网络结构分析和优化

网络结构分析和优化（共12篇）

网络结构分析和优化 篇1

0 引言

回转分级筛主要用于饲料厂粉状物料或颗粒饲料的筛选分级作业, 还可用于粮食、食品、化工、制糖、采矿、造纸等行业原料的筛选、中间产品或成品的分级。回转分级筛主轴是回转分级筛的重要部件, 作用是传递功率, 产生回转分级筛筛体头部的回转运动, 同时承受弯曲、扭转等应力作用。使用中发现某一型号的回转分级筛偶尔出现主轴断轴的现象, 位置都在上键槽根部, 虽然比例不高, 但对用户生产影响较大, 迫切需要找出原因, 杜绝这种现象的发生。传统的分析方法计算繁杂, 计算量大, 而且有时由于计算系数的取值范围较大, 造成计算误差大, 影响了轴的安全性。因此, 研究一种新的精确快捷的强度分析方法迫在眉睫。近年来, 有限元分析技术在轴类零件的强度分析和计算方面得到越来越多的应用[1,2,3,4,5,6], 但在回转分级筛主轴中的应用尚未见报道, 本文利用有限元分析软件Ansys, 对回转分级筛主轴进行了强度分析和结构优化。

1 回转分级筛主轴及载荷

回转分级筛由机座、机架、驱动装置、筛体等部件构成, 其工作原理是动力通过三角皮带由电机传给驱动装置, 驱动装置再带动有一定斜度的筛体运动。驱动装置设有偏心装置, 因此筛体从进料端到出料端其运动轨迹由水平圆周运动逐渐变成椭圆运动, 最后变为近似往复直线运动。物料从进料口进入筛体, 在筛体进料端圆周运动作用下, 迅速均匀地分布在整个筛面宽度上, 并产生自动分级, 从而使料层下面粒度较小的物料迅速过筛, 而上面粒度较大的物料则沿着筛体斜面向下端 (即向出料端) 运动。驱动装置由主轴、皮带轮、下轴承座、偏心块、箱体、中间轴承座、联轴器、连接轴、上轴承座等组成, 如图1所示。其中, 主轴材质为40Cr, 由下轴承座和中间轴承座支撑, 偏心块与筛体安装方向相反, 用来平衡筛体的离心力。

1.皮带轮 2.下轴承座 3.偏心块 4.箱体5.主轴 6.中间轴承座 7.联轴器 8.连接轴 9.上轴承座

已知箱体加物料质量共650kg, 偏心距为0.03m, 转速240r/min, 电机功率3kW。

主轴传递扭矩为

T=9 550P/n (1)

式中 P—功率 (kW) ;

n—转速 (r/min) 。

将P, n数值代入式 (1) 得T=119.38N·m。

最大离心力为

F=Mω2r (2)

式中 M—箱体加物料质量 (kg) ;

ω—旋转角速度 (rad/s) , $\omega =\frac{\text{π}n}{30}$;

r—偏心距 (m) 。

将M, ω , r数值代入式 (2) , 得F=12 304N。

2 有限元计算和分析

2.1 有限元模型建立及预处理

2.1.1 有限元模型建立

用Pro/E软件对主轴精确建模, 经由中间IGES文件, 导入到Ansys界面中。主轴的有限元模型如图2所示。

2.1.2 预处理

主轴材料选取40Cr, 该材料的弹性模量为2×105MPa, 泊松比为=0.3。单元类型采用Solid95, 采用整体自由划分网格, 精度等级为5, 系统自动完成网格划分, 并对键槽周围进行了局部网格加密。

2.2 有限元计算

2.2.1 扭转应力计算

传递的扭矩为119.38N·m, 在主轴下端施加载荷, 上端固定, 将扭矩施加到整个主轴上[7]。计算结果如图3所示。

从计算结果看, 最大应力分布在上下键槽的根部, 最大合应力为10.7MPa, 最大扭转剪应力为4.3MPa。由于扭转应力较小, 不会是引起断轴的主要原因。

2.2.2 弯曲应力计算

从主轴所受离心力来看, 主轴受筛体和偏心块的离心力作用, 轴的上端到上轴承之间受到筛体的离心力作用。与偏心块的离心力相比, 此处离心力值和作用力矩大, 并且轴径小;此处的弯曲应力要远远大于偏心块的离心力引起的弯曲应力, 所断的轴都是断在此处的键槽根部, 因此重点计算此处弯曲应力。为了减少计算量, 只截取主轴上面的一段进行计算, 下截面与中间轴承座里轴承内圈的上表面为同一面。下截面固定约束, 载荷按实际情况加在与联轴器接触的表面上, 载荷大小按筛体最大离心力和作用力矩折算。弯曲应力计算模型及载荷分布如图4所示, 计算结果如图5所示。

从计算结果看, 最大弯曲应力发生在键槽半圆形处根部, 为383MPa。

2.3 结果分析

主轴受扭矩作用引起的应力较小, 受弯矩引起的应力较大, 弯曲应力是产生断轴的主要原因。键槽处弯曲应力最大值为383MPa, 比传统分析方法计算的值大得多, 并且有限元方法的计算结果也更精确, 轴材质为40Cr, 屈服点为550MPa, 按最大应力与屈服点计算的安全系数为1.43, 安全系数偏低。如果轴表面加工质量不高或轴材质存在缺陷, 将影响轴的使用寿命, 甚至产生断轴现象。观察实际断轴发现, 所有发生断轴的位置都是在上键槽半圆形处, 如图6所示。这也证明了上述计算结果的正确性。

3 结构优化

为了降低轴的弯曲应力, 常见的有加大轴径变化处过渡圆角半径、对轴进行表面强化处理、减小离心力和作用力矩、加大键槽与轴肩之间距离等。本文在不改变原有工作参数和加工精度的前提下, 重点研究键槽方向与主轴受力方向的配置对键槽的应力集中影响和键槽根部导圆半径对键槽的应力集中影响, 在此基础上进行结构优化。

3.1键槽方向与主轴受力方向的配置对键槽的应力集中影响

将原来的键槽面正受离心力改为侧受离心力, 设计中可通过改变这个键槽与筛体的相对位置来实现。用有限元方法计算改后的弯曲应力, 弯曲应力计算模型及载荷分布如图7所示, 计算结果如图8所示。

从计算结果看, 主轴最大弯曲应力发生在轴肩上, 最大值为246MPa, 而键槽根部的最大弯曲应力仅为152MPa。主轴上最大弯曲应力值由383MPa减小到246MPa, 减小幅度为35.77%;原来弯曲应力最大部位的应力值由383MPa减小到152MPa , 减小幅度达到60.31%, 降低应力集中效果十分显著。

3.2 键槽根部导圆半径对键槽的应力集中影响

图4和图5的模型和计算结果是按原设计键槽根部导圆半径0.25mm的计算结果。按有关设计资料[8], 此处导圆半径取值范围为0.25～0.4mm, 将图4模型的键槽根部导圆半径改为0.4mm, 按前述方法进行计算, 计算结果如图9所示。

从计算结果看, 键槽根部最大弯曲应力值为316MPa, 即最大弯曲应力值由383MPa减小到316MPa, 减小幅度为17.49%。

3.3 结构优化

综合前面研究结果, 对原设计主轴进行了结构优化, 将原来的键槽面正受离心力改为侧受离心力, 并将原来的键槽根部导圆半径0.25mm改为0.4mm, 按此建立模型, 施加载荷和计算, 计算结果如图10所示, 键槽根部局部弯曲应力值如图11所示。

从计算结果看, 主轴最大弯曲应力值由383MPa减小到247MPa, 键槽根部弯曲应力值由383MPa减小到132MPa。

4 结束语

1) 本文针对某型号回转分级筛主轴偶尔出现断轴现象, 应用有限元分析软件Ansys对回转分级筛主轴进行了强度分析和计算。结果表明:主轴的扭转应力较小, 不是引起断轴的主要原因;主轴受筛体离心力引起的弯曲应力较大, 特别在上键槽根部, 应力集中严重, 是产生断轴的主要原因。在此基础上进行了主轴的结构优化, 在不增加轴径的情况下, 最大弯曲应力值由383MPa减小到247MPa, 原危险部位的弯曲应力值由383MPa减小到132MPa, 明显提高了主轴的安全性。

2) 研究表明, 在分析计算轴类零件时, 有限元方法比传统算法更快捷和准确, 可进行精确的强度计算, 准确了解零件应力和应变的大小和位置。本方法可为回转分级筛主轴的设计和结构优化提供可靠的理论依据, 可缩短研制周期, 降低研制成本。

3) 研究中还发现, 键槽方向与主轴受力方向的配置对键槽的应力集中影响十分明显, 有的配置产生极大的应力集中, 有的配置甚至没有应力集中, 这是用传统算法不能计算出来的, 到目前为止, 也未引起人们的高度重视。本文的研究可为其它机械产品轴类零件设计和优化提供借鉴。

参考文献

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网络结构分析和优化 篇2

彭 陈 发

摘要：本文以温州市900MHz数字移动网络为例，从无线网络的规划到基站硬件的调整

及软件参数的修改，分析了GSM网络优化的思路，并介绍了一些网络优化的经验。关键词：GSM 网络规划 工程检查 网络优化

Planning and Optimization of GSM Network

目前GSM网正处于飞速发展阶段，仅仅几年时间已具备相当的规模。以温洲市为例，自1996年年初建网到现在，用户数已超过46万户，全地区建成基站427个。因此加强网络 优化，搞好运行维护是提高移动通信网络质量的关键。一个完善的网络往往需要经历从最 初的网络规划、工程建设

投入使用，到网络优化的历程，并形成良性循环。GSM网的网络规划

要取得良好的运行质量，必须进行合理的网络规划。在网络规划过程中，如果站址选 择及频率规划设计合理，则在以后的运行维护工作中，可省去很多不必要的麻烦。网络中 存在的先天性不足问题也相对较少。

1.1 站址选择

站址选择在建网初期相对较为容易，主要是为解决无线覆盖问题。但在网络不断扩容 的过程中，特别是已具相当规模的今天，覆盖问题只存在于极少数山区及市区的地下室与 部分室内娱乐场所，已不是主要问题。因此，站址选择的思路也发生了重大变化，以解决 高话务区的高阻塞和盲

点问题。目前温州市中心区域基站间距仅400m左右，且在市中心高话区内已有20多个微蜂

窝组成一个连续覆盖的环，为宏蜂窝吸收了大量话务量，减轻了负担。但目前市区高话务 基站TCH(话务信道)阻塞率仍较高，如公安外事楼(1)、华联(1)等扇区每线话务量仍高达 0.79Erl，TCH阻塞率在1

0%左右。因此决定将中心区内已有基站的天线高度降低，根据具体地形大力寻找新站，对 于娱乐场所及商业街则可通过增加微蜂窝来解决。

1.2 频率规划

频率规划对网络运行起着至关重要的作用。目前温州市话务区基站间隔距离很近，且 频率资源相对较为紧张，仅10.6MHz。其中有5个频点留给微蜂窝用，因此频率复用密度较

大。若规划不当，基站之间必然存在大量同频及邻频干扰，影响网络质量。温州现有网络 频率复用模式为12＋12

＋9＋9＋6，最大的BTS(基站)配置为6＋5＋5。因为频率资源不够，目前第六个TRX(收发 信机)已被闭住。我们在进行频率规划时，为避免 BCCH(广播控制信道)频点之间邻频干扰，在常规方法上将部分频点互换(即交替将第一、二两个频点交换)。

在6期网络扩容时，GSM将拥有14.4MHz的频率，BTS配置将扩展到8＋8＋8的模式。

在进行频率规划时，可有两种方案选择，一种是在目前的基础上扩充为12＋12＋9＋9＋9＋6 ＋6＋4模式；另外一种则为15＋12＋9＋9＋9＋6＋6＋1模式。前种方法可使系统拥有尽可 能大的容量，但网络质

量相对受到限制，而后种方法则因BCCH频点复用密度相对宽松，因而频率也相对较为干净，相对前者，系统可获得较高质量，但容量则受到限制。在话务分布较为均衡的地区建议 使用前者，而话务量分布极不均衡的地区，如某些扇区话务量很低，而某些扇区阻塞率很 高，则建议使用后种方

案。基站硬件的优化

GSM网络在建网或扩容时，普遍存在周期短，速度快的现象。因此无论在工程中还是 在规划中都留下一些质量问题，需要在优化中找出并解决。在优化过程中，对温州地区所 有基站进行了一次详细的测试。在测试过程中，发现了不少工程遗留问题：

(1)基站经纬度有误

在实地路测中，发现少数基站的实际经纬度与规划中的经纬度不一致，甚至相差很大，造成此现象的主要原因是在选址中碰到困难，最后不能按设计中要求确定，要将基站移 至其它地方。但规划数据库中未能到得更新，仍按原计划规划其相邻小区及频率，因而造 成很多相邻小区漏做或

做错。如白象基站，该站原来掉话率一直很高，发现此问题后，按实际地形重新规划邻区 及频点，即恢复正常。

(2)扇区错位及方位角有误

此种问题在测试中发现最多，特别是在各郊县。如城关基站的一、三扇区错位，三洋 电器基站的二、三扇区错位。造成此现象的主要原因系馈线从天线接至BTS时因标签不对 而接错。此外，部分基站三个扇区都存在方位角偏离。在温州，基站三个扇区在常规状态 下方位角分别为90度、2

10度、330度。但实际上部分基站的方位角偏离较大，偏差达45度。上述现象造成大量基 站间切换失败率很高，并引起切换掉话。经过整改后，性能大大提高。

(3)分集接收天线间距过小，收发天线不平行

采用分集接收天线时，若收发天线间距在3m～5m时，则可达到理想效果，获得3dB增

益。但目前温州除了邮电局楼顶上采用铁塔外，其它基站一般都采用桅杆，呈田字型，天 线置于每个端点上。很多收发天线的间距过小，在1m之内。这样很难获得分集接收的效果。此外，部分收发天线

