平衡问题扩展到稳定问题、动力问题和波动问题；分析的对象从弹性材料扩展到塑性、粘塑性和复合材料等；从固体力学扩展到流体力学、传热学等连续介质力学领域.在工程分析中的作用已从分析比较扩展到优化设计并和CAD（计算机辅助设计）结合越来越紧密. 有限元分析理论的逐步成熟主要经历了60年代的探索发展时期，70~80年代的独立发展专家应用时期和90年代与CAD相辅相成的共同发展、推广使用时期. 有限元分析作为一种强有力的数值分析方法，在结构分析和仿真计算中有着极大的应用价值.目前，结构仿真中的静力分析、动力分析、稳定性计 "收稿日期：2001-03-19 作者简介：韩西（1964-），男，重庆人，工学博士，副教授，主要从事振动工程、结构损伤识别、结构动力及计算机仿真分析研究.

医学护理三维虚拟仿真系统

医学护理虚拟仿真系统 1.产科护理虚拟仿真软件 1）四步触诊：可以完整、清楚地展示四步触诊的步骤，从多个模式、多个方位对操作步骤逐一进行观看，例如，在透视模式下可以显示出子宫内胎儿情况。 2）平产接生：从接产前准备到接产步骤：完整、清楚地展示平产接生的步骤，从多个模式、多个方位对操作步骤逐一进行观看，例如，可以通过三维交互操作，身临其境地练习接生手法。 3）人工流产：完整、清楚地展示人工流产的操作步骤，从多个模式、多个方位对操作步骤逐一进行观看，例如，在剖视模式下可以直观显示出器械在阴道和子宫内部的具体情况。 4）影响产妇的四个因素：可以完整、清楚地展示产力（子宫收缩力、腹壁肌及膈肌收缩力、肛提肌收缩力），产道，胎儿的相互关系，从多种模式、多个方位观看相关肌肉收缩情况。

5）臀位助产：完整、清楚地展示臀位助产的操作步骤，从多个模式、多个方位对操作步骤逐一进行观看，例如，在透视模式下可以显示出胎儿与子宫的变化关系。 6）分娩机制：在原理模式下，可以清楚了解每个步骤胎头各相应径线和骨盆入口平面、中骨盆平面及出口平面的相互关系。可以观察到胎头的前囟门和后囟门。 2.基础护理三维仿真软件 1）心肺复苏：可以完整、清楚、准确地展示心肺复苏的步骤，从多个模式、多个方位对操作步骤逐一进行观看，例如，可以在三维透视模式下显示病人心肺内部三维结构的变化情况。

2）留置导尿术：通过三维泌尿系统和导尿管真实模拟出导尿管在尿道内的位置关系和运动反馈；例如，可以在透视和剖视模式下观看导尿管通过尿道的过程。 3）静脉输液：可以完整、清楚、准确地展示对患者的评估核对，七步洗手法洗手，戴口罩，用物准备，操作过程。可以从多个方位观看如何选静脉，如何持针、如何插针，如何固定，如何拔针等，例如可以在三维透视模式下查看静脉内部结构，针头与静脉的位置关系等。 4）鼻饲法：通过三维消化系统和导管真实模拟出导管在体内的位置距离，吞咽时食道的变化，误插入管，患者出现的咳嗽、呼吸困难、发绀的症状；例如，可以在透视和剖视模式下观看口腔和食道内的插管过程。福建水立方三维数字科技有限公司是一家专注于虚拟仿真/VR/AR/MR技术在医学护理领域应用软件及系统的研发和推广的高新技术企业。公司专注于助产、护理、基础医学、中医学等医学三维虚拟仿真技术的研发。公司的主要产品（服务）包括：提供VR虚拟现实系统、MR/AR系统、3D交互墙、大型Cave系统等解决方案，构建实验教学平台、微创手术系统、教育培训系统、虚拟仿真平台。公司为福建省高新技术企业，也是目前国内首家的集VR/AR临床医学培训+解决方案+平台建设于一体的高新技术企业。“公司自成立以来，已相继研发出"

