节点影响力（共12篇）
节点影响力 篇1
随着我国经济的提升, 科学技术的高速发展, 微博、微信等形式得到了人们的广泛应用。网络给人们带来便利的同时, 一些潜在的风险隐患严重危及着人们的生产、生活, 对人们财产安全具有一定的影响。比如, 计算机病毒, 网络黑客等等。在这种情况下, 对传播节点的识别尤为重要, 能够间接的保障用户使用安全。鉴于此, 本文的研究工作势在必行。
1 识别背景概述
在研究选题内容过程中, 对在线社交网络予以分析, 即, 属于一种对现实社会的人际关系重建的虚拟关系, 其大多数特征与现实社会关系相似, 是现阶段人们应用最为广泛的网络形式, 我国发展最好的当属新浪微博。而节点的重要性通常是以中心性予以刻画的, 进而保障网络应用的有效识别, 比如, 度、介数以及紧密度等等。由于该形式的广泛应用, 得到了许多研究人员的关注, 并将其属性特征予以分析, 与此同时, 将其对用户的影响力予以预测。虽然相关的研究很多, 但是还缺乏一定的研究效力, 一些研究人员认为社交网络的消息传播具有一定的方向性, 有向网络比无向网络更具复杂性。在这种背景下, 识别工作的难度尽显[1]。
2 简述相关内涵
2.1 影响力节点的内涵与度量
影响力节点主要指的是在某种预期达到一定程度时, 起到节点的作用, 通过对节点的抑制或者移除, 能够有效实现传播影响力最小化的特征。以传染病领域为例, 在其传播过程中, 影响力节点的内涵对该疾病形式的爆发具有显著作用, 在这个过程中, 将影响力节点予以控制或移除, 可以有效确保传播影响力控制在最小范围内。而社交网络与疾病传播具有一定的相似性, 但是, 二者之间存在的不同在于一些目标相反[2]。在现阶段的研究中, 国外在该方面的研究相对成熟, 主要是以网络拓扑的度、介数以及紧密度等予以指标影响力节点。
2.2 中心性的指标形式
如上文内容所述, 中心性指标主要包括度、介数以及紧密度等。对于度来说, 其刻画的是网络的局部特征, 在某种意义上来说, 其属于无标度网络拓扑结构的最基本参数, 在应用过程中, 其主要起到描述作用, 对静态网络中的节点具有直接影响力。其中, 节点V的度为KV, 主要指的是与其直接连接的节点数KV越大, 意味着节点就越为重要。而在有向网络中, 这种单个节点的度可以进行划分, 具体分为入度与出度。其中, 入度表示的是节点的关注数目, 而出度则是节点的粉丝数目[3]。与单个节点不同的是, 在拥有N个节点的有向网络中, 节点存在的可能性不同, 其最大可能度为N-1, 那么节点V的度中心性值为:
与度的中心性指标形式相同, 在介数以及紧密度的换算过程中, 同样以公式的形式予以计算, 其中, 节点V的介数中心性值为:
节点V紧密中心性值为:
2.3 消息传播模型的建立
为了确保研究的实效性, 在研究过程中, 建立了消息传播模型。主要采取的方式为基于在线社交网络动态消息传播, 即D-SIR, 以此来评判仿真模型的可用性。在传统的谣言传播模型建立过程中, 大多数采用的方式为均场理论, 其认为网络不同个体具有一致的特性。而在实际应用过程中, 微博网络属于非均匀网络, 在使用过程中, 不同的用户使用具有不同的差别。比如, 用户在线概率, 用户使用的权威度等。所以, 在模型构建过程中, 对该类问题应予以严格重视, 以保证模型的效力。D-SIR模型的引入具有一定的条件, 在引入过程中, 应制定延退化机制, 并设置动态权威度以及相应的免疫力能力, 通过这些综合形式的运用, 以期达到更加真实地刻画社交网络[4]。
3 相关数据予以描述
本文依据新浪微博的实际用户数据, 构建了相应的网络形式, 将三个用户之间的关系予以呈现, 并指出微博用户关系网络其实是一种有向网络形式。在分析过程中, 为了保证实验结果的准确性与真实可靠, 避免其API予以限制。在本文的在撰写的过程中, 采用基于HTTP的网络爬虫的方式, 对数据集予以获取, 通过作者以及撰写微博的内容、用户转发等予以详细分析。构建的三个数据集的网络拓扑特征在于多个因素的共同结合, 主要包括节点数、边数、爬行起点、双向边比例、平均度以及平均聚类系数等等。通过对这些因素数据的分析, 进而得出网络平均路径的长度在5-8之间, 网络直径均为13, 通过数据对比分析可知, 三个数据集均具有小世界的特征[5]。
4 实验综合分析
在本次研究过程中, 主要依据是新浪微博的数据集, 通过这组数据集的比对分析, 进而得出有效的结果。在具体研究过程中, 采用的是D-SIR模型仿真的方式, 以此来进行消息传播。具体传播消息时, 将仿真过程中的未知者目的最大值予以记录, 并在仿真结束时对免疫者的密度RS予以呈现, 与此同时, 要确保迭代次数的有效记录。依据这样的情况下, 仿真模型运用效果最佳, 其中的免疫者密度RS具有重要的作用, 主要是作为节点影响力的评估量所存在。