根本不平行，有的甚至发送天线就指向接收天线，有的收发天线前方不远处立有很高的铁 杆，这样很容易造成信号被挡返弹，产生干扰。

(4)天线被挡或朝向长条形建筑物屋顶

目前很多基站都设置于居民区，因采用桅杆结构，很多基站的第一扇区都朝向长条形 屋顶，难以吸收话务量。虽然处在高话务区，但话务量却很低。如市区的金远及银都花园 两站，都处在长条形居民楼上，原来第一扇区话务量一直很低，后将其发送天线移至墙边，指向马路，并适当调

整倾斜角，话务量上升很快。每线话务量由原来的0.15Erl上升至0.385Erl，大大缓解了

周围基站的压力，资源得到了充分的利用。

(5)天线高度过高

在建网初期，因用户规模较小，一般采用大区制基站，使用铁塔，以增加覆盖范围。但在经过数期扩容后，天线的高度应下降，否则会对周围基站造成干扰，同时也造成越区 覆盖。

在经过为期两个多月的现场勘测及硬件整改后，温州的网络质量取得了明显的效果。其中市区网络上行质量(等级0～5)由原来的96.24%提高至98.10%，下行质量由97.96%上升 至98.85%，TCH阻塞率由1.92%降至0.14%，SDCCH(独立专用信道)阻塞率由1.75%下降至

0.10%，TCH呼叫成功率由9

7.02%上升至98.24%，SDDCH呼叫成功率由88.39%上升至95.83%，TCH掉话率则原来的2.98%

下降至2.26%。软件参数的优化

(1)首先要确保网络的参数设置正确，特别是对于新开通的基站或新割接的基站。如 在一次割接中，瑞安地区原来只有2个BSC(基台控制器)来控制所有的基站，即BSC3和 BSC11。割接后，新的BSC21、BSC22、BSC23投入使用。结果发现割接到这三个BSC的所有

BTS掉话率均很高，但割接前

正常。经仔细检查发现系因开通时数据建错造成。因为新的BSC开通时，从MSC(移动交换

中心)至BSC需经过TCSM(码速率变换与子复用器)。目前NOKIA系统的TCSM可将4路压缩成1

路，然后传至BSC。由于BSC需通过MSC与OMC(操作维护中心)相连，因此需专门占用一个时

隙，用于X.25协议，而每个TCSM均需一个时隙作为七号信令来控制话务。因此，对应于每个BSC的第一个TCSM，相

应的会有2条直通连接(即64kbit／s)。而对于其它TCSM则应只有一个直通连接(只有7号信

令，而无X.25)。但工程师在开通新的BSC时，给每个TCSM均设置了两条直通连接。而MSC

端仍按常规作法，导致MS

C与BSC相应的电路不匹配，分配的信道只要使用这些电路，马上就会产生掉话。而MSC对

每个BTS电路的分配是随机的，因而造成所有基站掉话率都高，修改后即恢复正常。此外，有一新开通基站，投入使用后发现第三扇区掉话率很高，达36%，而一、二扇区正常。检查发现第三扇区的TRX6，Abis接口(BSC至BTS)的时隙分配错误，本应为11、12时隙，但却分配成12、13时隙，而

BTS端的BRANCHTABLE(分支表)仍按常规方法分配成11、12时隙，造成时隙不匹配，从而引

起高掉话率，后将TRX6删除重建后，掉话率即下降至1.9%，恢复正常。另一新站“综合楼 ”开通后，掉话率较高，达6.9%。实施测试发现该基站很难与其它基站进行切换。在移动过程中当其它的信号高 于综合楼基站的信号30dB，仍不能切换至其它基站，最后导致掉话。检查后发现powerbudget切换开关设置成OFF，从而造成上述现象，将其设为ON后即恢复正常。

(2)可从MSC、BSC告警中获得网络不正常信息。如当相邻小区数据配置有误时，或如 邻区的BCCH、BCC(基站收发台色码)、LAC(位置区码)等不对时，造成切换失败掉话，都会

在MSC及BSC中产生告警。因此，须经常从MSC、BSC中查看告警记录。此外，每打一个电话，都有一个相应的代码

与之相对应。对于NOKIA系统称之为CLEAR CODE的，其中无线部分的CLEAR CODE主要存在于B13到B1D。如上面提及的TCSM设置有误或插板坏时，便会产生B16CLEAR CODE。因此，可通过分析CLEAR CODE来发现网络存在问题。当发现某一CLEAR CODE突然增多时，可在MSC里跟踪与此CLEAR

CODE相关的中继电路和基站。如有一段时间，温州用户反映通话中存在严重的回声及单向 通话，通过MSC端跟踪发现，单向通话主要存在于某几条PCM(脉码调制)线上，进一步对这

些PCM检查发现系因DDF传输架跳线错误造成。改正后即恢复。用类似方法发现造成回声的原因是MSC软件版本升

级时，MSC中ECU(回声消除单元)硬件芯片，与软件不匹配引起回声。将ECU单元更换后，回声即消失。

(3)可从OMC的统计信息，经过分析来发现不正常的原因。如部分基站掉话率较高，但 BSC中无告警，在OMC中分析发现，这些基站部分TRX的上、下行链路质量很差。对TRX进行

环路测试后，发现其驻波比很高，将TRX更换后即恢复正常。有时发现整个扇区内所有TRX 的上行链路质量都很差，但下行链路质量不错，而且频率规划无问题，后更换RTCC(远端调谐控制器)后，掉话率 即下降。此外，OMC中有一种网络优化工具(NOKIA系统)称之为CELL

DOCTOR，可通过它来统计每个TRX的占用时长、每个扇区的平均通话时长，分析小区间是

否存在频繁切换以及是否从来无切换，从而相应的修改切换控制参数，并删除不必要的相 邻小区，以减少邻区测量，减轻系统负荷。

(4)在高话务区，很多基站掉话发生在切换过程中，因找不到空闲信道而掉话，这些 基站的TCH阻塞率一般都很高，如龙港地区中心站每线话务量均在0.8Erl左右。可以通过 以下几种方法使话务均衡：

①可修改基站配置，根据实际话务量来配置该扇区的TRX个数。如长虹基站，原来配 置为3＋3＋3，但第一扇区话务较少，而第三扇区拥塞严重，将其改成2＋3＋4后，第三扇 区的每线话务量即由原来的0.649Erl下降至0.53Erl，TCH阻塞率也下降至0，但话务量却 上升了2.1Erl。

②可根据实际话务分布调整天线的方位角，如当某一区域话务量特别高，可将两个扇 区的天线方位角加以修改，共同指向此区域。

③对于未满配置的基站，可用增加Prime

site(简称PS)的方法来吸收话务。如龙港基站原来配置为3＋3＋3模式，将3个PS与其相连，PS与宏蜂窝共用天线。通过修改入和出的PMRG(切换门限值)，即可控制话务流向。其中

由宏蜂窝切入PS可设置成－15dB左右，而由PS切入宏蜂窝则可设在10dB左右，具体值则需

根据实际情况来调整。

此外，如果话务量集中在宏蜂窝附近，则还可为PS设置umbrella handover。即只要PS的 信号电平满足一定值，则可切入PS。经过一定的监测和调整后，效果十分理想，每个PS吸

收的话务量都在5Erl左右，最高的达6.2Erl，从而使阻塞率下降，掉话率也相应的下降。

(5)借助仪表来分析网络中存在的问题。如用频谱分析仪来测量上行干扰。有一段时 间，市区大酒店基站第一扇区上行干扰严重，BSC中观察其空闲信道干扰等级均为4。因从 天馈线下来的信号经过RMUJ，分成6路，经放大后至每个TRX，使用频谱分析仪，将其连至

RMUJ(接收多路耦合器)，如图1所示，对分集接收的信号在基站工作和基站断开两种情况下进行测试，测试结果 表明，该扇区不存在同频或邻频干扰，且该基站干扰曲线不存在波峰和波谷，相对较平滑，因而排除了外部干扰(如直放站)的可能。后在测试过程中发现若只用主集接收，而断开 分集接收，则上行干扰

消失，因此怀疑RMUJ硬件单元故障，将其更换后，即恢复正常。此外还可使用7号信令仪，通过分析A接口或Abis接口的信令流程来分析某些基站的掉话原因。

图1 频谱仪与基站联结图

(6)通过实地路测，可获得基站的覆盖情况及切换情况，从而得到某些OMC所不能提供 的信息。如市区桃园居第三扇区掉话率高达6.7%，掉话原因显示为射频掉话，经实地路测 后，发现该站由于天线较高，存在越区覆盖，产生孤岛效应。

(7)在网络运行过程中，可使用一些新技术，如下行功率控制，DTX(不连续发送)及跳 频等，减少网络存在的干扰，并降低掉话率，从而使网络质量进一步提高。必须注意，在 开启上述新功能时，网络中一些相关的系数也必须随之修改，如目前温州网络使用基带跳 频，首先必须将因上、下干扰而允许小区内切换这一功能关闭。其次，对于因质量而切换的门限电频HO MARGINQUAL予以修改，因为未使用跳频时，通话过程中，如未发生切换，则固定占用某个时隙，质量较为稳定，但使用跳频后，则在扇区内所有的TRX上跳动，质量不稳定，在等级0～7 上下波动。当此门限值设置很小时，会产生频繁切换，因此，应将QMRG由0dB调为4dB。此

外，对切换的算法也需

适当加以调整，如平均窗口大小、总的抽样个数Nx及满足条件的个数Px等，都需在开通

跳

频后，进行长期的观察，根据OMC中的统计资料，加以分析，并逐步调整。否则很难达到 理想的效果。结束语

网络结构分析和优化 篇3

关键词：教学情境；知识结构；课堂结构

中图分类号：G427 文献标识码：A 文章编号：1992-7711（2015）06-009-1

一、创设教学情境，激发认知兴趣

1.问题情境。

问题是思维的出发点，有问题学生才会去思考，一个成功的教学过程，必须要有目的、有层次地步步设疑、导疑、释疑。如学习抛物线及其标准方程时，通过这样一个问题展开教学。“与一个定点的距离和一条定直线的距离的比是常数e的点的轨迹，当e<1时，是椭圆，当e>1时，是双曲线。那么当e=1时，它又是什么曲线？”“究竟是什么曲线呢？”学生急于要弄明白这个问题，已进入积极的思维状态，再通过教师画图演示，引出抛物线的定义。

2.对比情境。

不少数学知识在内容和形式上有类似之处，它们之间既有联系又有区别。对于这样的内容，在教学时首先引导学生对新旧知识进行比较，根据旧知识已有的性质，类比、猜想新知识是否也有同样的性质，从而使学生展开新知识的学习。如学习“相似三角形的性质”时，先复习全等三角形的性质（对应边相等，对应角相等，对应边上的高，对应边上的中线，对应角的平分线都相等），然后根据全等三角形与相似三角形之间的关系（全等三角形是相似比为1的相似三角形），类比提出相似三角形对应边上的高、对应边上的中线、对立角的平分线是否也有类似的性质，激发学生探求相似三角形性质的兴趣。

3.故事情境。

科学史实、科学故事、科学家小传，以及与教学内容有关的传说、寓言等都能成为学生学习新知识的航标，激发学生的学习兴趣。如在学习“数学归纳法的应用——归纳、猜想、证明”一课时，从歌德巴赫猜想说起，使学生认识到，归纳、猜想、证明是科学发现的基本途径，学生会以更加积极的态度展开新内容的学习。

二、构建良好的知识结构，促进知识结构向认知结构的转化

1.选择关键知识点，构建知识结构。

关键知识点、关键问题、关键定理是学科知识的核心内容，它们对其他知识起着组合和解释作用，学好这些知识，有助于学生对其他知识的理解掌握。因此，在教学中应注意选择关键知识点、关键定理、关键问题，在学习运用这些知识的过程中，指导学生建立一个良好的知识结构。

2.抓住知识之间的内在联系，构建知识结构。

数学知识本身的内在联系是紧密的，是一个结构严密的整体。这就要求我们以整体观念为指导，注意挖掘各章节知识之间的内在联系，抓知识点之间的联结点和共同因素，使学生在头脑中形成一个经纬交织、融会贯通的知识网络，便于学生对所学知识的理解、记忆和运用。例如，学习平行四边形、矩形、菱形、正方形的概念、性质、判定时，除上述以平行四边形为核心建立知识结构外，还可根据它们之间的共同因素，建立以边、角、对角线、对称性为内在联系的知识结构，形成一个完整的知识体系，也为学生展示一个新的学习模式。

3.概括思维模式，构建具有层次化、条理化的知识结构。

认知心理学认为，有的学生学习好，对所学概念、定理、法则等理解运用能力强，不是他具备的知识更多，而是对已有知识组织得更好。他头脑中的知识是按层次排列的，有很强的条理性和逻辑性。所以，帮助学生重新梳理知识，形成一个有层次、有条理的知识结构，是教学的重要任务。例如，在复习数列部分的知识时，根据所要解决的问题的类型，安排一些专题：递推数列通项公式的求法、数列求和的方法……对各类问题的进行总结，归纳探索解决数列问题的思路和方法。以功能或作用为线索来重新构造知识结构，既使学生头脑中的知识变得更加系统、有条理，又丰富了学生的思维方式，提高了学生分析问题和解决问题的能力。