地铁信号设备仿真模拟演练系统

地铁信号及车辆设备仿真模拟演练系统技术说明一、软件平台构成及功能 1、软件平台构成本软件平台由“服务器管理子系统”、“客户端子系统”、“系统专用浏览器系统”，共三个子模块组成。（1）服务器管理子系统功能：服务器数据库配置，管理服务配置，任务安排配置。（2）客户端子系统功能：模型数据、静态数据库、动态数据库及各类效果插件。（3）系统专用浏览器模块功能：保证大容量的三维数据高速浏览，可靠地传输，实时信息加密，实现特殊光影效果。 2、系统功能本系统采用虚拟现实技术、全网络覆盖、全三维交互仿真地铁信号及车辆设备的原理、动作过程，模拟现场设备动作，真实再现现场环境，代替地铁信号及车辆实验设备，主要用于我国地铁现场职工、高等院校、研究机构、培训机构关于对地铁信号及车辆系统的教育培训，从而缓解地铁培训机构压力。城市轨道交通正在我国迅速发展。由于目前地铁的密度大，相应的安全标准要求极高。地铁信号及车辆系统存在设备结构复杂、维修

时间紧迫、现场演练困难、维修人员缺乏经验、缺乏相关标准维修流程等问题。传统的职工培训模式完全不适用于现有地铁的培训。使VR-T仿真系统成为解决国内地铁现场培训问题的最先进方式，替代现有传统职工培训模式。以下是系统功能体系图：本套软件具有以下鲜明特色：（1）研究地铁信号及车辆设备（转辙机，信号机，计算机联锁设备，车辆）工作原理，日常维护作业程序，提出仿真模拟演练系统实现方案。（2）研制了智能化的VR-T专业浏览器，用于本软件平台的专门应用。（3）用计算机实现地铁信号及车辆设备操作的完全三维软件仿真，从而节约成本，无需建实验室。（4）在局域网环境下，实现多用户任意计算机终端登陆后，都可以使用本系统的全部仿真功能。

ansys有限元计算

1.1 课程设计的意义、目的 1）ANSYS模态分析用于确定设计结构或机器部件的振动特性（固有频率和振型），即结构的固有频率和振型，他们是承受动态载荷的重要参数，也可作为其他动力学分析的起点，是进行谱分析或模态叠加法普响应分析或瞬态动力学分析所必需的前期分析过程。模态分析在动力学分析过程中必不可少的一个步骤，在谱响应分析、瞬态动力学分析的分析过程中均要求先进行模态分析才能进行其他步骤。 2）根据课堂讲授内容，学生做相应的自主练习，消化课堂所讲解的内容；通过调试典型例题或习题积累调试ANSYS程序的经验；通过完成课程设计中中的编程题，逐渐培养学生的编程能力、用ANSYS解决实际问题的能力。 1.2课程设计研究的内容求解外受两端压力带孔薄板的系统或局部的位移、应变、应力。 ANSYS详细设计步骤 1问题分析如图所示，E=30e6,两端压力100，中心孔内线压分布力500向外。中心孔直径为5。板厚为1。

基于ANSYS分析的简要步骤 (1)启动ANSYS，进入ANSYS界面。 (2)定义工作文件名 GUI : Utility Menu > File > Change Jobname 单击Utility Menu菜单下File中的Change Jobname按钮，会弹出Change Jobname对话框，输入有限元分析作为工作文件名，单击Ok。 (3)定义分析标题 GUI:Utility Menu > File > Change Title 在弹出的对话框中，输入cui作为分析标题，单击OK。 (4)重新显示 GUI: Utility Menu>Plot>Replot 单击该按钮后，所命名的分析标题和工作文件名会出现在ANSYS中。 (5)选择分析类型在弹出的对话框中，选择分析类型，由于此例属于结构分析，故选择Structural 这一项，单击OK。 (6)定义单元类型 GUI:Main Menu > Preprocessor > Element Type > Add/Edit/Delete 单击弹出对话框中的Add按钮，弹出单元库对话框，在材料的单元库中选择Plane82单元。即在左侧的窗口中选取Solid单元，在右侧选择8节点的82单元，然后单击OK。

