关键词： 梁   功能梯度材料   组合扭转   板-梁理论   有限元分析  

摘要： 目的：目前针对功能梯度材料（FGM）工字形截面梁为研究对象的研究较少，本文以张文福教授的“板－梁理论”为基础，以上翼缘为矩形实体单轴对称的工字形截面梁为对象，展开组合扭转理论研究。方法：基于“板－梁理论”，推导总应变能方程，得到梁的翘曲刚度和自由扭转刚度，然后通过外力势能公式和总应变能公式逐步推导最后得到总势能表达式。在此基础上，利用能量变分模型和微分方程模型，结合边界条件，推导出梁端部最大扭转角计算公式，将求出的最大扭转角再与ANSYS建立的有限元模型结果进行对比。结果：误差最小为0.01％，误差最大为1.85％。结论：推导了FGM沿宽度变化上翼缘为矩形实体单轴对称工字形梁的组合扭转总应变能表达式，给出了一端固定、一端自由边界条件下扭转角及最大扭转角的表达式，从而进一步验证“板-梁理论”的正确性。

关键词： 汽车轮毂   静力学分析   模态分析   Wheel Hub   Static Analysis   Modal Analysis  

摘要： 轮毂作为汽车构造中的核心组件，承载着支撑轮胎、缓冲外部冲击及确保轮胎与路面有效接触等多重关键职责。它不仅负责传递动力，更关键的是它需承受车辆运行过程中的全部载荷。因此，轮毂的力学特性与抗疲劳性能直接关联到汽车行驶的安全性与稳定性，其质量优劣对车辆性能有着不可忽视的影响。深入探究轮毂失效的根源，疲劳破坏被普遍认为是主要因素，这促使我们采用疲劳性能作为评估轮毂质量的核心标准。本文以轮毂为研究对象，运用SolidWorks实体设计软件建立轮毂3D模型，然后运用ANSYS有限元分析软件对轮毂模型进行模态分析和静力学分析并作出评估。通过模态分析，我们揭示了轮毂前六阶的固有频率特性，并确认了在汽车常规运行工况下，其工作频率远低于这些固有频率，从而有效规避了共振风险，保障了行驶的稳定性与安全性。进一步地，静力学分析结果显示，该轮毂在承受载荷时，其强度与刚度均达到了国家对于轮毂设计的规范要求，验证了其结构设计的合理性与可靠性。

关键词： 人行道板   超高性能混凝土   模型试验   预应力   有限元分析  

摘要： 针对现有人行道板结构耐久性、安全性和舒适性不足等问题，提出一种预应力无腹筋预制超高性能混凝土（UHPC）人行道板。为明确新型预应力UHPC人行道板的破坏模式、承载力、刚度和延性等力学性能，开展UHPC人行道板足尺模型抗弯试验并通过ABAQUS软件进行有限元分析，对比UHPC人行道板有限元计算结果与试验结果并验证有限元模型的有效性，考察试验板预应力筋截面积和张拉预应力度等关键参数对试验板抗弯性能的影响。研究结果表明：预应力无腹筋UHPC人行道板破坏模式为弯曲破坏，跨中产生一条主裂缝，支座处板顶有少许裂缝但未发生破坏，开裂承载力富余40%，挠度仅为限值的14%，延性较好，安全系数高，板承载力和刚度均满足规范相应要求；预应力UHPC人行道板的开裂荷载比无预应力板提升28.68%～113.07%，增大预应力筋张拉应力可明显改善UHPC人行道板的抗裂性能，提高开裂后的刚度，降低板的屈服位移；同时，增大预应力筋截面直径可以有效提高结构屈服荷载和极限荷载，屈服荷载增幅13.37%～63.08%，极限荷载提升8.82%～57.96%，综合考虑经济效益和抗裂性能，建议UHPC人行道板采用直径为5mm的预应力筋。因此，新型预应力无腹筋预制超高性能混凝土人行道板有效提升了人行道板的力学性能，极大改善了传统人行道板的结构问题，满足实际工程的性能需求。