三、优化课堂结构，完善和发展学生的认知结构

1.教学的切入点要符合教材的结构特点和学生的认知规律。

所谓教学的切入点是指提出什么样的问题或选择怎样的例子展开新知识的教学，既利于学生建立新旧知识之间的联系，又利于学生从实际事例或已有数学知识中发现概括出新的结论。新知识的教学，学生能否理解和掌握，关键在于我们所选择的教学切入点。一方面要看其是否符合教材的结构特点，使新知识的学习建立在已有知识的基础上，是已有知识的自然发展。另一方面要看其是否符合学生的认知规律，因为学生的认知总是从已知到未知、从易到难、由浅入深、循序渐进的，教学程序的安排必须遵循这一认知规律。也就是说教师的教路必须与学生的学路这一认知规律合拍，并想方设法为学生创造良好的认知条件。

2.教学过程要体现知识的形成过程。

根据认知心理学理论，学生接受知识必须通过自己的感知、理解、探究、运用等一系列的认识活动。为此，教学中必须坚持启发式教学，在教学方式上采用教师讲授和指导学生尝试探索相结合，设计符合学生认知特点的教学程序。引导学生认真观察、动脑思考、动手操作、动口表述，让学生发现问题，解决问题，积极主动地参与获取知识和运用知识的全过程，在获取和运用知识的实践过程中，学会观察、概括、归纳、论证等方法。其具体步骤：一是根据教材内容选择可供学生观察的实例或数、式、图形，或典型例题，为学生认真观察，探讨特征，概括规律打好基础。二是根据观察对象的本质特点确定研究的形式。数学教材中，大多数概念的获得，公式、性质、法则、定理的推导，都遵循从特殊到一般、从具体到抽象的规律，因而常采用归纳研究法。三是通过例证性训练、变式训练，进行知识的迁移运用。在应用知识的过程中，培养学生分析问题、解决问题的能力，促进学生认知结构的内化和认知水平的提高。

3.教学小结要注重形成学生新的认知结构，学生不仅要参与知识的形成过程，而且要参与知识的归纳总结过程。

网络结构分析和优化 篇4

近年来,我国极端天气频显,南方屡次遭遇大雪,压垮压坏诸多温室设施,使农业生产造成了极大的损失。提高温室的抗雪灾能力是温室结构设计的关键问题,温室结构涉及到温室的载荷、通风、保温和造价等诸多因素,结构设计是否合理直接影响到温室的性能和经济性。我国连栋温室的结构造价占总造价的20%～30%[1],降低结构造价可在很大程度上降低温室总造价。因此,提高温室的承载能力和降低结构用材造价是温室结构设计中必须考虑的两大因素。目前,国外对于温室这种典型的轻型钢架结的结构设计已经相当完善。2007年,西班牙学者Luis Iribarne等[2]用计算机建模技术对连栋温室进行过结构设计,同时还为新的设计降低了成本,为欧洲商业温室建立了UNE-EN 13031-1标准。我国学者在近一二十年来对温室的结构进行了各种设计分析。2000年,郑金土等[3]对杭州地区的GLP-728型连栋塑料温室进行了力学分析和优化设计,优化设计出一种安全、经济的连栋塑料温室结构,并得到了节省钢材的效果,但是温室企业主要依靠的还是经验设计。本文引入数值分析方法,从结构力学的角度出发,根据华东地区的安全设计荷载,运用有限元分析软件ANSYS,分析江苏镇江地区SRZ5.2型锯齿形连栋塑料温室结构的内力分布状态,对结构受力薄弱杆件以及富余杆件进行优化设计,确定合理的杆件截面尺寸,在保证连栋塑料温室结构安全可靠的前提下,提高了结构的承载能力。

1 结构初始模型及参数

本文利用ANSYS软件的参数化设计语言APDL (ANSYS Parametric Design Language)[4,5]功能,采用BEAM4梁单元建立与实际相一致的实体模型,如图1所示。温室主拱架结构参数如图2所示。

温室初始化尺寸为跨度9.6m,共3跨,开间4m,共8个开间,副拱间距1m,纵向总长32m,脊高5.2m,肩高4.8m,天沟高3m。温室结构材料均采用A3钢,密度ρ=7.85kN/m3,弹性模量E=2.1×108kN/m2,允许拉伸和弯曲许用应力[σ]=170MPa。主拱架及其之间的联系梁均采用ϕ38×2.5钢管,副拱架采用ϕ25×1.5钢管,立柱采用□50×3方钢管。其有限元模型如图2所示,各杆件的材料属性及参数如表1所示。

副立柱与副拱架采用相同截面的钢管,其他杆件先暂不考虑;由于各杆件截面都是对称结构,所以在平面内各方向上的惯性矩是相同的。

2 初始模型受力的有限元分析

2.1 载荷设计值

针对江苏地区,依据全国基本雪压分布图,按二级雪荷载S=0.5kN/m2,吊挂荷载V=0.15kN/m2,结构质量G根据用材量计算,忽略塑料薄膜质量。根据华东地区冬季的气候条件,本文主要考虑冬季最不利的雪组合载荷(G+S+V)。雪载计算公式[6] 为

Sk=μrS0

式中 Sk—屋面雪荷载标准值(kN/m2);

S0—基本雪压(kN/m2);

μr—屋面积雪分布系数。

屋面积雪分布系数因屋面形状和温室建筑形式不同而异。将单跨拱形屋面雪荷载视作均布荷载,μr为常数,与屋面矢跨比γ有关[7]。当屋面矢跨比γ>0.1时,两跨之间的半跨视为均布雪荷载,μr取1.4;其余部分μr按单跨拱形屋面的选取方式选取。在本文中,γ=(5.2-2.75)/(7.2*2)=0.17>0.1,μr=1/(8γ) =0.7347,如图3所示。

2.2 初始模型的结构力学分析结果

连栋塑料温室结构借助ANSYS有限元分析,其各杆件的最大受力状况统计如下:

1)主结构立柱方钢管在雪组合载荷下达到最大内力值为91.95MPa,只达到强度允许强度的54.1%,位于第3栋南部山墙门与主拱架相连接处。

2)主结构位于每个开间之间副拱架的最大内力值为87.891MPa,只达到强度允许强度的51.7%,位于第2栋南部第1开间内靠近山墙门的第1根钢管。

3)主结构中,主拱架钢管在雪组合载荷下受力最大,最不利内力值为187.477MPa,已经超出许用应力值的10.28%,位于第2栋南部第1开间与第2开间之间的主拱上。

从以上的分析看,该连栋塑料温室结构在主立柱方钢管和副拱架的构件截面富余及材料的力学性能没有被充分利用,造成材料浪费;而主结构主拱架钢管的截面不足,致使温室结构不安全,所以应对该结构进行优化设计,且设计时要以主拱架钢管的最不利内力为准。

3 优化结构分析

3.1 设计方法

结构优化设计的准则是从结构力学的原理出发,建立一些可以处理应力、位移和压杆失稳临界应力等约束的最优准则,然后通过迭代运算决定各杆件单元截面的参数,使得材料比较合理地分布到结构各杆件单元上,避免了个别杆件的材料浪费。在结构优化设计中,常用的最优准则方法有比例满应力法、桁架满位移设计法、齿行法和修改的齿行法。本文采用齿行法[3]对该结构模型进行优化设计。

3.2 目标和要求

本文中温室结构优化的目标函数可以定义为

undefined

式中 ρ—钢材的密度;

Ai—各杆件的截面面积;

li—各杆件的长度;

S—温室的占地面积;

undefined—温室的单位面积平均用钢量,文中以其作为优化设计的目标。

温室结构优化的设计变量可以用向量定义为x=[x1,x2,x3,x4,x5,x6]=[r1o,t1,r2o,t2,a3,t3],其各参数含义见表2所示。约束条件是使温室结构满足强度和稳定性等承载要求,即温室整体结构及其所有构件的设计必须能安全承受冬季条件下最不利载荷组合。任何构件危险断面的设计应力不得超过结构材料的许用应力,即σ≤[σ]=170MPa;其次,温室结构必须有足够的刚度,以抵抗纵横方向的挠曲、振动和变形,温室骨架的挠度太大,则表明温室的刚度不够。一般来说,每跨温室的位移变形量(DMAX)不得超过跨度(w)的1/150[8,9],即DMAX≤w/150=64mm。

3.3 结构模型优化设计分析结果

根据以上方法、目标和约束条件,对原结构有限元模型的力学分析结果进行二次处理,得到各杆件的应力比,然后进行优化迭代计算,直到出现最优结果。优化设计定30个子步,收敛精度为10-4,计算的第28步为最优结果。连栋塑料温室结构各杆件截面尺寸在优化调整前后的变化情况见表2所示,温室钢结构单位面积平均用钢量的优化迭代计算过程曲线如图4所示。

本文主要考虑温室中主承重的3种构件进行优化分析,天沟等构件为槽型定制构件,没有进行优化研究;表格对优化后的尺寸进行了规整。

计算结果表明,优化设计后的温室结构在受冬季最不利组合载荷后的最大应力值为169.84MPa,最大位移为33.081mm,均在温室设计要求的范围内,即优化后的结构参数完全能承受冬季最不利组合载荷。考虑到型材规格标准,对优化后的结构尺寸进行规整,考虑到安全性,向偏大的标准数据规整,数据见表2中尺寸规整列所示。规整尺寸后温室结构的抗载荷情况统计如下:

1)主立柱方钢管的最大应力值发生在第3栋南部山墙门与主拱架相连接处,最大内力值为132.243MPa,达到强度允许强度的77.79%,钢材的利用率比优化前提高了23.69%;

2)副拱架的最大应力值发生在位于第2栋南部第1开间内靠近山墙门的第一根钢管上,最大内力值为92.236MPa,达到强度允许强度的54.27%,钢材的利用率比优化前提高了2.57%;

3)主结构中依然是主拱架钢管在雪组合载荷下受力最大,位于第2栋南部第1开间与第2开间之间的主拱上,最不利内力值为166.642MPa,达到强度允许强度的98.02%,材料力学性能达到了充分的利用,钢材利用率比优化前提高了12.26%。

从以上的分析看,该连栋塑料温室结构的优化效果明显,相比初始设计明显提高了结构的强度和刚度。同时,温室结构单位面积的平均用钢量随着优化迭代的过程不断下降(见图4所示),从优化前的4.625 2kg/m2降为优化后的4.402 9 kg/m2,减少了0.222 3 kg/ m2,节省钢材4.81%,说明温室结构优化降低了温室的用钢量,从而降低了温室造价的成本;规整后的温室单位面积平均用钢量为4.540 6 kg/m2,比优化前节省钢材0.084 6kg/m2。

4 结语

通过对锯齿形连栋塑料温室进行结构优化设计,消除了初始模型中主拱架的不安全失稳状态,在满足结构强度和稳定性要求的同时,提高了各结构主要构件的材料强度利用率。

优化设计后,主立柱、副拱架和主拱架的材料强度利用率比优化前分别提高了23.69%,2.57%和12.26%,温室主体结构单位面积的平均用钢量减少了0.084 6kg,节省钢材1.83%,降低了温室的成本。

摘要：针对锯齿形连栋塑料温室的安全和经济设计要求,利用结构有限元分析软件,采用齿行法最优准则方法,对连栋塑料温室结构主构件参数进行优化设计。分析结果表明,各结构主要构件的材料强度利用率得到提高,优化设计后连栋塑料温室主立柱、主拱架和副拱架的材料强度利用率比优化前分别提高了23.69%,12.26%和2.57%;温室单位面积平均用钢量由优化前的4.625 2kg/m2降为优化规整后的4.540 6 kg/m2,节省钢材0.084 6 kg/m2,而承载能力得到大幅提高。

调整和优化农业生产结构工作总结 篇5

全面停止主伐后，我们合理的利用铁力局24万亩土地，紧密联系农业多种经营战线实际，积极研究、探索和推动农业结构调整、不断强化农业基础建设，调整和优化农业生产结构，深入推进农业产业化经营，促进了农业增效、职工增收。

一、注重实效，深化结构调整

一是结构调整。2015年种植大豆189,000亩，玉米29,000亩。扩大旱改水规模，新增水田600亩，全局水田面积达到21,575亩。积极推进矮高梁种植，达到6660亩。扩大返魂草种植面积315亩，达到3000亩。新增种植品种红小豆2550亩。利用马永顺林场地理优势，新建26600平方米有机食品采摘大棚，现已投入使用。二是积极发展新品种北关农场新建水稻育秧大棚30栋，增加水稻秧苗质量。《利用伐区木桩栽培松杉灵芝项目》被列为伊春科技计划项目，获得项目款8万元。现在九连林场、西北河营林所已经购买菌种，正在养菌阶段。三是引进玉米新品种。今年引进先锋38p05，先达203，这两个品种从品质和饱满程度都值得推广。

二、突出职能，稳步发展特色种养及加工业

畜牧产业2015年稳中有升。截止目前，全面野猪养殖1885头，野鸡0.2万只，养蜂4250箱。现有野猪规模养殖场两处，分别位于铁力林业局红旗营林所和茂林河林场，其中红旗野猪场现已注册为谷丰生猪饲养有限责任公司，现生猪存栏568头。森林猪规模养殖场一处，位于建设营林所，该场于2008年成立铁力市硕丰山养生态猪农民专业合作社，发展项目有优良仔猪繁育，并在2012年被百家老字号哈尔滨大众肉联食品有限公司认定为该公司第一家生态猪养殖基地，注册“益灵”商标和“有机”食品标识。另外，冷水鱼养殖水面252亩，其中初具规模的为忠宝林蛙养殖专业合作社。

三、狠抓管理，巩固扩大北药业

几年来，我们高度重视产业结构调整，充分发挥资源优势、生态优势，把大力发展北药产业为经济转型切入点之一，积极引导种植户发展适销对路、适宜生长的地产药材。截止目前，种植北药17500亩，其中平贝种植9900亩，五味子种植4600亩，返魂草种植3000亩，栽培松杉灵芝8000袋（其中2000袋棚内栽培）。野生药材改培77400亩，其中五味子改培42010亩，刺五加改培34190亩，穿山龙改培1200亩。五味子年产量300吨（干品），平贝年产量300吨（干品），野生药材采集640吨。