三维有限元方法-为一种新型的研究方法,是利用数学的形式概括事件的各种条件和性能

三维有限元方法-为一种新型的研究方法，是利用数学的形式概括事件的各种条件和性能三维有限元方法-为一种新型的研究方法，是利用数学的形式概括事件的各种条件和性能，并进行重复分析计算的研究方法。有限元数值模型分析技术将现代数学、力学的基础理论与有限元分析技术、计算机图形学和优化技术相结合，具有丰富、完善的单元库、材料模型库和求解器，可利用数值模拟技术高效求解各类结构动力、静力和线性、非线性问题。将其应用于骨科领域，可以更好的进行各种骨科生物力学分析，对各种生物力学强度进行数值模拟分析，较精确地掌握各点的受力情况，了解内部应力应变的分布规律，获得应力应变分布图等，从而更好的指导临床治疗。学术术语来源—— 锁骨中段骨折修复：重建钢板前置与上置的生物力学差异文章亮点： 1 文章结果显示，不论怎样的载荷条件，骨折断端均会存在一定的应力。而且，前置位和上置位不同内固定方式对骨折端愈合的影响方面不存在明显差别，但在骨折断端应力和内固定应力方面，前置位均显著大于上置位。即提示，较之上置位，前置位固定具有更明显的应力集中效应。 2 临床对锁骨中段骨折进行修复的过程中，利用不同重建钢板位置进行内固定修复会产生不同的生物力学情况。其中，较之重建钢板上置内固定，前置内固定修复效果更佳，是一种较为可靠的治疗方法。 3 文章仅对不同重建钢板位置的内固定效果进行了分析研究，并未考虑到不同骨折类型力学特性以及不同钢板类型等因素的影响。并在研究过程中假设螺钉为圆形杆，因此最终的研究结果可能存在导致内固定装置最大等效应力下降的情况，计算精确度存在一定的误差。另外，文章中对所使用的各种生物材料的力学特性均进行了假设，与客观情况存在较大的差异。因此，文章还存在一定的不足之处，还需要在今后的研究中不断予以完善，以提高研究结果的准确性和可信性，更好的为临床治疗提供可参考的依据。关键词：

消防人员三维仿真模拟培训系统

消防人员三维仿真模拟培训系统一、产品简介消防人员三维仿真模拟培训系统实现三维仿真地理信息数据与消防专题信息无缝整合，是由三维数字化图形仿真软件和360°全自动机器人拍摄系统组成。是北京金视和科技股份有限公司集十几年来图形图像和三维仿真领域的尖端科研成果，并结合多年来对消防系统的调研数据进行定制化开发的解决方案。在产品开发过程中，公司聘请多位火灾现场勘查技术专家作为技术顾问团队，通过全国各地消防部门对火灾事故现场模拟复原分析系统多年的使用意见和反馈信息，不断将产品完善改进至今。二、开发背景为减少人员伤亡、财产损失，提高在特殊火灾和灾害事故处置行动中的成功率，除了加强消防队伍建设和装备建设，更重要的是加强培训基地和模拟训练设施建设，推动训练手段的模拟化和训练场地的基地化。因此很有必要建设一套能逼真地模拟真实火灾环境的消防训练系统。适用于火灾事故现场全景重建、三维重建、现场痕迹物证提取和保存、现场图像绘制以及火灾事故过程分析等环节的规范操作，满足了消防系统对于火灾事故现场绘图、现场三维重建和火灾事故过程模拟分析等标准化工作流程的需求。三、产品特点 1、案发现场360度全景数据全自动采集可以将案发现场图像最终以360°全景图像的形式呈现，并且全景图像中无拼缝或拼接瑕疵。同时在全景中具有方位罗盘定向功能，来确定方向或导航。 2、可结合地理信息系统全方位呈现案发现场可结合案发现场的地图信息（谷歌地图和百度地图等地图信息系统），同时还可将案发现场全景图与之相关联，全方位呈现案发现场。 3、鼠标拖拽创建逼真的人物动画模拟三维人物和车辆模型可以简单的创建过程动画模拟，动画创建过程简单快捷，用鼠标右键拖拽来设定人物动作路径，并且结合丰富的人物动作资源，来创建逼真的人物动画。在创建多个人物动画时，多个人物可以实时联动。 4、海量专业的三维模型资源库（达两万多种三维模型资源）系统涵盖专业的三维模型资源库，涵盖生活中的所能遇到的室内和室外基本物品，数量在2万种模型以上，可以实时的用鼠标拖拽添加到系统中，并且可以根据现场图像的比例进行旋转，移动和缩放。 5、三维模型与真实现场图像增强现实融合可以将三维模型资源库中的人物、车辆、物品等模型直接拖拽到全景图中，并且可以对人物和车辆进行动画的创建，基于真实的案发现场图像模拟案发过程。 6、三维立体现场门、窗一键快速自动生成在三维立体案发现场中可以根据现场实际需要，在创建的墙体上任意添加门和窗，并且可以设定门窗的位置、高度、宽度、数量等。四、适用人群