4.1 对比分析中心性指标的有效传播影响力
依据仿真结果统计不同数据集中的K-shell的传播影响力, 通过对其进行具体的研究工作, 发现其对节点影响力的最终效果, 并将不同的重要性排序情况予以对比, 从而分析出节点影响力的排名。结果显示, 高K-shell的节点影响力相对较高, 同时也说明K-shell能够很好的识别影响力节点。但是, 依据仿真图样结果不同, 呈现出的影响效果不同, 当节点的K-shell达到80以后, 影响力就会突然下降, 进而呈现出持续下降的趋势, 严重影响节点影响力。相反的, 高K-shell节点能够使影响力变小。此现象的主要原因在于K-shell能够识别部分网络影响力节点。
4.2 定量分析中心性传播的重要作用
定量分析中心性传播对于本文的研究来说, 具有重要作用, 其可以用于衡量网络中p N个最有效的节点传播效果, 并指出该效果与前几个具有最大K-shell值节点的最大区别。在实际分析过程中, 对于给定的比例p来说, 在节点集合找寻过程中, 可以依据RS的方式, 通过这种方式能够有效的找出p N个最有效的节点集合。依据节点集合比例图表可以明确得知, 紧密度、出度以及介数之间在三个数据集中均具有较小的不精确函数值。除此之外, K-shell在不同前提下, 所呈现的现象也是不一的, 以weibo B为例, K-shell出现了反常现象, 使得量化传播效率下降, 成为众多案例中最差的一项, 其中, 不精确函数值超过60%。
5 结束语
通过本文的研究可知, 为了有效的获取识别的有效性信息, 本文结合新浪微博上实际用户的有效数据, 将内容予以深入分析。本文对三个数据集的网络拓扑特征予以分析, 进而发现了在仿真数据的作用下, 能够有效满足复杂网络的需求, 验证了实验数据的结果, 即, 出度对影响力节点的识别效果相对较差, 而紧密度的识别效果更佳。
摘要：随着科学技术的发展, 网络的普及, 微服务种类逐渐增多, 为人们提供了诸多方便。为了进一步研究选题内容, 提高识别效果, 本文概述了识别工作的背景, 简述了微博网络中影响力传播节点识别的相关内涵, 分析了相关数据描述情况, 并实施了实验综合分析的方式, 以期达到研究的实效性。
关键词：微博,网络,影响力传播节点,识别效果
参考文献
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节点影响力 篇2
1、送各单位发票；
2、核对社保账单；
3、做各单位应汇款表及人员变动台账；
4、社保应付表；
5、打缴费通知；
6、电话通知解除人员办理手续
10—16号：
1、整理档案；
17—23号：
24—30号：
2、核对各单位缺少档案人员及下个月合同到期人员
1、做社保增减表；
2、整理档案；
3、核对各单位缺少档案人员及下个月合同到期人员
4、电话通知解除人员办理手续
1、做各单位账单；
2、申报当月公积金；
3、做减少人员汇总表；
4、发下月各单位账单
5、打缴费通知；
节点影响力 篇3
关键词：铝合金；板式节点；弯曲刚度；杆件间交互影响；有限元
中图分类号：TU395文献标识码：A
铝合金板式节点是铝合金空间网壳结构中最为常用的节点形式之一.板式节点是通过不锈钢螺栓将上下两块圆形节点板和H型杆件的翼缘紧密连接而成的，每个节点通常连接6根杆件并大致呈中心对称形状.节点外形美观、造型新颖、具有良好的整体刚度＼[1＼].
现有研究表明，节点刚度对网壳结构稳定承载能力具有不容忽视的影响＼[2＼].因此，空间结构的节点刚度已成为当今建筑结构领域的热点研究问题之一.曾银枝等＼[3＼]对铝合金板式节点网壳进行研究，指出网壳分析时，应考虑节点刚度的影响.张竟乐等＼[4＼]对铝合金板式节点刚度进行数值模拟，提出节点刚度计算公式.文献＼[5-8＼]通过14个铝合金板式节点试验，研究了铝合金板式节点的承载能力和面外弯曲刚度性能.其研究表明，板式节点在加载初期具有良好的整体刚度性能，加载后期则呈现出明显的非线性性能.文献＼[5-8＼]对铝合金板式节点刚度的研究仅仅是针对单根杆件进行的，忽略了杆件之间的相互影响.然而，由于多根杆件连接在同一块节点板上，因此各杆件之间的作用主要通过节点相互传导，节点刚度必然受到杆件间的交互影响，其影响程度不容忽视.针对上述情况，本文拟对铝合金板式节点弯曲刚度的杆件间交互影响进行理论分析和数值模拟.首先，为反映节点面外弯曲刚度的杆件间交互影响，定义节点刚度矩阵.然后建立铝合金板式节点有限元模型，对节点刚度的杆件间交互影响进行单参数分析.最后根据数值模拟结果和数据回归方法，提出杆件交互影响程度的公式.