四、积极构建现代化的产业发展格局

一是培育壮大龙头企业。我们充分发挥松涛集团公司这一省级农业产业化龙头企业的辐射带动作用，加快建立现代的企业管理制度。对现有企业加以规范引导，采取出售、买断、转让等方式，使其逐步向松涛集团公司靠拢。先后共建立种植加工企业6个，有效延长了产业链条，使其成为调整种植结构的强大引擎。二是实施品牌战略。进一步整合北药产品品牌，加大名、优、新、特产品开发力度，不断提高北药产品的品位和档次，增加市场竞争能力。近年来，松涛公司开发生产的刺五加保健茶被国家卫生部批准为“健”字号产品，列入保健产品系列；平贝产品注册的“清溪沟”、“宇贝”等商标，已使我局的平贝闻名省内外，这些都为优化种植结构创造了良好的契机。三是积极组建专业合作社。我们通过推行“支部+协会（经济合作组织）+带头人”的方式，积极在基层组建专业合作社。截至目前，共建立奶牛养殖、有机水稻种植、平贝种植、甜玉米种植、返魂草推广、绿化苗木栽培、黑木耳栽培、冷水鱼养殖等专业协会、合作社、联合体36个，带动辐射职工群众2500多人增收致富，加快了调整种植结构的步伐。

在肯定成绩的同时，我们也清醒地认识到，与形势的发展和领导的要求相比，仍有很大的差距，存在许多不足。一是农业种植结构还需要大幅调整。职工群众多年以种植大豆为主，重迎茬导致的产品品种单一老化、退化现象严重，市场竞争力弱。尽管采取各种鼓励和扶持政策，引导职工群众调整种植结构，但是由于职工群众认识上有误差，致使产业结构调整力度仍然不大。同时由于职工认识不足，全局绿色食品种植面积不大，产品附加值不高。二是龙头企业需要加强。全局范围内的农产品加工企业为数不多，特色农产品的流通加工企业更少，更谈不上跨地区、跨行业的大型龙头企业。即使是铁力区域内的加工企业也是屈指可数。因此，多数种植户还是以卖“原”字号产品为主，销售价格低且受中间商的制约，大部分利润被中间商攫取，职工群众的收益不高。现有加工企业生产的多为初级产品，附加值不高、经济效益低。没有形成真正上档次、上规模的大型骨干龙头企业。三是服务体系需要完善。在种植业方面，种植户与加工企业和中介组织之间还没有形成有效对接，大部分种植户与龙头企业之间还是简单的买卖关系，还未形成规范、完善的产业化经营体制和技术服务体系。在畜牧养殖业方面，尽管我们多年来建立了相应的服务体系，但还存在基层畜牧兽医站不健全、基层队伍素质偏低、基础设施差、后备力量不足、技术水平不高等问题。

意见和建议：

1、建议帮助解决转产项目资金。停止主伐后，目前我局急需经济转型，进行第三次创业，再上一批有较强支撑力的转产项目，加快特色种养业的发展，以此来拉动全局经济的快发展，建议上级对转产项目给予资金扶持。

2、建议上级对发展接续产业的职工群众给予政策扶持。比如对发展特色种养业等接续产业的职工应给予一定补助，鼓励他们加大投入，谋求更大的发展，建议上级对发展特色种养等接续产业应调整信贷结构，提供中长期贴息贷款，逐步解决企业和职工贷款难、担保难的问题。

3、建议无息就业贷款增加额度。小额无息就业贷款增加额度，延长还贷时间，减少不必要的环节，解决职工缺乏启动资金的难题，使特色种养业的发展规模得到进一步扩大。

网络结构分析和优化 篇6

但即便如此,如前所述,我国的居民消费率仍明显偏低,究其原因,并不是消费增长下降了,而是投资增长过快,国民收入中用于投资的比例高于用于消费的比例,导致社会总供给与总需求结构失衡。而在持续下降的消费率中,又主要来自居民消费率的持续下降,这是直接导致我国最终消费率长期偏低、市场有效需求不足的矛盾不断加剧的主要原因。

回顾改革开放三十年的发展历程可以看出,我国经济高速增长的动力主要来源于“三驾马车”中的投资和出口,而消费则处于相对弱化的地位。但我国的居民消费水平在三十年间仍得到很大提高,尤其是近两年,居民消费并没有受到全球金融危机的明显影响,城乡居民消费热点持续升温,消费结构升级转型步伐还在加快,这主要得益于在严峻的世界经济环境下,党和政府均把扩大内需、促进居民消费放在推动经济发展的重要战略地位,使得城乡居民消费信心和热情不减。据北京零点研究咨询集团对北京、上海、广州、武汉、成都、沈阳、西安7个城市和浙江绍兴诸暨、福建福州长乐、辽宁锦州北宁、河北石家庄辛集、湖南岳阳临湘、四川成都彭州、陕西咸阳兴平7个小城镇及其下辖农村地区总计3803名16～60岁常住居民进行入户访问的调查结果,2009年10月份我国城乡居民消费信心指数为3.24分,比上年同时期的3.19分略有提高;在预测今年居民家庭理财特点时,得知今年计划“多储蓄少消费”的家庭比例将比上年有所降低(2009年为50.9%,预计2010年降至46.4%),其中农村居民降幅明显(2009年为54.2%,预计2010年降至36.1%)。

新中国成立以来我国居民消费结构经历和正在经历着三次升级转型时期,目前我国正面临居民消费升级转型重要或关键时期,即从第二次消费升级向第三次消费升级的优化和升级转型(详见表)。

从上表可以看出,上个世纪60年代以前,我国基本处于医治战争创伤、恢复经济时期;从60年代至80年代末期我国城乡居民开始进入真正意义上的第一次消费阶段,但总体上是低水平的维持温饱型的消费,属于典型的高积累低消费阶段,这个阶段在消费与供给的博弈中,消费完全处于弱势地位,居民消费呈现典型的平均分配特征,这个阶段持续了30余年;从改革开放以后的90年代初至90年代末期,我国居民消费进入了由温饱型向小康型转变的第二阶段,这个阶段随着供给的增加和居民收入逐步提高,居民消费需求急剧扩张,消费热点来势凶猛,持续时间较长,居民消费欲望和消费潜力均得到极大释放,许多经济学家称这一时期是我国居民消费历史上的第一次革命;这个阶段居民消费水平得到较大提高,家用电器等耐用消费品开始大量进入寻常百姓家庭,多数居民家庭有了一定积蓄,为进 入第三阶段奠定了良好的基础。从进入新世纪以来,我国居民消费水平开始进入以享受型模式为主要特征的第三阶段。

目前我国人均GDP已超过3000美元,按照国际经验,我国总体上应该进入了消费加速转型阶段,居民消费由原有的简单数量增长演变为数量增长与质量提高并行,消费结构向更高层次转化。我认为这样的转型升级应该是我国居民消费历史上的第二次革命。鉴于我国国情,这个阶段的升级转型持续时间较长,这个阶段随着经济快速增长和居民收入的不断提高以及居民消费环境的逐步改善,居民消费结构开始发生根本性的变化,即从物质消费为主转变为非物质消费为主,生存资料消费比重进一步降低,享受和发展资料消费比重上升;消费结构的变化越来越体现以人为本和生活质量的显著改善。这个阶段居民各种高档耐用消费品如汽车、住房、家用电脑、现代通信商品等有效需求逐步上升,对服务消费(如餐饮、旅游等)的需求和质量要求意识大为提高等。尽管如此,我国目前仍是一个发展中的人口大国,经济发展水平很不平衡,而决定居民消费主导因素之一的居民收入分配差距过大并呈不断扩大态势,因此居民消费水平在城乡之间、地区之间、行业之间、传统一代和新生一代居民之间以及不同收入群体的居民之间差距巨大,加之部分居民受传统消费观念的束缚和消费环境的影响,又制约着居民的部分消费需求等,因此准确地讲,目前我国居民消费水平总体上应该是刚刚迈入第三次消费升级的门槛;要从总体上完成我国居民第三次消费升级转型,任重道远,需要一个较为漫长的过程。

未来10～15年时间将是我国经济发展的重要战略机遇期,经济总量和规模将迈上一个新的台阶,因此,未来10余年时间也将是我国居民消费增长的黄金时期,发展空间和发展潜力十分巨大。各级政府的责任就在于抓住机遇,多管齐下力促我国居民消费水平稳步协调与均衡地提高,促进居民消费结构优化和升级,加速居民消费的转型步伐,为居民消费升级创造一个良好的政策环境和社会氛围,使我国居民消费水平尽快地从整体上迈入第三次消费升级阶段,力争用最短的时间使我国居民消费水平总体上赶上或接近发达国家的居民消费水平,使我国人民生活得更幸福,更有尊严,迎接中华民族的伟大复兴和重新崛起。

网络结构分析和优化 篇7

关键词：圆形料场,堆取料机,结构分析,优化探讨

1 引言

传统电厂的储煤场工作环境恶劣, 虽然有各种抑尘和喷淋装置, 但是通常情况下还是很容易造成粉尘飞扬, 既有害人体健康, 也不符合国家对环保减排的要求。圆形料场堆取料机具有巨大的环保功能, 而且还能节约场地, 自动化水平也较高, 所以圆形料场堆取料机正得到越来越多的大型现代化电厂的青睐。

圆形料场取料机按结构形式主要分为门架式和悬臂式。门架取料式圆形料场堆取料机如图1所示。

其中门架式取料机结构型式合理, 门架的大部分重量由土建的挡煤墙承受, 使得中心柱受力状态明显改善, 运行更平稳。而悬臂式取料机对回转大轴承和中心柱体的要求很高, 受力状态比较复杂, 对土建也提出了更高的要求, 最终会导致造价成本增加, 因此门架式取料机得到了越来越广泛的应用。

在取料机取料过程中, 由于刮板数量众多, 更换工作比较麻烦, 为了避免取料机刮板的变形, 所以禁止将取料机放置在料堆上。因此在正常运行过程中, 刮板取料机的重量就由门架钢结构来承受, 由于取料机的重量很大, 所以门架钢结构的性能好坏直接影响取料乃至整机的稳定运行。因此有必要对门架钢结构进行深入的分析研究。

本文首先对门架钢结构进行静力学分析及强度和刚度分析, 经过推导门架钢结构的内力和弯矩, 得出其内力图和弯矩图, 进而对其优化设计进行探讨, 从而为整机设计的稳定可靠提供了有效依据。

2 门架结构分析

门架钢结构的分析包括静力学分析、强度分析和刚度分析。

2.1 静力学分析

门架钢结构如图2所示。刮板机在正常工作过程中, 门架通过钢丝绳拉起刮板机来实现刮板机的工作要求。当刮板机在与料堆不接触时, 钢丝绳内都有拉力。当刮板机检修或者放在地面上时, 钢丝绳则不受力。门架静力学分析的受力分析示意图如图3所示。

由理论力学静力学[1], 有

联立式 (1) ~式 (3) , 有

其中, a为重心到O点的水平距离, b为钢丝绳拉力T到O的力臂。

2.2 强度分析

门架任意截面存在横向力, 纵向剪切力和弯矩, 所以强度分析包括正应力和剪应力[2]。

由材料力学第四强度理论有, 最大应力

其中基本许用应力[σ]按式 (6) 计算[3]

式中, σs为材料的屈服强度, n为安全系数。

对于门架结构受力特点,

式中, F为横向力, Q为剪切力, M为弯矩, A为截面净面积, W为弯曲截面系数。

2.3 刚度分析

门架钢结构承受自重和刮板机重量, 在受载过程中, 有垂向位移, 而门架与车轮连接处将会产生水平方向位移, 所以门架的刚度分析应分为水平方向位移和垂直位移。水平位移和垂直位移的求解采用单位载荷法[4]。距离B点x处点的位移f由下式得出

其中, M (x) 为距离B点x处截面的弯矩, M0 (x) 为单位载荷作用下为距离B点x处截面的弯矩。E为钢结构材质的弹性模量, I为该处截面的轴惯性矩。

垂直位移的求解也可以采用有限差分法。有限差分法求解的推导过程这里不作展开。垂直位移的计算公式如下[5]:

其中将门架等分为n份, yn为第n点的挠度 (即垂直位移) , 任意相邻两点的距离为h, 第n点的弯矩为Mn, 门架的抗弯刚度为EI, 等分数n为大, h越小, 计算精度则越高。有限差分法的步长可以采用变步长梯度法来实现[5]。

由于门架的大部分重量由挡料墙承受, 所以门架的垂直位移对门架的正常工作影响可以忽略, 而水平位移会影响到车轮与轨道踏面的接触位置, 因此在门架刚度分析时, 重点考虑水平位移。

3 优化设计探讨

3.1 目标函数

门架钢结构选用的低合金结构Q345, 要求金属结构重量小, 要求钢总重量最小。影响自重函数的因素为板厚和截面宽高尺寸。将板厚视为常量, 截面高度和宽度为连续变量。门架的截面示意图如图4所示。

密度取ρ=7850kg·m-3, 腹板距离翼缘板外边缘15mm。

设计变量X=[x1, x2]

以钢材重量为目标函数

板厚可以取常量, 根据经验可以取翼缘板厚度为t2=16mm, 盖板厚度为t1=10mm。

式中1.15为考虑门架钢结构中焊接角钢以及隔板和筋板的计算系数。

3.2 条件约束

条件约束主要是强度条件约束和刚度条件约束。

3.2.1 强度条件约束:σmax≤[σ] (12)