5.3 三维静磁场的有限元分析

5.3 三维静磁场的有限元分析 5.3.1 边值问题以标量磁位m ?表示的无源区磁场的边值问题与电位的拉普拉斯边值问题的数学表达形式完全一样，可以如前节所述的有限元分析。在此，考虑有电流存在以矢量磁位A 作为待求变量的有限元分析。设在线性媒质中，磁场满足的边界条件：边界1S 面上有0A A =，在边界S 2面上取某种形式的对称面作为第二类齐次边界，在该面上磁场强度H 的切向分量为零： ()0=???=?n m n e A e H γ，有如下边值问题： ()()??? ??∈=???∈=∈=????2 10 s s V n m m e A A A J A γγ 5.3.2 场域剖分与插值对于求解场域V ，根据其形状和场的定性分布，选择合适的单元(例如四面体单元)，进行场域剖分，得到0Z 个单元、0N 个节点。在单元e 内，对位函数A 进行插值。若采用四面体单元： ∑ == 4 1 j j e j N A A ~ 式中e j N 是单元形状函数，分量形式 z j zj e j y j yj e j x j xj e j z z y y x x A N A N A N A A A e e e e ~ e ~e ~A ~??? ? ? ?+ ???? ? ?+ ???? ? ?=++=∑ ∑ ∑ ===4 1 4 1 4 1 以矩阵表示磁矢量位A 在单元节点上的各分量 [][] ()z y x l A A A A A T l l l l e l ,,==43 21 ),,(][][~4 1 z y x l A N A N A e l T e j lj e j l ===∑=

模态分析有限元仿真分析学习心得

有限元仿真分析学习心得 1 有限元分析方法原理有限元分析（FEA，Finite Element Analysis）利用数学近似的方法对真实物理系统（几何和载荷工况）进行模拟。还利用简单而又相互作用的元素，即单元，就可以用有限数量的未知量去逼近无限未知量的真实系统。有限元法是随着电子计算机发展而迅速发展起来的一种工程力学问题的数值求解方法。20世纪50年代初，它首先应用于连续体力学领域—飞机结构静、动态特性分析之中，用以求得结构的变形、应力、固有频率以及阵型。由于其方法的有效性，迅速被推广应用于机械结构分析中。随着电子计算机的发展，有限元法从固体力学领域扩展到流体力学、传热学、电磁学、生物工程学、声学等。随着计算机科学与应用技术的发展，有限元理论日益完善，随之涌现了一大批通用和专业的有限元计算软件。其中，通用有限元软件以ANSYS，MSC公司旗下系列软件为杰出代表，专业软件以ABAQUS、LS-DYNA、Fluent、ADAMS 为代表。 ANSYS作为最著名通用和有效的商用有限元软件之一，集机构、传热、流体、电磁、碰撞爆破分析于一体，具有强大的前后处理及计算分析能力，能够进行多场耦合，结构-热、流体-结构、电-磁场的耦合处理求解等。有限元分析一般由以下基本步骤组成： ①建立求解域，并将之离散化成有限个单元，即将问题分解成单元和节点； ②假定描述单元物理属性的形(shape)函数，即用一个近似的连续函数描述每个单元的解； ③建立单元刚度方程； ④组装单元，构造总刚度矩阵； ⑤应用边界条件和初值条件，施加载荷； ⑥求解线性或者非线性微分方程组得到节点值，如不同节点的位移； ⑦通过后处理获得最大应力、应变等信息。结构的离散化是有限元的基础。所谓离散化就是将分析的结构分割成为有限