1理论分析
铝合金板式节点汇交的杆件较多，各杆件的局部弯曲变形不仅由其自身荷载引起，同时还受其他杆件变形的影响.王伟＼[9＼]在对K形钢管相贯节点的研究中指出，一根杆件的局部变形将会引起另外一根杆件的局部变形，为准确地反映该变形机制，必须定义节点刚度矩阵.
对于铝合金板式节点（如图1所示），其面外弯曲刚度对结构性能影响最为显著.因此，本文重点对铝合金板式节点面外初始弯曲刚度矩阵进行研究.根据结构力学原理，6杆连接的铝合金板式节点（如图2所示）面外弯曲刚度矩阵为：
2有限元模拟
2.1有限元模型简介
为进行深入研究，本文采用ABAQUS软件建立铝合金板式节点有限元（FE）模型.为提高计算效率，建立半节点体模型，如图3所示.有限元模型采
用线性减缩积分单元C3D8R模拟.为减小因采用线性单元引起的计算误差，需要对部件分块划分单元，使螺栓孔附近应力集中区域单元较为精密和规律，如图4所示.为真实反映螺栓连接，模型考虑了螺栓与孔壁间隙的影响.模型中，所有螺栓的预紧力假设相等.模型中各部件的相互联系通过接触对实现，螺
栓与节点板和翼缘板件的摩擦因数参考《铝合金结构设计规范》（GB 50429）＼[10＼]，取0.3.通过参考点对单根杆件施加弯矩.在节点板断面上施加对称约束.铝合金型材和节点板的材质均为6063T5，其本构关系采用RambergOsgood模型及SteinHardt建议＼[11＼]（如图5所示）；不锈钢螺栓的牌号为A270，本构关系采用双折线模型（如图6所示）.有限元模型中，铝合金和不锈钢的力学性能参数均采用文献＼[5＼]的拉伸试验数据，详见表1.文献＼[7＼]通过试验验证指出，该模型能够有效模拟铝合金板式节点的初始刚度.
2.2参数分析
以节点板厚度t， 节点板半径R， 螺栓数量n及杆件截面高度h为变化参数，建立4个系列共计14个铝合金板式节点有限元模型.其具体参数如图7和表2所示，其中p1为最内排螺栓横向间距，p2为其他排螺栓横向间距，R0为最内排螺栓到圆板中心的距离，Rc为圆板中心域半径，g1为最内排螺栓与其相邻排螺栓纵向间距，g2为其他相邻排螺栓纵向间距，ge为最外排螺栓到圆板边缘距离.为求出柔度矩阵的代表元素，模型仅对单根杆件施加弯矩，其余杆件外端自由.
分析计算各系列有限元模型.根据节点杆端截面的变形结果及公式（6），求出节点柔度矩阵，并求
逆得到相应的节点刚度矩阵.表3给出了各系列模型的柔度矩阵与刚度矩阵的元素.图8给出了刚度矩阵元素随各几何参数的变化曲线.图9给出了杆件交互影响因子随各几何参数的变化.
观察分析表3，图8和图9，可归纳出以下结论：
1）当对单根杆件施加弯矩时，其相邻杆件转角为正、次相邻杆件和相对杆件的转角为负，并且相对杆件的转角绝对值最大.其主要原因在于，对于整个节点体，其约束设置于节点中心点.当对单根杆件施加使杆件向下转动的弯矩时，节点将会以节点中心点为支点发生变形.参考各杆件的局部坐标，假设转角以杆件向下转动为正，则相邻杆件发生正转角、次相邻杆件和相对杆件发生负转角，并且相对杆件发生的转角最大.
2）节点板厚度对板式节点初始弯曲刚度有影响.节点板厚度越大，初始弯曲刚度越大.其主要原因在于节点板厚度的增加提高了节点板的抗弯刚度，进而使得节点刚度变大.节点板厚度对杆件交互影响因子有很大影响.节点板厚度增大，杆件交互影响因子减小.其主要原因在于当节点板变厚时，节点板的面外刚度变大，此时，相同弯矩下，节点板的变形变小，故杆件所在节点板区域的变形对节点板其他区域的影响变小.显然，当节点板面外刚度无限大时，节点板将无面外变形，杆件间的交互影响因子为零.