对于门架结构, 对不同位置处的受力和弯矩进行分析, 在内力和弯矩计算过程中, 将门架的自重等效为均布载荷。由理论力学和材料力学有关内力和弯矩的计算方法得到内力图和弯矩图如图5所示。其中内力变化趋势为:ABCE段内力变化趋势是线性递减, A点内力最大, E点处内力达到最小值;OFE段内力变化趋势也是线性递减, O点内力最大, E点达到最小。由此得出E点内力最小。其中弯矩变化趋势为:ABCE段弯矩变化趋势是曲线递增, A点弯矩为零, E点处弯矩达到最大值;OFE段弯矩变化趋势也是曲线递增, O点弯矩为零, E点弯矩达到最大。由此得出E点弯矩最大。

由图5知, C点、E点和F点应力在门架结构中属于应力危险点, 其中以E点处为应力最大点。分别计算出其弯矩、横向力和剪力, 然后按照式 (5) ~ (8) 计算应力。按照经验值, [σ]取170~180MPa。

3.2.2 刚度条件约束:fmax≤[f] (13)

门架的水平方向位移会影响到车轮与轨道踏面的接触位置, 在门架刚度分析时, 在刮板机着地和刮板机完全被吊起时, 钢丝绳拉力T值从0~T, 对应A点的水平位移不同。对应两种工况, 水平位移有两个值。fmax即为这两个位移的差值。根据经验, [f]取250mm。

3.3 模型求解

本文使用MATLAB来求解。可以采用列举法, 在给出的门架尺寸范围, 均以1为步长进行搜索, 在满足条件的范围内寻找最小质量对应的变量尺寸, 即为最优解。

4 结论

(1) 本文对圆形料场堆取料机的门架钢结构进行静力学分析, 同时进行强度和刚度分析。该计算方法可以满足工程设计中要求较低情况下的需要, 还为进一步进行振动和疲劳分析打下了基础。

(2) 本文通过门架的内力图和弯矩图分析门架应力的特点, 对门架钢结构进行优化设计方法的探讨, 该计算方法可以为同类产品设计及其结构的有限元分析提供必要的依据。

参考文献

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[4]许本安, 等.材料力学[M].上海:上海交通大学出版社, 1988.

网络结构分析和优化 篇8

医疗领域存在许多充满液体的细小管道, 如人体内腔的肠道、尿道、血管等。人体内腔管道的检查和取样等操作基本是使用内窥镜导管直接插入的传统方式。由于内窥镜导管依赖于人手的插入, 使得导管容易对人体软组织造成损伤, 导致病人感受极大的痛苦, 特别是当导管中有效插入的部分很长或形状弯曲复杂时, 则内窥镜很难深入到人体内部的死角部位, 以致往往很难实现有效的诊疗作业。针对上述缺陷, 以色列研制了医用胶囊内窥镜系统[1], 虽然解决了传统医用内窥镜系统导管插入带来的不适和部分死角很难达到等问题, 但是无线管道胶囊内窥镜主要是依靠胃肠道自身的蠕动来实现运动的, 不能控制胶囊内窥镜运动速度和明确其具体位置, 更不能对病变部位进行有效治疗。为此, 出现了主动式管道机器人, 如Simi等[2]研制出腿式胶囊内窥镜机器人, Kim等[3]研制了蠕动式仿生管道机器人, 但这类机器人在管道内运行时, 与管道壁发生直接接触, 很容易破坏管道内壁, 特别是当管道为人体内腔管道时, 机器人会给内腔有机组织造成一定的伤害。各国科学家也研制了仿水母、仿蝌蚪、仿精子等泳动式管道机器人[4,5,6], 泳动机器人运动灵活, 加速性好, 但这类泳动机器人在管道中运行时, 其后退运动需要较大角度转向才能实现。穆晓枫等[7]提出了一种双节螺旋式微型管道机器人驱动机构, Zhang等[8]研究了一种外磁场驱动的在充满液体的管道内运行的单节螺旋式微型管道机器人, 控制外磁场的方向可以让机器人顺时针或逆时针旋转, 从而在液体力的推动下带动机器人前进或后退。

上述螺旋机器人都在机器人的外表面加有螺旋槽或螺旋条, 当机器人高速旋转时, 利用液体对机器人外表面的推力实现机器人的运动, 同时利用管道内液体的动压效应, 产生对机器人的支承力, 形成液体膜, 从而能够较好地避免管道内壁的损伤;但当液体膜厚度较小, 机器人高速旋转时, 机器人的螺旋外壳可能对管道内壁造成损伤。因此, 唐勇等[9]提出了一种基于液体环境的内外螺旋管道机器人, 调整内外螺旋机器人机体外壳部分和机体内轴部分的质量比或结构, 能够改变外壳和内轴的旋转速度;同时, 改变机器人微电机的旋转方向, 可以改变机器人推进力的方向, 从而改变机器人的运动方向。该种机器人有望被应用于肠道、血管等充满液体的微细管道中以实现检查、疏通等功能。

虽然内外螺旋机器人可以通过调整内外表面转速来减少对管道壁的损伤, 但性能是否优于单节或双节外螺旋机器人, 并且内外表面螺旋槽结构参数应该如何取值, 都需进一步研究。本文首先比较了内外螺旋机器人与双节和单节外螺旋机器人的性能, 分析了内外螺旋转速对机器人性能的影响, 并研究了外螺旋槽结构参数对机器人性能的影响, 最后运用正交试验优化方法得到了机器人外螺旋槽结构参数优化组合。

1 内外螺旋机器人与外螺旋机器人比较

为了说明内外螺旋机器人的优劣性, 对内外螺旋机器人 (图1) 与单节和双节外螺旋机器人 (图2和图3) 的运行性能进行比较。

在计算中, 假设管道直径为12mm, 长度为75mm, 机器人轴向中心线与管道中心线重合;管道内液体密度为1000kg/m3, 黏度为1Pa·s。内外螺旋机器人的结构参数如下:外壳右螺旋槽的外径为8mm, 轴向长度为15mm, 螺纹线数为6, 导程为15mm, 螺旋槽为矩形, 槽面宽为1mm, 槽底宽为1.5mm, 槽深为0.8mm;内轴左螺旋槽的内径为2.8mm, 轴向长度为15mm, 螺纹线数为6, 导程为15mm, 螺旋槽为矩形, 槽面宽为1.5mm, 槽底宽为1mm, 槽深为0.6mm。单节外螺旋机器人的结构参数与内外螺旋机器人外壳结构参数相同。双节外螺旋机器人的结构参数与单节外螺旋机器人结构参数相同, 只是变成了两节旋向相反的螺旋槽, 同时每节轴向长度均为15mm, 总长度增大一倍, 即两节旋向相反的螺旋槽的外径为8mm, 螺纹线数为6, 导程为15mm, 螺旋槽为矩形, 槽面宽为1mm, 槽底宽为1.5mm, 槽深为0.8mm。

为了对比的统一, 假定内外螺旋机器人的外螺旋转速从600r/min变化到1200r/min, 机器人内螺旋转速为0;单节外螺旋机器人的外螺旋转速从600r/min变化到1200r/min;双节外螺旋机器人的右螺旋转速从300r/min变化到600r/min, 左螺旋转速从-300r/min (反转) 变化到-600r/min, 转速之和从600r/min变化到1200r/min。

图4所示为内外螺旋机器人、单节外螺旋机器人和双节外螺旋机器人的轴向推进力随着外螺旋转速的变化曲线。由图4可以看出, 三者的轴向推进力几乎相等。根据前面3种螺旋机器人的几何参数, 计算得到内外螺旋机器人、单节外螺旋机器人、双节外螺旋机器人的实体体积分别为464.8mm3、590.8mm3、1181.6mm3, 即内外螺旋机器人的实体体积小于单节外螺旋机器人和双节外螺旋机器人的实体体积, 因此内外螺旋机器人单位有效体积的推进力最大, 或者说获得相同大小的轴向推进力前提下, 内外螺旋机器人的重量最轻。

图5所示为3种机器人的管道壁所受最大压力随着外螺旋转速的变化曲线。由图5可以看出, 内外螺旋机器人和单节外螺旋机器人产生的管道壁所受最大压力基本相同, 且为双节外螺旋机器人产生的管道壁所受最大压力的两倍。由于管道壁所受的高压区域主要分布在螺旋机器人的周围, 而双节外螺旋机器人的轴向总长度是内外螺旋机器人和单节外螺旋机器人轴向长度的两倍, 因此高压区范围也是其两倍。

图6所示为3种机器人的承载力随着外螺旋转速的变化曲线。由图6可以看出, 液体对单节外螺旋机器人和双节外螺旋机器人的承载力基本相同, 且都远小于液体对内外螺旋机器人的承载力, 这说明, 采用内外螺旋的结构, 增大了液体对机器人的承载力, 即损伤性更小, 同时承载力的增大使得内外螺旋机器人可以携带更多装置。

图7所示为3种机器人的周向阻力矩随着外螺旋转速的变化曲线。由图7可以看出, 三者所受的液体对其周向阻力矩几乎相等, 这说明, 3种机器人克服液体对阻碍其周向旋转所做的功是相同的。同时, 三者的周向阻力矩也是随着转速的增加而增大, 这也与实验结果相同[10]。

综上分析, 内外螺旋机器人总体性能优于单节外螺旋机器人和双节外螺旋机器人。

2 内外螺旋机器人结构参数优化

对内外螺旋机器人来说, 运行速度是机器人性能的一个重要指标。要增大机器人的运行速度, 也就是要提高液体对机器人的轴向推进力。内外螺旋机器人的结构参数主要包括内螺旋槽结构参数和外螺旋槽结构参数。内螺旋槽结构参数如图8所示, 主要包括: (1) 槽根宽a1、 (2) 槽面宽b1、 (3) 倾角α1、 (4) 螺旋槽槽深h1、 (5) 螺纹升角Φ1、 (6) 螺纹线数n1。图中t1表示内螺纹螺距, 且Φ1=arctan (n1t1/ (πd1) ) , 其中d1为内螺旋槽外径。外螺旋槽结构参数如图9所示, 包括: (1) 槽口宽a2、 (2) 槽底宽b2、 (3) 倾角α2、 (4) 螺旋槽槽深h2、 (5) 螺纹升角Φ2、 (6) 螺纹线数n2。图9中R表示管道半径, r2表示机器人外壳半径, e2表示偏心距, t2表示外螺纹螺距, 且Φ2=arctan (n2t2/ (πd2) ) , 其中, d2为机器人外径, d2=2r2。

2.1 内外螺旋转速对机器人性能影响

考虑到机器人结构参数较多, 首先来分析内外螺旋槽转速变化对机器人轴向推进力的影响。假定机器人螺旋槽结构参数同上节所述, 同时运行速度为0, 机器人外螺旋的初始转速为600r/min, 机器人内螺旋的初始转速为-600r/min, 且机器人外螺旋转速从200r/min变化到1000r/min, 机器人内螺旋转速从-200r/min变化到-1000r/min, 其他参数如下:液体密度为1000kg/m3, 液体黏度为1Pa·s, 管道直径为12mm, 管道中心线与机器人中心线重合。

图10所示为机器人轴向推进力随着内螺旋转速和外螺旋转速变化的曲线。可以看出, 外螺旋转速的变化对机器人运行性能的影响明显高于内螺旋转速的变化, 机器人轴向推进力随着外螺旋转速的增大而增大, 而随着内螺旋转速的增大基本没有变化。因此, 要改变内外螺旋机器人的运行性能, 首先应该改变外螺旋的参数。

2.2 单个结构参数的影响

根据上述结论忽略内螺旋槽结构参数对机器人性能的影响, 只考虑外螺旋槽结构参数对机器人性能的影响。

在数值计算中, 假定机器人与内腔管壁之间充满液体, 液体密度为1000kg/m3, 液体黏度为1Pa·s, 并假定管道直径为12mm, 长度为75mm。机体内轴左螺旋槽参数取值如下:内径为2.8mm, 轴向长度为15mm, a1=0.5mm, b1=0.5mm, α1=90°, h1=0.6mm, Φ1=40°, n1=8。机器人外壳右螺旋槽参数取值如下:外径d2为8mm, 轴向长度为15mm, 初设a2=0.5mm, b2=0.5mm, α2=90°, h2=0.6mm, Φ2=30°, n2=6。同时设置外螺旋转速为600r/min, 内螺旋转速为-600r/min。

图11画出了内外螺旋机器人轴向推进力随参数a2的变化曲线。在图中, 假定参数b2=0.5mm, α2=90°, h2=0.6mm, Φ2=30°, n2=6, 参数a2从0.25mm变化到1.75mm。从图中可以看出, 随着参数a2的增大, 机器人轴向推进力也随之增大, 说明内外螺旋机器人轴向推进力与参数a2成线性关系, 机器人轴向推进力的最大值出现在a2为1.75mm处, 此时轴向推进力为2.06mN。

图12画出了内外螺旋机器人轴向推进力随参数b2的变化曲线。在图中, 假定参数a2=0.5mm, α2=90°, h2=0.6mm, Φ2=30°, n2=6, 参数b2从0.25mm变化到1.75mm。从图中可以看出, 随着参数b2的增大, 机器人轴向推进力呈波浪形变化, 说明内外螺旋机器人轴向推进力与参数b2成非线性关系, 机器人轴向推进力的最大值出现在b2为1.50mm处, 此时轴向推进力为0.59mN。

图13画出了内外螺旋机器人轴向推进力随参数α2的变化曲线。在图中, 假定参数a2=0.5mm, b2=0.5mm, h2=0.6mm, Φ2=30°, n2=6, 参数α2从30°变化到150°。从图中可以看出, 随着参数α2的增大, 机器人轴向推进力成波浪形变化, 说明内外螺旋机器人轴向推进力与参数α2成非线性关系, 机器人轴向推进力的最大值出现在α2为110°处, 此时轴向推进力为0.40mN。