城市轨道交通运营管理仿真实训系统

城市轨道交通运营管理仿真实训系统 ★城市轨道交通运营沙盘 (一)、城市轨道交通运营沙盘的总体功能 1.以微缩城市轨道交通设备模拟线路运行情况,可以实现线路上列车行车调度信号、指挥系统与调度系统的模拟训练。 2.能够模拟演示信号故障,演绎行车规则,训练行调与值班站长对事故处理的能力。 3.能够真实显示出操作列车运行图、列车闭塞、运行等;道岔能电控,库内调车。 4.列车运营沙盘的行车调度能反映城市轨道交通现场行车组织与相关设备之间的关联关系。通过编制调度指挥计划与下达控制系统指令,实现列车在模拟线路上运行,直观体现出各项行车组织作业与车站、线路、车辆等运输设备之间的关联关系,完成仿真实训系统制定的行车任务。 5.实训系统载体就是场站、行车、调度、信号等平台建设内容的集中体现,表现形式分为静态展示与动态演示两部分。静态展示形象地表示地形地貌、场景绿化、城市建筑、高架桥梁、山形隧道与河流水系等基础设施;动态演示就是指根据行车调度系统下达的计划,通过转化为控制系统指令,完成列车在实训系统载体上的调度运行控制,从而达到动态演示的目的。 6.车站控制设备训练系统就是城市轨道交通工程训练体系的重要组成部分,能帮助学生更直观、更感性的理解信号与行车调度的理论知识,加深调度与车辆之间协调的认识,同时利于学生在脑海中快速建立线路与车辆运行的立体图。 7.轨道交通综合调度控制仿真教学系统包括ATC实训系统、联锁仿真实训系统、城市轨道交通ATS系统、轨道交通运营沙盘信息系统等,可作为轨道交通运营沙盘综合实验教学平台。 8.轨道交通运输线路仿真实训系统:集成了常见的轨道交通固定及移动设备,可仿真城轨系统的运行过程,并可与轨道交通综合调度控制仿真教学系统集成,形成软硬件结合的一体化仿真实训平台。 9.系统提供教学组织管理功能,用于教师组织学生进行教学与实验。 10.系统性能满足连续工作时间不低于12小时,能够适应-10～50摄氏度及不高于85%相对湿度的环境。 11.具备为用户提供所有控制系统的通信及接口协议,所有控制及数据信号均能进入以太网的能力。 12.轨道交通列车运营沙盘在设计时统一布局,操作上能相互独立,也能相互关联。 13.地铁信号系统的车地通信采用无线通信技术,采用自由无线通信技术模拟实现。 14.实训系统台体模型及控制系统能为系统后续升级拓展提供接口与详细说明书。系统采用分布式仿真计算架构,可以采用可伸缩的部署方案,对于软件模块的部署没有工作站的划分限制。

基于Arena的港口泊位三维仿真系统的实现

第3卷第1期 System Simulation Technology V ol. 3, No.1 中图分类号：TP39 文献标识码：A 基于Arena 的港口泊位三维仿真系统的实现王永辉，胡青泥，舒宏 (大连理工大学机械工程学院，辽宁，116023) 摘要：本文在三维仿真软件Arena 3DPlayer平台上实现了港口泊位作业系统的三维动画仿真。首先分析了港口泊位作业系统并利用Arena对该系统进行了二维仿真模拟，然后给出该系统在Arena 3DPlayer平台上三维仿真动画的实现过程，最后总结了其中的关键技术。关键词：港口泊位；Arena；Arena 3DPlayer；三维仿真 Implementation of Berth 3D Animation Simulation System Based on Arena W ANG Yonghui, HU Qingni, SHU Hong (School of Mechanical Engineering, Dalian University of Technology, Liaoning, 116023) Abstract: The paper presents a 3D Simulation model of berth operation system in a container terminal using the Arena 3DPlayer. The author analyzes and models the berth operation system with Rockwell Arena, and animates the model with 2D animation tools, then, the working flow of 3D Simulation is proposed based on Arena 3DPlayer, finally, the key technology of Arena 3D simulation is summarized. Keywords: berth; Arena; Arena 3DPlayer; 3D simulation 1 引言港口泊位作业过程中存在着许多随机因素，运用系统仿真的方法可以对泊位营运过程进行模拟，通过对仿真输出结果的分析，决策得出在给定的岸线长度条件下，规划合理的泊位数量，用以提高岸线利用率，减少船舶等待时间。本文利用可视化仿真软件Arena及基于其上开发的Arena 3Dplayer，建立了港口泊位作业系统的仿真模型。该模型具有动画效果和交互功能，可实时演示港口泊位作业系统的服务过程并可以与使用者进行实时交互。2 港口泊位作业系统描述港口泊位作业系统的服务对象是集装箱船舶，服务设备是港口的所有设施，其中最主要的是供船舶停靠的泊位数量及其装卸设备。当集装箱船舶到港后,首先需要为其安排泊位，然后再配置相应的装卸设备资源以及堆场空间资源，以便进行装卸作业。由于泊位空间是港口的一种稀缺资源，因此，泊位配置问题是提高集装箱港口效率的关键点之一。所谓泊位配置问题，就是为到港的集装箱船舶指定适当的位置，供其靠泊作业，以减少船舶的在港时间，提高港口的运作效率。目前，集装箱港口的泊位配置大多是计划人员根据以往经验来安排，