关键词： 盘式制动器   ANSYS   静力分析   模态分析   Disk Brake   ANSYS   Static Analysis   Modal Analysis  

摘要： 本文利用ANSYS Workbench对一种盘式制动器进行有限元分析。研究内容包括初始参数和有限元模型建立、静力学分析和模态分析。通过对制动盘的几何特征、材料属性以及施加载荷的详细描述，建立了制动器的有限元模型。静力学分析揭示了制动盘在工作状态下的应力和变形分布，模态分析则提供了制动盘的自然频率和振型信息。结果表明，该制动器设计满足静力学性能要求，并具有良好的动态特性。本文的研究结果为盘式制动器的设计优化和性能提升提供了科学依据。

关键词： 生物力学   有限元   青少年特发性脊柱侧凸   骨质疏松   Biomechanics   Finite Element Method   Adolescent Idiopathic Scoliosis   Osteoporosis  

摘要： 研究目标：本研究旨在揭示骨质疏松(Osteoporosis, OP)性青少年特发性脊柱侧凸(Adolescent Idiopathic Scoliosis, AIS)患者的腰骶部在重力载荷作用下的生物力学特性。研究方法：以正常青少年及AIS患者脊柱CT图像为基础，构建L3-S1节段的椎体三维模型。通过调整模型的杨氏模量，模拟正常骨质与骨质疏松。运用有限元分析技术，对比这四种模型：正常模型、OP模型、AIS模型以及OP性AIS模型，从而评估各模型内部应力分布及位移情况。结果：在重力作用下：1) 患OP的腰骶部椎体位移会减小，但应力会增大；2) AIS患者腰骶部位移及应力均大于正常青少年；3) AIS患者腰骶部应力集中在脊柱侧凸的凹侧。结论：与正常青少年相比，患有OP的AIS患者的腰骶部椎体更加不稳定。OP会显著提高AIS腰骶部的应力水平，加剧椎体的不均匀应力分布，使得在高负荷条件下，OP的椎体更易发生骨折风险。

关键词： 椎弓根螺钉   骨质疏松   有限元分析   生物力学   Pedicle Screws   Osteoporosis   Finite Element Analysis   Biomechanics  

摘要： 目的：针对骨质疏松症患者在腰椎融合内固定术后出现邻近关节退变、损伤神经血管等并发症的情况，为此本文设计了一款三段式螺钉并通过仿真软件对手术模型进行分析。方法：基于人体腰椎CT数据建立L3~L5腰椎有限元模型，在腰椎模型上分别建立同尺寸的传统椎弓螺钉内固定M1模型和新型螺钉内固定M2模型，模拟人体在屈伸、侧弯和旋转六种生理活动运动状态。分析在不同骨质下三段式螺钉的最大von Mises应力及应力分布情况、不同工况下腰椎模型活动度。结果：在两种骨质情况下，M2模型在前屈、左右侧弯、左右轴向旋转工况下活动度更大，与健康未植入模型更接近；此外，在骨质疏松情况下，M2模型螺钉在前伸、后屈、左右旋转工况下应力峰值较M1模型降低16.56%、4.67%、23.08%、22.44%。结论：在两种骨量下，采用三段式螺钉可以有限避免术后关节活动度过分受限引起的术后并发症；在骨质疏松条件下，使用三段式螺钉固定可以降低椎弓根螺钉的应力峰值，发生断裂的风险更低。