图14画出了内外螺旋机器人轴向推进力随参数h2的变化曲线。在图中, 假定参数a2=0.5mm, b2=0.5mm, α2=90°, Φ2=30°, n2=6, 参数h2从0.2mm变化到1.4mm。从图中可以看出, 随着参数h2的增大, 机器人轴向推进力开始变化不大, 而后增大再减小, 说明内外螺旋机器人轴向推进力与参数h2成非线性关系, 机器人轴向推进力的最大值出现在h2为1.2mm处, 此时轴向推进力为0.59mN。

图15画出了内外螺旋机器人轴向推进力随参数Φ2的变化曲线。在图中, 假定参数a2=0.5mm, b2=0.5mm, α2=90°, h2=0.6mm, n2=6, 参数Φ2从30°变化到60°。从图中可以看出, 随着参数Φ2的增大, 机器人轴向推进力先增大, 后变化不大, 再减小, 说明内外螺旋机器人轴向推进力与参数Φ2成非线性关系, 机器人轴向推进力的最大值出现在Φ2为35°处, 此时轴向推进力为0.44mN。

图16画出了内外螺旋机器人轴向推进力随参数n2的变化曲线。在图中, 假定参数a2=0.5mm, b2=0.5mm, α2=90°, h2=0.6mm, Φ2=30°, 参数n2从6变化到12。从图中可以看出, 随着参数n2的增大, 机器人轴向推进力先增大后减小, 这与外螺旋机器人的情况相似[11], 说明内外螺旋机器人轴向推进力与参数n2成非线性关系, 机器人轴向推进力的最大值出现在n2为10处, 此时轴向推进力为0.87mN。

综上, 从单个结构参数的影响来看, 每个外螺旋槽结构参数对内外螺旋机器人性能的影响都是非线性的, 而且它们之间也不是相互独立的, 因此上述研究的结构参数组合并不一定是最优的结构参数组合。而上述研究中的最优结构参数组合为:a2=1.75mm, b2=0.5mm, α2=90°, h2=0.6mm, Φ2=30°, n2=6, 此时, 内外螺旋机器人轴向推进力数值为2.06mN。

2.3 结构参数组合的正交优化

考虑到6个外螺旋槽结构参数对内外螺旋机器人性能的影响是相互耦合的, 为了找到这些结构参数的最优组合使得机器人轴向推进力最大, 引入正交试验优化方法。

把参数螺纹升角Φ2改为了参数螺纹导程s2 (s2=n2t2) , 同时减小每个结构参数的取值范围, 设定6个结构参数为6个试验因素, 每个参数给出5个有代表性的不同数值代表5个试验水平, 试验指标为内外螺旋机器人轴向推进力。如全部试验, 共需要56=15625次试验, 才能找到一组最优组合。参考文献[12], 采用表1所示的L20 (56) 正交表, 只要经过20次试验, 就可以获得最优的解 (表1中黑体所示) 。

对表1中的20组设计参数全部进行内外螺旋机器人系统的建模和相应的三维数值模拟计算。从表中计算结果可以看出, 使机器人运行性能最优 (即机器人轴向推进力最大) 的外螺旋槽结构参数组合为:a2=1.25mm, b2=0.75mm, α2=70°, h2=0.8mm, s2=15mm, n2=10, 此时机器人轴向推进力数值最大, 为3.67mN, 高于上述单个参数变化时最大的机器人轴向推进力2.06mN。

为了量纲一化, 定义槽口宽与螺距之比β21=a2/t2, 槽底宽与螺距之比β22=b2/t2, 槽深与外径之比γ2=h2/d2, 并且螺纹升角Φ2=arctan (s2/ (πd2) ) 。因此, 在参数β21=0.5, β22=0.3, α2=70°, γ2=0.1, Φ2=30°, n2=10时, 内外螺旋机器人轴向推进力数值最大。

3 结论

(1) 对比研究了内外螺旋机器人、单节外螺旋机器人和双节外螺旋机器人的轴向推进力、管道壁所受最大压力、液体对机器人的承载力和液体对机器人周向阻力矩与其外壳转速的关系, 得出内外螺旋机器人单位有效体积的推进力和液体对其的承载力最大的结论。

(2) 数值计算了内螺旋转速和外螺旋转速的变化对机器人轴向推进力的影响, 得到如下结果:外螺旋转速的变化对机器人运行性能的影响明显高于内螺旋转速的变化, 机器人轴向推进力随着外螺旋转速的增大而增大, 而随着内螺旋转速的增大变化较小。

(3) 数值分析了内外螺旋机器人外螺旋槽结构参数 (槽口宽a2、槽底宽b2、倾角α2、螺旋槽槽深h2、螺纹升角Φ2和螺纹线数n2) 对内外螺旋机器人轴向推进力的影响, 得到除参数a2外的5个结构参数和内外螺旋机器人轴向推进力都成非线性关系的结论, 运用正交试验优化设计方法, 得到一组最优的外螺旋槽结构参数组合, 即β21取0.5, β22取0.3, α2取70°, γ2取0.1, Φ2取30°, n2取10时, 机器人轴向推进力数值最大。

摘要：数值比较了内外螺旋机器人、单节外螺旋机器人和双节外螺旋机器人的轴向推进力、管道壁所受最大压力、液体对机器人的承载力和液体对机器人周向阻力矩与其外壳转速的关系, 分析了内螺旋转速和外螺旋转速的变化对机器人轴向推进力的影响以及机器人外螺旋槽结构参数 (槽口宽a2、槽底宽b2、倾角α2、螺旋槽槽深h2、螺纹升角Φ2和螺纹线数n2) 对机器人轴向推进力的影响, 并运用正交试验优化方法优化了外螺旋槽结构参数组合。结果表明:内外螺旋机器人单位有效体积的推进力和液体对其的承载力最大;外螺旋参数的变化对机器人性能的影响远大于内螺旋参数的变化对机器人性能的影响;机器人外螺旋槽结构参数和机器人轴向推进力成非线性关系。在管道直径和机器人内外径确定的条件下, 一组最优的外螺旋槽结构参数组合为:a2=1.25mm, b2=0.75mm, α2=70°, h2=0.8mm, Φ2=30°, n2=10。

关键词：管道机器人,内外螺旋,性能,结构参数,正交优化

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网络结构分析和优化 篇9

南京广播电视台播出网络建于2002年, 基于以太网结构, 由2个互相独立的视频网络和数据网络组成。视频网络主要连接6个BMC视频服务器以及BOSS控制机和状态监测机, 通过引用MediaCluster核心技术, 实现多级故障自恢复功能。在视频数字网络平台上以SeaNet协议实现它在各节点间运用RAID平方技术, 将经压缩后的音视频数据拆分成数据块, 再与其校验数据以恒定的比特流方式均匀地存储在每一个服务器的磁盘阵列中, 使得服务器之间传输数据时网络达到均衡, 解决了网络冲突和阻塞。数据网络是百兆网, 连接了主备数据库服务器、各频道播出主备机、上载和审查、总编室编播机和监测机等。数据网的核心交换设备是3台千兆/百兆自适应交换机。2005年本台新增了2个频道, 随即计划借此次设备和网络的扩容, 将原先的近线存储升级出一个离线存储平台, 大幅度提高系统的节目存储, 为日后媒资系统的建立积累经验和基础。此次升级不是简单对原系统的扩容, 而是以SEACHANGE推出的BM-LE硬盘系统搭建一个新的平台, 这个平台不仅要完成新增2个频道的播出, 实现远程广告部广告素材的远程上载和审查, 而且还将作为一个大的离线存储系统进行更深层次的节目存储。从网络结构上来看, BMLE系统的视频子网在自成网络的同时, 通过2台迁移工作站并入原近线存储网络。新数据网络并入原先数据网络以共享数据。另外, 在外办公的广告部设立上载和审查终端, 实现广告节目单和广告节目的远程上载和审查。新增SMC交换机9台, 不仅负责普通数据的传输, 也同时负责视频素材的传输, 因此必须具备传输超长帧的能力。

2 播出网络的问题分析及优化改造

经过长期的运行和多次的系统改造, 整个网络系统与最初设计相比已经有了很多改动, 因此需要进行网络分析和改造。具体实施过程如下:

1) 重新全面审核所有网络设备和终端, 确认网络系统中的各个节点。本台播出网络现有视频服务器10台、编解码I/O工作站5台、迁移服务器2台、播出控制机18台、上载工作站10台、审查工作站8台、报警机2台、矩阵控制工作站4台等。原先工程期间都依据完备的系统框图进行施工, 原图基本正确, 但是有一些在后期改造工作后未及时修正的内容需要补充, 有一些更改的设备和线号需要及时更正。

2) 依据系统框图, 经仔细核对两端线号, 确定无效和空挂连接11处, 这都是在以往各次系统改造升级过程中遗漏和未完全匹配的连接, 对现有网络影响不大, 但是过多的无效连接会对正常网络改造工作造成干扰。另外, 还有不存在和已被更新的设备5个, 予以修正。

3) 此次网络分析的重点是采用Tektronix公司的便携网络分析仪Fluke对整个网络进行分析, 找出潜在的问题和不稳定因素。Fluke网络分析仪基于Windows平台, 安装了OptiView网络分析软件, OptiView网络分析解决方案配备了以太和光纤接口, 是硬件和软件的集成式解决方案, 可以提供对整个网络的分布式的透视能力, 可以同时进行协议分析、流量分析和网络搜索, 提供快速、易用的深层透视功能、有助于优化WAN, LAN和WLAN性能。

首先, 将网络分析仪接入任意一台全局交换机, 跨子网对整个网络状况有一个大致的印象, 观察哪些端口的数据流量有异样、分析网络中的各种协议、排查网络中可疑的子网段和网络地址 (见图1) 。其中的工作重点是针对数据子网协议饼图中占百分比较高的Spanning Tree数据包进行分析。生成树协议 (Spanning Tree Protocol, STP) 是交换式以太网中的重要概念和技术, 该协议的目的是在实现交换机之间的冗余连接的同时, 避免网络环路的出现, 实现网络的高可靠性。它通过在交换机之间传递桥接协议数据单元 (Bridge Protocol Data Unit, BP-DU) 来互相告知诸如交换机的桥ID、链路性质、根桥 (Root Bridge) ID等信息, 以确定根桥, 决定哪些端口处于转发状态, 哪些端口处于阻断状态, 以免引起网络环路。网络环路的产生通常有3种情况:多帧复制 (Multi ple Frame Copies) ;MAC地址数据库的不稳定和端口漂移 (MAC Database Instability) ;广播风暴 (Broadcast Storms) 。针对此类网络冗余环路的解决方案就是STP。同时, 一个网络中出现大量STP包就可能是因为网络结构中存在环路, 当环路过多触发了大量的STP包时, 正常的网络通信可能会受到影响。经过仔细的观察和分析, 通过追踪集中触发STP包的网络端口数据, 确定网络中主要发出Spanning Tree数据包的原因不是因为网络成环, 而是BMLE子网和数据子网的连接端口所在的SMC交换机频繁发送STP数据包, 经查阅SMC交换机相关资料可以确定这里的Spanning Tree数据包是正常的。

然后, 将FLUKE镜像到之前整网分析中确定的那些通信量多和通信包比较可疑的端口, 确定此端口上的不正确连接以改正, 并对可进行分流的进行分流 (见图2) 。比如迁移主机同时承担了迁移和素材实时监测的任务, 为了减轻此端口的网络负担, 将素材实时监测任务放到迁移备机上运行, 让2台机器各执行一项任务, 提高了迁移子网的稳定性。

分析仪显示, 在系统测试期间设置早已不用的几个子网网段和一些废弃的机器IP地址还在不停发出ARP数据包, 不仅加大了网络通信负担, 也干扰了正常的网络分析判断。立即对服务器、工作站进行了清理和更新。

4) 本台在2005年新系统中引入了9台SMC专业交换机在线工作。此交换机不仅可以10/100/1 000 (Mbit/s) 自适应, 而且为了同时传输编码后的SDI视频数据, 交换机内置了支持巨型帧的Jumbo Frame协议, 对这些交换机的及时检查和管理是相当重要的。而SMC交换机出厂默认是没有IP设置的, 因此只能采用串口的超级终端的命令行方式进行管理, 不仅命令繁琐, 而且查询结果不直观。先利用超级终端对交换机进行IP地址和主机名的设置 (见图3) ;再对旧的静态和动态地址表进行清理, 清除交换机中未及时清理的废弃地址对象;最后将改动写入启动配置文件, 以后正常和非正常重启都可以在第一时间恢复正常工作状态。新采购的备份交换机可以随时上线替换出现问题的交换机。

另外, 此次网络监测中发现了1台有隐患的SMC交换机, 这台交换机工作状态不稳定, 经常会堵塞BMC子网和BMLE子网的通信, 而BMC子网联系不到BMLE子网的时候就会误删一些它认为在离线存储中找不到的素材, 而这些素材就是BMC播出子网中即将播出的素材, 几次都形成了播出险情。在替换了这台交换机后, 之前发生误删的错误就完全得以解决了。

3 小结

网络结构分析和优化 篇10

从世界经济发展的历史来看,产业结构调整是伴随经济总量扩张和水平提高而必然面临的经济过程,是经济发展不可逾越的阶段和不可回避的问题。在现代经济增长中,产业结构和经济发展密切相关,产业结构和经济结构状况共同反映一国的经济发展方向和发展水平,制约着经济发展速度,产业结构调整成为影响区域经济增长和效益的重要因素,产业结构的优劣被认为是一个区域经济发展质量和水平的重要标志。通过调整产业结构,实现产业结构合理化和高度化,来提高一国产业经济的竞争力,成为世界各国在经济全球化背景下谋求快速发展的重要路径。