有限元计算原理与方法..

1.有限元计算原理与方法有限元是将一个连续体结构离散成有限个单元体，这些单元体在节点处相互铰结，把荷载简化到节点上，计算在外荷载作用下各节点的位移，进而计算各单元的应力和应变。用离散体的解答近似代替原连续体解答，当单元划分得足够密时，它与真实解是接近的。 1.1. 有限元分析的基本理论有限元单元法的基本过程如下： 1.1.1.连续体的离散化首先从几何上将分析的工程结构对象离散化为一系列有限个单元组成，相邻单元之间利用单元的节点相互连接而成为一个整体。单元可采用各种类型，对于三维有限元分析，可采用四面体单元、五西体单元和六面体单元等。在Plaxis 3D Foundation 程序中，土体和桩体主要采用包含6个高斯点的15节点二次楔形体单元，该单元由水平面为6 节点的三角形单元和竖直面为四边形8节点组成的，其局部坐标下的节点和应力点分布见图3.1，图3.1 15节点楔形体单元节点和应力点分布界面单元采用包含9个高斯点的 8个成对节点四边形单元。在可能出现应力集中或应力梯度较大的地方，应适当将单元划分得密集些；

若连续体只在有限个点上被约束，则应把约束点也取为节点：若有面约束，则应把面约束简化到节点上去，以便对单元组合体施加位移边界条件，进行约束处理；若连续介质体受有集中力和分布荷载，除把集中力作用点取为节点外，应把分布荷载等效地移置到有关节点上去。最后，还应建立一个适合所有单元的总体坐标系。由此看来，有限单元法中的结构已不是原有的物体或结构物，而是同样材料的由众多单元以一定方式连接成的离散物体。因此，用有限元法计算获得的结果只是近似的，单元划分越细且又合理，计算结果精度就越高。与位移不同，应力和应变是在Gauss 积分点(或应力点)而不是在节点上计算的，而桩的内力则可通过对桩截面进行积分褥到。 1.1. 2. 单元位移插值函数的选取在有限元法中，将连续体划分成许多单元，取每个单元的若干节点的位移作为未知量，即{}[u ,v ,w ,...]e T i i i δ=，单元体内任一点的位移为{}[,,]T f u v w =。引入位移函数N (x,y,z )表示场变量在单元内的分布形态和变化规律，以便用场变量在节点上的值来描述单元内任一点的场变量。因此在单元内建立的位移模式为： {}[]{}e f N δ= （3-1）其中：12315[][,,......]N IN IN IN IN =，I 为单位矩阵。按等参元的特性，局部坐标(,,)ξηζ到整体坐标,,x y z （）的坐标转换也采用与位移插值类似的表达式。经过坐标变化后子单元与母单元(局部坐标下的规则单元)之间建立一种映射关系。不管内部单元或边界附近的单元均可选择相同的位移函数，则为它们建立单元特性矩阵的方法是相同的。因此，对于15节点楔形体单元体内各点位移在整体坐标系,,x y z （）下一般取：