1. 研究目的与意义

目的：1）了解编织型食管支架结构的几何特征和其工作特性；2）通过对CAE软件(ANSYS)的学习及使用，正确使用其对编织型食管支架进行建模、边界条件设置及计算结果的后处理；3）着重处理编织型食管支架的几何建模，获得合理的有限元力学模型。利用梁单元完成编织型食管支架的有限元模型的建立，了解支架的弯曲刚度和柔韧性及其与编织参数之间的关系，并用此结论来指导编织型食管支架的设计与优化；4）研究结果能证明有限元分析编织型食管支架的弯曲刚度和柔韧性是一种比较准确的数值模拟方法，能进一步利用CAE的理论去验证产品结构设计的合理性。

意义：随着市场竞争的日趋激烈，以ANSYS为代表的有限元分析及其CAE技术将得到更加充分的发展，而且不仅局限在工业设计，将渗透到人们生活的各个领域，从而实现设计过程的正规化、流程化和统一化，极大的提高效率，降低成本，并且确保产品的质量，提高企业的创新能力。

2. 国内外研究现状分析

经过三十年的发展，经历了从线框技术到曲面技术，再到参数化技术，直到目前的变量化技术，为cae技术的推广应用打下了坚实的基础。如今计算机技术的高速反展，极大地推动了相关学科研究和产业的进步。有限元，有线条，有限体积及有限差分法等方法与计算机技术的结合，诞生了新兴的跨专业和跨行业的学科分支。以ansys为代表的cae技术作为一项跨学科的数值模拟分析技术，越来越受到工程技术人员的重视。现在，国外在科学研究和工业化方面应用，cae技术已经达到了较高的水平，尤其在近20年，国外cae技术的开发和应用得到了高速发展和普遍应用。这一方面得益于计算机在高速化和小型化方面取得的重大成就，另一方面得益于通用分析软件诸如ansys等的推出及使用。工程师们通常使用有限元分析(fea)来研究飞机结构的强度和疲劳性能，使用显式分析(explicitanalysis)来研究鸟撞、材料加工和大变形问题，使用电磁分析(cem)预测电磁特性如雷达信号、电磁隐身等，使用流体动力学分析(cfd)来研究空气动力学、客舱通风(hvac)和喷气发动机性能(更加复杂的流体问题还包括传热、气动力、气动热、激波、燃烧、化学反应以及噪音源研究等)。另外，还使用多物理场耦合分析如流固耦合(fsi)研究气弹颤振问题等。即使是在有限元方法和cae仿真工具出现之前就已诞生的老式飞机，同样也可以借助ansys仿真重焕生机。ansys在航空喷气发动机和火箭发动机中的应用也有多年历史。在土木工程方面，civilfem是在ansys基础上二次开发的土木工程专用软件包，可用来研究钢、混凝土及岩土结构，如钢结构、房屋建筑、桥梁、大坝、洞室与隧道、地下建筑物等的受力、变形、稳定性及地震响应等情况，从力学计算、组合分析及规范验算与设计提出了全面的解决方案，为结构工程师提供了功能强大且方便易用的分析手段。总而言之，以ansys为代表的cae技术在国外被大规模使用，并且技术相当纯属，被应用在各个不同的领域。

随着国内经济的快速发展，中国企业正逐步从中国制造向中国创造转变。中国创造的核心就是提高企业的自主创新能力。目前很多企业为了进一步提升自主创新能力，开始使用有限元分析软件对产品进行分析建模和仿真，力图在设计阶段就发现创新产品的问题，从而降低产品成本，提高企业的创新能力。作为国内外应用最为广泛的有限元分析软件，ansys已经在国内拥有一定数量的用户。

虽然我国的发展较国外起步较晚，但是我国通过不懈的努力，建立了自己技术队伍，在许多领域开展了有限元分析以及cae技术的研究和应用。例如2003年6月，中航第一飞机研究院成功推出了国内首架飞机全机规模电子样机；还有众所周知的863项目中的月球表面探测机器人方案研究则运用虚拟样机技术构造虚拟月面计算仿真环境，并对涉及到的多项关键技术进行了深入研究，并取得了很好的成果。在工程机械领域cae技术已得到广泛而成功的应用，作为最全面、最有效也是全球用户数目最多的ansys软件在卡特皮勒caterpillar）、jcb、volvo、小松（komatsu）、bobcat、勒图尔勒（letourneau）、上海港机、振华港机和华南船机等国内外知名的工程机械厂的设计和制造中已得到广泛应用。卡特皮勒公司作为ansys的全面合作伙伴，其最新研究成果单铸钢臂前端装载992g型装载机，在设计阶段就应用ansys软件作为其最重要的分析评估手段，它比传统的双臂结构轻30％而强度不变。ansys的研究和开发一直是面向企业的，在工程机械领域拥有众多的用户，他们通过与ansys的合作，在新产品开发、老产品改造、加工工艺设计和优化方面得到了益处，通过ansys的虚拟样机仿真分析，企业缩短了新产品的开发周期、提高了产品的质量水平、降低了产品的原材消耗、完善了制造工艺技术等。ansys在装载机设计制造行业也有成熟的应用。

3. 研究的基本内容与计划

第1~3周资料收集，ansys等相关软件的安装，开题报告和文献综述的撰写。

第4~6周了解编织型食管支架结构的几何特征和其工作特性，能够使用正确的方法和设计手段对支架进行弯曲刚度和柔韧性的有限元分析。

第7~8周学习ansys的使用，正确对编织型食管支架进行建模、边界条件设置及计算结果的后处理。

4. 研究创新点

有限元分析编织型食管支架的弯曲刚度和柔韧性是一种比较准确的数值模拟方法，能进一步利用CAE的理论去验证产品结构设计的合理性。