从我国经济发展的过程来看,产业结构调整始终作为各级政府转换生产方式,提高区域经济运行质量的一个着力点,特别每当宏观经济基本面出现过热或者下行风险时,产业结构调整更加凸显其作为宏观经济调控手段的重要作用。不少地区均以纽约、香港、北京、上海、深圳等发达地区为标杆提出各自近期的奋斗目标。

这里引出一个疑问,我国县域经济在经济发展的过程中,产业结构调整是否存在一个绝对和必然产业演进路径,即现在发达地区的产业结构是否可以作为其他相对落后县域经济未来发展的必然方向?本文将县域产业结构调整置于资源配置效率的视角,试图对当前县域产业结构调整实践提供另外一种解释。

2 产业结构演进理论简述

区域产业结构的调整和优化,本质是产业结构的演进。产业结构演进理论是区域经济和产业经济理论重要的一支,早在17世纪,英国经济学家威廉.配第(William Petty)就发现了低劳动生产率的产业(如农业)向高劳动生产率的产业(如工业)转移,使经济发展的根本动力。美国经济学家克拉克在英国经济学家威廉.配第的基础上提出了“经济发展过程中,就业人口在三次产业间变化——随着人均收入水平的提高,劳动力首先由第一产业向第二产业转移;当人均收入水平进一步提高时,劳动力便由第二产业向第三产业转移”的“配第一克拉克定理”。美国经济学家库兹涅茨在继承克拉克成果的基础上,又侧重于从三次产业占国民收入比重变化的角度论证了产业结构演变规律。后来钱纳里等人在库兹涅茨研究的基础上研究了整个经济结构变化过程,得出了产业结构变化过程的动态形式。

从目前国内学界对产业结构演进的认识来看,绝大多数都是依据克拉克、库兹涅茨和钱纳里、霍夫曼等经济学家的成果,进行逐步深入的经验数据的实证研究,试图揭示出在总量增长过程中表现出明显特征的产业结构演进的一般规律,以此来对照衡量中国现行的产业结构的质量,这是国内产业结构研究的一个普遍路径。

3 县域产业结构调整与资源有效配置分析

3.1 县域经济发展可利用资源涵义

通常意义上,资源是指社会经济活动中人力、物力和财力的总和,是社会经济发展的基本物质条件。从经济学的角度去认识,资源都是稀缺的。如何有效使用资源,是经济学的一个永恒主题,从而要求人们对有限的、相对稀缺的资源进行合理配置,以便用最少的资源耗费,生产出最适用的商品和劳务,获取最佳的效益。经济地理理论认为,一个国家或者地区的产业结构与资源禀赋密切相关。迈克尔·波特在《国家竞争优势》中将政府、企业和市场对资源配置能力作为构建核心竞争力的关键因素。一般来说,资源如果能够得到相对合理的配置,经济效益就显著提高,经济就能充满活力;否则,经济效益就明显低下,经济发展就会受到阻碍。从资源利用的角度上来看,县域经济发展可利用资源分为区域内可以利用资源和区域外可利用资源。区域内可利用资源则是通常所说的自然资源禀赋,是指由于各自的地理位置、气候条件、自然资源蕴藏等方面的不同所导致的专门从事不同部门产品生产的格局。自然资源禀赋论认为,由于自然资源禀赋存在“有与无”、“多与少”、经济与战略上的四种差异而产生产业分工。

此外,从资源的形态上来看,区域可利用资源可以分为有形资源和无形资源。经济全球化下经济地域界限日益模糊,无形资源(如企业家才能、区域品牌、产品品牌等)对区域发展的作用越来越大。

3.2 资源有效配置下的区域产业结构合理化分析

在社会化大生产条件下,资源配置有两种方式:一种是计划配置方式,由政府或者其他机构根据社会需要和可能,以计划配额、行政命令来统管资源和分配资源;另外一种是市场配置方式,依靠市场运行机制进行资源配置的方式。这种方式可以使企业与市场发生直接的联系,企业根据市场上供求关系的变化状况,根据市场上产品价格的信息,在竞争中实现生产要素的合理配置。

效率是经济学研究的一个核心问题,在新古典经济学理论中,效率被理解为资源配置效率,新制度经济学在新古典经济学的基础上,提出了制度效率的适应性问题。所谓有效配置资源,意味着资源在保证最大限度地满足社会需要的过程中,能集中在技术先进、经营管理完善、成本低和效益高的优势企业。因此,将县域经济发展置于全国和全球经济发展的范围来看,区域产业结构可以视为是一个对区域可利用资源的转换器,它将各种资源转化为各种产品和服务,以满足市场需求,它的位置和作用可用图1来表示。

从产业结构作为一个资源配置的转换器来看,若区域产业结构并不具备良好的资源配置能力,即使该区域良好的天赋资源优势,也不一定必然带来经济的持续增长,并且往往容易陷入资源优势陷阱,这就是在全球范围内出现的所谓“资源诅咒”现象。从国内的情况看,90年代中后期,以东北、山西为代表的资源型地区陆续出现了经济结构、经济增长、居民收入、资源环境、社会就业等诸多问题,这些地区近年来经济发展依靠加大对不可再生的矿产资源开发力度,但是比较优势并没有形成竞争优势,竞争优势没有得到明显提升,在区域竞争力的排行中位次依然比较靠后。随着资源的枯竭,这些地区经济转型的任务将更加艰巨。

资源配置效率下,分析县域产业结构是否合理,本文认为,关键并不在于该区域三产的比例多少,也并不存在一个必然的发展路径和模板可以参考,可以从以下几个方面来考量县域产业结构的合理性。一是从静态和动态的角度。静态上的产业结构合理化是指在不同经济发展阶段,资源在区域各产业间的分布保持一定数量比例关系,区域产业数量和规模比例合理,从县域经济发展的实践看,各产业结构的规模和数量不是一蹴而就,而是对区域资源禀赋进行长期配置的历史变迁过程。本文认为,区域产业结构的合理性更为关键在于产业结构的动态适应性,即区域经济总量增速协调及投入产出均衡,与需求结构相适应并能随需求结构变化而变化,与资源结构协调,有效利用区域资源,并利用区际资源弥补资源短缺较好满足投资和消费需求,能有效参与区际分工,获得比较利益,资源利用和转换符合循环经济模式。美国经济学家诺斯在《区位理论和区域经济增长》中提出的区域经济增长的输出基础模型认为区域增长主要是由区域对外部世界需求的反应决定的,这种反应促进了经济基础部门(即输出部门)和只为前者服务的非基础部门的增长,区域不一定需要工业化来增长,区外需求是区域经济增长的主要原动力,一个区域的经济增长主要由该区域的输出产业决定。二是从时间和空间的维度。产业结构时间维度的合理性是指产业结构促进经济发展应该具有可持续性,短期效应上,产业结构合理化是指区域内能生产可竞争性产品,产品能顺利地完成市场实现,总供给与总需求大致平衡,可以支撑区域经济快速发展,长期效果上,产业结构在促进经济发展商具有内生的结构效应,具备并且能够连续不断的产生可持续发展的经济增长点。产业结构的空间合理性则是指产业的分布和产业间的横向和纵向合理性关联,即资源在不同产业间的配置和转换能力,不存在域内资源的浪费、利用不足或者恶性竞争,不同产业对不同资源利用充分,主导产业向产业链高端集中,瓶颈产业能及时转换效率和产业聚合质量,主导产业、新兴产业、传统产业共同构成一个抗风险的区域经济系统。因此,本文认为县域产业结构的合理化是追求产业规模、比例、增速的动态均衡及产业素质提升,过程是区域资源转换链的良好运转,终极目的是提高区域核心竞争力,促进区域经济可持续发展。

3.3 资源有效配置下的区域产业结构优化分析

县域产业结构优化到底优化什么?怎么优化?很少人对这些给出明确的答案,或者泛泛而谈,应该说,即使没有这次金融危机的出现,区域产业结构优化和调整也是区域经济发展的一个重要课题,这也是本文试图回答的问题。本文认为县域产业结构优化要注重以下几个问题。

3.3.1 优化的目的产业结构本身存在两个含义,第一是量,第二是质。

一般而言,产业结构的量指的就是三次产业之间的比例、规模,产业结构的质则是体现在对资源的配置效率上。并且,产业结构的优化与区域经济总量的发展密不可分。库兹涅茨在《现代经济增长》中提到“……在任何时代,增长不仅仅是整体上的变动,还应包含结构的转变。即使这种增长的冲动是由重大技术创新带来的,每个社会在采用这种技术时必须调整现有的制度结构。这意味着社会组织的巨大变动——新制度的产生和旧制度的逐渐淘汰……”。世界银行在《增长的质量》(2002)中也指出造成区域经济发展差异的重要原因在政策和治理结构的不同。在经济实践活动中,经济总量的增长与产业结构的变动、调整是互为因果的,区域经济的发展就是总量与结构都处于不断变动演化和相互适应的结果。这也是本文一直强调的区域产业结构优化,目的不在于对结构本身进行调整,终极目的是为了该区域经济总量和质量的提高,即可持续的快速发展,可持续则是体现产业结构在提高区域经济抗风险能力上的内生作用。

3.3.2 县域产业结构优化要注意宏观产业调整和微观层面产品结构调整的结合。

国家制定的产业政策具体到县域经济的发展很有可能适合性不是那么强,所以要更加注重产业政策的区域化。从目前我国县域经济发展阶段来看,尽管不少学者提出有的地区进入了后工业化的早期阶段,但从这次金融危机造成的影响来看,我们的县域经济都还处于一个低水平的总量扩张阶段,经济规模和质量都显得很脆弱。克鲁格曼最近就中国贸易顺差、比较优势以及中国经济前景的分析中就认为,比较优势仅仅决定了一个国家大体出口什么东西,却并不决定出口的量。县域经济的发展也是如此,就县域经济发展来看,充分利用区域内外的资源,构建区域产业结构调整的市场支撑体系和产业整合体系更为重要,即建立以需求为主、以市场为导向、以效益为主线的产业分布结构,一方面通过产业整合体系,通过产品集散地——企业聚集地——产业集聚的路径进行企业资源整合,另一方面采取鼓励支持骨干企业的技术创新、培育上市企业、打造区域产品品牌微观经济刺激措施等,形成县域经济发展的核心竞争力,似乎更加符合当前经济发展的现实。

3.3.3 注重创新和培育新的经济增长点

县域经济要实现可持续发展,就需要打造新的经济支撑点,形成新的主导产业和支柱产业。罗斯托的“起飞理论”认为,不论在任何时期,甚至在一个成熟并继续成长的经济中,前进的冲击力之所以能够保持,是由于为数有限的主导部门的扩大又对其他产业部门的发展产生了重要作用。区域产业结构优化一方面指本文前面所谈到的合理化,另外一方面就是高级化,即区域主导产业和支柱产业能够不断进行技术创新,不断提高产业结构素质(要素质量、要素间的结合效益、产业间纵向和横向联系方式),区域产业和产品附加值不断提高,结构的高级化不是指产业间的比重必须按照什么比例,这要求我们正确处理发展高技术产业与改造提升传统产业的关系,高技术产业与传统产业的划分本身就是相对的,随着时间的推移、经济的发展和科技的进步,二者会发生一定程度的裂变和转化,它们之间不是对立,而是一种相互依赖、相互促进的关系,高技术产业是改造和整合传统产业的强大动力,而传统产业的发展也为高技术产业成长壮大提供了广阔的市场。还应该正确处理好主导产业与支柱产业,农轻重,高增长部门、一般增长部门和潜在增长部门的速度协调和比例协调关系。

3.3.4 构建产业结构优化的政策支撑体系

新中国成立50年来,我国产业结构经过了由“重、轻、农”到“农、轻、重”,再到一、二、三产业的调整优化演进过程,在这个过程中,县域产业结构演进从来都是强制性的制度变迁和诱导性的制度变迁结合的过程,即政府和市场机制对区域资源配置的职能相互交织在一起的结果。这次金融危机的一个重要启示就是市场对资源的自发配置如果没有适度的监管将会严重影响经济社会的正常运行,县域产业结构的调整优化也离不开政府职能的发挥。区县政府职能的发挥体现在当地产业的发展上,可以以区域产业规划、产业政策、人才引进政策、中小企业扶持政策、高科技产业鼓励政策等为内容的产业发展政策体系,形成区域经济良性发展的政策小气候。金融危机中政府出台的一揽子刺激经济计划和各地政府采取的各项为中小企业解决融资难的措施无不体现出这一点,在经济运行中,政府职能的发挥不能缺少,监管不能缺失。

4 结论

本文从资源配置的效率的角度出发,以县域产业结构为研究对象,分析了县域产业结构的演进、产业结构的合理性、调整和优化,认为:

4.1

县域产业结构的合理性不完全体现在三产的比例关系上,产业结构的合理性体现在其对区域资源配置的时间和空间、静态和动态效应上,应该从其对区内和区外资源的配置效率、对需求结构的动态适应性、对产出结构的调整灵敏性上来判断。从资源配置方式上来看产业结构合理性,也就不难解释当前县域经济产业结构的趋同现象。经济发展实践中的产业结构趋同不能用纯学术的角度来分析,除去政府与市场博弈中对区域经济产业结构形成过程的强制性制度变迁因素影响,绝大部分产业园区都以几个相同的产业为经济支撑点,是对区域资源最有效分配的必然的自适应选择。

4.2 县域经济的建设一定要按照规律办事,经济发展有自身的规律,产业结构演进也不例外。

先进地区的产业结构只是一个参考,不能照搬,自身的产业结构调整和选择必须科学,县域产业结构演变的作用力来源于资源在不同产业之间的流动和重新配置,主导产业、支柱产业的选择和培育、产业间的横向和纵向联系,必须着眼于充分利用区域资源,着力于形成区域的核心竞争力,使得区域产业结构效应成为促进经济可持续增长的内生动力,让合理的产业结构成为区域经济发展的刚性制度资源。

4.3 要充分重视并正确发挥政府在调整产业结构中的作用。

网络结构分析和优化 篇11

[关键词] 单层门式刚架 柱脚连接 梁截面形式 屋面坡度 经济效益

[Abstract] Based on one single story light-weight portal frame factory building in Qingdao, four different structural schemes were discussed，and the modals were calculated by PKPM structure calculation software. The influence of column base and forms of beam section to the deformation and lateral displacement of the steel structure were compared. Moreover, the overall economic efficiency and the range of the roof gradient of the structure were analyzed. The research results showed that hinged column base was the optimization for a single-story workshop without crane, and when the span was large, variable cross-section beam could achieve good economic. This article could serve as a beneficial reference for the similar engineering design.