关键词： 电磁轴承   有限元分析   转子动力学   不平衡分析  

摘要： 针对HTR-PM主氦风机磁轴承-转子系统中径向主动磁轴承的参数设计与性能优化问题，通过将期望特性应用于动力学分析的方法对系统的边界条件进行了梳理。同时，采用瞬态分析法模拟了轴承控制参数对系统响应和载荷的影响，得到了转子系统满足设计期望的理想控制参数范围。随后，根据理想控制参数范围内转子在不同的转速、等效不平衡、轴承刚度和轴承阻尼下的动力响应结果，分析控制参数与转子响应间的变化律，根据其规律求解磁轴承-转子系统在工作频率范围内各频段的最优控制参数。研究归纳了磁轴承-转子系统在不同工作条件和性能需求下，响应位移、轴承载荷与磁轴承等效刚度和阻尼比间的变化规律，并据此设计并验证了根据转子的即时工作频率选取合适控制参数的控制方案。结果表明，参数选择符合优化条件时，该方法能在满足转子系统工作需求的同时抑制不平衡响应的总体幅值，消除谐振峰，并且轴承处的最大载荷也得到了优化。

关键词： 高土石坝   坝基廊道   环向结构缝   有限元分析   应力变形   设置建议  

摘要： 深厚覆盖层上高土石坝基础廊道环向结构缝作为坝基防渗的薄弱部位，其受力和变形均较复杂，是坝基廊道设计的关键技术难点。本文通过建立深厚覆盖层上高土石坝三维有限元数值模型，对比研究了基础廊道环向结构缝不同分缝位置对大坝防渗体系应力变形的影响，揭示了环向结构缝部位的应力变形形态，并据此提出了环向结构缝设置建议。研究表明：环向结构缝的不同分缝位置对坝体及其沥青混凝土心墙整体的应力变形基本无影响，对坝基防渗墙的变形极值没有影响，受端部支承效应影响，防渗墙两岸局部出现拉应力；随着嵌入岸坡岩体深度增加，坝基廊道嵌入端顺流向拉应力增加明显，坝轴向和竖直向拉应力仅略微变化，坝基廊道压应力逐渐减小；建议坝基廊道嵌入两岸山体一定深度（一般不少于2m），环向结构缝设置不少于2道“W”型结构铜止水，廊道与基岩之间宜设置弹性垫层。

关键词： 齿轮啮合   有限元分析   赫兹理论   Gear Meshing   Finite Element Analysis   Hertz Theory  

摘要： 为了研究齿轮的工作状态，齿轮啮合过程中的齿面受力，避免在传动系统受激而产生共振，本文通过SolidWorks建立齿轮传动模型，将其导入到ANSYS Workbench平台中进行有限元仿真，通过静力分析得到在啮合过程中产生最大应力的位置，并分析得到了此位置处的疲劳寿命，然后通过模态分析得到齿轮的固有频率，最后，对齿轮啮合进行瞬态结构分析，并且采用赫兹理论对齿面强度进行计算，验证了仿真的正确性。

关键词： 吸力锚   欧拉–拉格朗日耦合方法   土塞效应   沉贯阻力   土体应力   Suction Anchor   Coupled-Eulerian-Lagrangian Method   Soil Plugging Effect   Penetration Friction Force   Soil Stress  

摘要： 吸力锚结构被广泛应用于海洋建筑结构的基础中，其贯入施工过程呈现为大变形的特点，力学特性极其复杂。欧拉–拉格朗日耦合方法综合了拉格朗日方法的高效性和准确性以及欧拉方法中网格和材料相互独立等优点，为此，采用欧拉–拉格朗日耦合方法开展吸力锚成层土贯入施工力学特性模拟。结果表明：可将土塞隆起过程分为三个阶段，分别为隆起增长期、隆起过渡期以及隆起平缓期；在沉贯过程中产生的应力应变主要集中在吸力锚端部附近土体中，且随着贯入深度的增加逐渐增大，竖向应力会在锚端部附近的土体中形成应力拱，限制土塞高度的增长；与外壁侧摩阻力和端部阻力相比，土塞效应对内壁侧阻力的影响程度更大，同时土塞效应会使端部阻力有所减小。欧拉–拉格朗日耦合方法能够很好地模拟吸力锚沉贯过程，为深海吸力锚的施工安装提供了一种可靠、有效的模拟方法。