[Keywords] single story light-weight portal frame column base forms of beam section roofing slope economic benefit

1、概述

轻型门式刚架由于柱网布置灵活、自重轻、工业化程度高、综合经济效益高等优点已被广泛的用作轻型单层工业厂房的主要承重骨架[1-3]。在轻型门式刚架结构设计中,柱脚设计、梁截面的选择、屋面坡度等是设计的重要环节，本文以青岛某单层轻型门式钢结构厂房为背景，通过对柱脚连接、梁截面形式、屋面坡度对厂房结构变形挠度、侧移影响的分析，确定出结构的最佳结构方案。

工程概况：该工程位于青岛即墨市，采用双跨中间摇摆柱轻型门式刚架结构，柱高6.0m，跨度18m，柱距8m，抗震设防烈度按6度，设计基本地震加速度值为0.05g,设计地震分组为二组，基本风压为0.6kN/m2，基本雪压为0.2kN/m2，刚架活荷载标准值为0.3kN/m2，檩条活荷载标准值为0.5kN/m2。

2、结构方案选择

为了研究柱脚形式、梁截面形式对结构挠度或侧向刚度的影响，分别建立了四种结构模型，模型1：柱脚为平板铰接柱脚，梁截面为等截面；模型2：柱脚为刚接柱脚，梁截面为等截面；模型3：柱脚为平板铰接柱脚，梁截面为变截面；模型4:柱脚为刚接柱脚,梁截面为变截面。结构方案形式见表1。

框架柱高H=6m，跨度L=18m，变截面梁按比例3:4:3取值L1=5.4m，L2=7.2m，L3=5.4m，钢梁坡度i=8%，矢高f=1.44m。不包括结构自重的永久荷载标准值q=2.4kN/m。按《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》(CECS102:2002)第3.2.2条规定,对受荷水平投影面积大于60m2的刚架构件，屋面竖向均布活荷载的标准值可取不小于0.3kN/m2,本工程受荷水平投影面积为18×8=144m2＞60m2，所以屋面活荷载取为0.3kN/m2。结构形式计算简图见图2。

（ａ）模型１计算简图 （ｂ）模型２计算简图

（c）模型3计算简图 （ｄ）模型４计算简图

图2 结构形式计算简图

3、结构方案分析

采用中国建筑科学研究院编制的PKPM的STS模块对该结构建模，按平面结构体系进行分析。梁柱截面尺寸见表2，钢材采用Q235B。

3.1荷载组合

本工程的门式刚架结构，承载能力极限状态计算时，考虑了3种荷载组合，分别为：

（1）1.2×恒载+1.4×活载；

（2）1.0×恒载+1.4×风荷载；

（3）1.2×恒载+0.9×(1.4×活载+1.4×风荷载);

对结构的正常使用承载状态进行计算时，选用荷载的标准组合。

3.2 模型计算

钢架设计时，因为门式刚架的梁、柱连接不可能是完全刚性的，连接节点会发生一定的塑性变形，从而导致刚架内力的重分配，梁端应力降低，梁跨中应力升高，跨中的富裕大一些[4-5]，所以钢梁的应力比在端部控制在0.9左右，跨中应力比控制在0.8左右。在STS中对门式刚架计算时，按平面单元对结构进行了弹性内力分析，不考虑力蒙皮效应。

图3模型1应力比计算结果图4模型2应力比计算结果

图5模型3应力比计算结果图6模型4应力比计算结果

3.3侧移计算

模型1和模型2为等截面的门式刚架，柱顶侧移的计算是采用的结构力学的方法，计算结果见表3。

模型3和模型4为变截面门式刚架，柱顶侧移分别采用下列公式计算

柱脚铰接：

柱脚刚接:

式中 ——刚架柱与横梁的线刚度比值；

h、L——刚架柱的高度和刚架横梁的跨度；

Ic,Ib——刚架柱和横梁的平均弯矩；

H——刚架柱顶的等效水平力，水平均布风荷载作用时，当计算刚架沿柱高度均匀分布的水平风荷载作用下的侧移时，柱顶等效水平力H可取：

柱脚铰接，H=0.67W

柱脚刚接，H=0.45W

W=()h

式中 W——均布风荷载的合力；

——刚架两侧承受的沿柱高均布的水平荷载。

计算结果见表3。

3.4对比分析

对模型1~模型4进行比较分析，结果见表3。

对比模型1与2，模型3与4讨论柱脚连接的选择。在实际工程中，绝对刚接或绝对铰接是不可能的，应该是一种半刚接半铰接的状态[6-8]。柱脚的区别主要在于对侧移的控制，由于本工程对侧移的控制不是绝对严格，况且从表3中得出铰接侧移相对于刚接侧移相差不大，加之从施工方面考虑铰接柱脚施工方便简单易于实现，且造价相对低廉。综合上述因素本工程采用的是铰接柱脚。

对比模型1与3，模型2与4讨论梁截面形式的选择，从表3看出变截面梁由于自重变轻跨中弯矩明显减小，顺应了弯矩的变化，同时还提高了钢梁的利用率、节约钢材、降低成本。通过上述比对因素，本工程中梁截面采取了变截面。在实际工程中除腹板高度变化外，厚度也可根据需要变化：上下翼缘可用不同截面；相邻单元的翼缘也可采用不同截面。因此，影响整个刚架用钢量的因素有上下翼缘的宽度、厚度 腹板的厚度及构件大头、小头高度。而这些因素之间也互相影响，互不独立。

4、屋面坡度分析

在轻钢门式刚架设计中，屋面排水坡度也是一项重要设计内容。规范推荐的门式刚架屋面排水坡度的取值为1/20~1/8[9]。排水坡度受当地最大降雨量、压型钢板的肋高、压型钢板的固定形式、单坡长度、屋面钢板是否通长等因素有关。当轻型屋面板采用暗扣板，也称不打钉板，例如美国立缝系列，美国锁缝系列屋面板，除了在搭接处和板端打钉外，板侧不打钉，此类屋面板的排水坡度可以取到1/36。但是对于一般的打钉板，如国内的820、850、900型压型钢板，夹芯板等，最小坡度应大于1/12，否则容易引起屋面漏水。当然，坡度较大时，排水较为有利，但是会增加用钢量。本工程的屋面坡度设计综合考虑建筑、排水和经济等因素，并根据青岛地区的降雨量，屋面排水坡度取1/10，屋面采用YX28-150-900-0.6型压型钢板，压型钢板通过自攻螺丝和檩条相连。

5、经济效益分析

建设单位追求的目标是建筑美观、建设投资少、建设周期短、尽快投资以便获得最大利润。为了满足建设单位的要求，本工程采用了双跨门式刚架为承重结构。由于围护材料的自重轻，从而极大地降低了承重结构上作用的荷载，使承重结构的内力大大降低，用材随之减少，也使基础的内力相应减少，降低了基础的造价。同时变截面梁的选取也大大提高了钢材的利用率，节约了用钢量，降低了成本。

6、结论

通过对某单层轻型门式刚架钢结构厂房四种结构方案的比对分析,得出以下结论：

1）平板铰接柱脚施工方便，且造价相对低廉，不带吊车的单层厂房优选需用平板铰接柱脚。

2）跨度较大时，刚架梁选用变截面可以取得较好的经济性;

3）屋面排水坡度受水坡度受当地最大降雨量、压型钢板的肋高、压型钢板的固定形式、单坡长度、屋面钢板是否通长等因素影响，1/10的屋面坡度很好的解决了本工程中屋面排水坡度和经济性矛盾。

参考文献：

[1]陈绍蕃，顾强.钢结构.中国建筑工业出版社，2009.

[2]陈绍蕃.钢结构设计原理.科学出版社,2008.

[3]王燕、李军、刁延松.钢结构设计.中国建筑工业出版社，2009.

[4]刘秀丽, 王燕. 端板连接节点对门式刚架整体性能的影响分析.青岛理工大学学报，2007,28（2）

[5]翟煜.门刚结构设计中的体会.工程设计与研究, 2005,3.

[6] 陈绍蕃. 平板柱脚的转动刚度和柱的计算长度.建筑钢结构进展,2009,11(1).

[7]徐岩峰，吴春华．门式钢架轻型房屋钢结构设计的探索．林业科技情报，2009, 2.

[8]金波, 童根树. 埋入式钢柱脚的传力分析和设计计算. 工业建筑，2008,38（7）.

网络结构分析和优化 篇12

(一) 室内覆盖系统的网络环境。

对一般高层建筑而言, 其移动通信环境大致可分为三个方面:其一是建筑物高层, 周围基站多, 电磁环境恶化, 信号干扰严重, 易形成通话盲区;其二是建筑物中层, 可接受多个基站信号, 但信号常重叠, 虽强度较大, 但易频繁切换, 造成用户不能正常通话;其三是建筑物低层, 信号因受周围建筑物阻挡强度较弱, 像地下室、地下商场这类场所信号更弱, 基本为覆盖盲区, 用户难以通话甚至不能接入。

建筑物内部信号很容易受到各种墙体的阻拦而大幅度衰落, 致使室内形成弱信号区或盲区, 此外像建筑物周围的绿化带等各种环境也很容易削弱电磁波的传导, 致使到达室内的信号更弱。而在超市、商场这类移动用户量大, 通话频率高的通信热点区域, 由于基站所提供的载频常常不能满足忙时话务量需求, 因此话务呼损率较高, 不仅有损企业形象, 也带来了较大的经济损失。而室内覆盖系统却能有效克服建筑物屏蔽, 增强信号强度, 扩充网络容量, 改善网络指标, 有利于话务量和话费收入的增加。

(二) 室内覆盖系统的建设。

室内覆盖系统由为系统提供通话所需载频的信源和把信号功率传递到各覆盖区域的天馈覆盖系统这两个部分组成, 其建设一般包括四个方面的工作:一是预测合理话务, 这对建设合理的室内覆盖系统有很大影响, 话务量预测太大太小都会造成资源的浪费, 因此预测一定要合理。二是确定室内传播模型, 墙壁、地板、房顶、室内物体甚至是人都能影响室内电磁波的传播, 因此一定要根据地磁场分布的实测数据正确选择传播模型。三是选择信源, 话务量大的覆盖区可通过采用增加蜂窝设备或在原有设备上增加载频作为信源, 以满足话务量需求, 话务量较小的覆盖区则可选择现有较空闲的载频作为信源, 以光纤接入或无线耦合方式将载频引入室内覆盖系统。四是选择覆盖方式, 覆盖通常选用光纤分布系统和射频分布系统, 前者以光纤作为传输介质, 损耗小, 一般用于长距离传输, 地下隧道、酒店、大型写字楼等室内覆盖系统的建设都可选用该方式。

二、直放站在移动通信网络中的应用

(一) 无线直放站。

无线直放站是以射频空间耦合方式从基站引入信号, 因此基站必须位于能良好接收基站信号的地方。建立无线直放站应注意以下问题:一是选择合适的信源, 保证输出功率和信号质量, 保证整体覆盖效果。二是选频方式, 在电磁环境相对干净区域, 可采取性价比高的宽带选频方式;在施主信源小区不能占主导时, 可采用选频特性优良的载波选频。三是隔离度, 这是无线直放站工程中最关键的一项指标要求, 一般通过增大两幅天线的距离或利用地形、地物等来解决施主天线和用户天线不能满足直放站增益需求的问题。

(二) 光纤直放站。

光纤直放站主要适用于离基站较远的公路、村镇、旅游区等地区, 建设光纤直放站也要注意信源选取和控制上行噪声, 此外还要注意光纤传输距离, 一般光纤直放站的最大传输距离不能超过15km, 而由于光纤直放站安装在野外, 因此一定要采取必要的防雷、防盗措施以保证它的安全。

(三) 移频直放站。

移频直放站具有有效扩展和填补移动通信覆盖盲区、双向放大GSM基站上下行链路信号、无限转发等功能, 它能较好地解决乡村屋顶、电线杆、铁塔等这些受安装条件限制地区的网络覆盖。和上述两种直放站一样, 移频直放站也要注意信源选取, 保证施主基站的话务容量有冗余, 避免因接入移频直放站系统而导致网络堵塞, 同时保证移频直放站的安全性, 并控制上行噪声上升不大于2.4d B, 在选取链接频率时应与运营商进行频点的协商, 并进行扫频测试。

三、结束语

室内覆盖系统和直放站作为基站系统的延伸和补充, 其技术不断发展对于优化和完善移动通信网有着重要的价值和意义, 在今后的网络优化和建设实践中, 要根据网络的实际特点灵活的采用新方法、新思路、新技术, 以促进网络运行质量的提高。

参考文献

[1]杨奕.室内覆盖系统和直放站在移动通信网络优化中的应用[J].电信快报, 2004, 15 (12) :9-12.