3）改变节点板半径对节点初始弯曲刚度和杆件交互影响因子均无显著影响.
4）杆件截面高度对节点初始弯曲刚度有很大影响.杆件截面变高直接增加了杆件的抗弯刚度，从而提高了节点初始弯曲刚度.但是杆件截面高度不能影响节点板的面外抗弯刚度，从而对杆件交互影响因子无显著影响.
5）增加螺栓数量能够提高节点的初始弯曲刚度.增加螺栓数量会增强杆件的交互影响.螺栓数量越多，其节点板面外刚度削弱越多，导致杆件间交互影响程度增强.
3拟合公式
表3给出了杆件交互影响因子α1，α2和α3的数值，其平均值分别为-0.053，0.079和0.108.从以上分析可以看出：1）杆件交互影响因子随着节点板厚度t的增大而减小，当节点板厚度无限大时，杆件交互影响程度为零.节点板的面外刚度随着圆板中心域半径Rc的增大而减小，因此杆件交互影响因子随着圆板中心域半径Rc的增大而增大.故可假设杆件交互影响因子与t/Rc呈指数变化；2）如图9（d）所示，杆件交互影响因子随着螺栓数量的增加而变大，故杆件交互影响因子也可假设与螺栓数量呈指数变化.故根据最小二乘法原理＼[12＼]，得到杆件交互影响程度公式如下：
α1=-0.006 5tRc-0.709 1n0.368 1，（10a）
α2=0.003 6tRc-0.920 9n0.639 7，（10b）
α3=0.007 5tRc-0.830 1n0.521 3. （10c）
式（10）的计算结果和有限元结果的比较见表4.从表4可以看出，理论公式与有限元结果的误差平均值分别为2.6%，2.9%和2.7%，理论公式与有限元结果（FER）比较接近，验证了理论公式的适用性.
4结论
铝合金板式节点刚度具有良好的整体性能，其杆件间的交互影响不容忽视.本文对铝合金板式节点刚度的杆件间交互影响进行研究，主要结论如下：
1）在理论分析的基础上，确定了考虑杆件交互影响的节点面外弯曲刚度的矩阵.
2）建立了计算铝合金板式节点面外初始刚度的有限元模型，分析了节点板厚度、节点板半径、杆件高度和螺栓数量对节点面外初始刚度的影响.结果表明节点板厚度、杆件截面高度和螺栓数量均对节点面外初始刚度有影响.其中，节点板厚度越大，初始弯曲刚度越大；杆件截面越高，初始弯曲刚度越大；增加螺栓数量能够提高节点的初始弯曲刚度.
3）分析了节点板厚度、节点板半径、杆件高度和螺栓数量对杆件交互影响程度的影响.结果表明节点板厚度和螺栓数量对其有较大的影响.一方面，节点板厚度增大，杆件交互影响因子减小；另一方面，杆件交互影响因子随着螺栓数量的增加而变大.
4）杆件交互影响因子可由公式（10）计算.与数值结果的比较表明，公式具有较高的精度和适用性，可为铝合金板式节点刚度的设计提供参考依据.
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节点影响力 篇4
在机会传输模式下, 节点间数据传输当且仅当它们相遇时才会发生。如果在同样一段时间内, 不同节点间相遇概率不同, 那么从不同的节点出发, 广播数据所需要的期望时间也可能是不同的。为使用户快速从因特网获取数据, 需要选择某些合适节点担任网关, 以期当他们为其他节点进行接入时, 广播数据报文所需要的期望时间最短。
所以, 对移动机会网络中网关选择问题展开研究。在信息检索、社交网络等研究领域中, 影响力 (influence) 常被用来度量一个网页、节点相对与其他网页、节点的重要性[4]。通常, 一个网页、节点的影响力越大, 意味着从它出发, 成功链接到其他网页、传递消息给其他节点的概率越高。在移动机会网络中, 网关节点在一定时间内成功把消息传递给对应目的节点的能力也可被视作为一种影响力。据此, 针对移动机会网络提出了两种基于节点影响力的网关选择算法:LRGS (leader rank based gateway selection, 基于领导力排名的网关选择) 、CRGS (ClusterRank based gateway selection, 基于聚类排名的网关选择) , 通过对节点影响力进行分析, 选择出影响力最大的k个节点担任网关。基于Java语言开发了一个移动机会网络模拟器, 实现了所设计的算法;同时, 作为比较, 实现了随机网关选择算法。通过大量模拟实验, 证明了所设计算法的有效性, 并对算法在不同网络规模、网关数目下的性能变化进行了分析。
1 相关工作
已有无线网络中关于网关部署、选择的研究多数针对由固定节点构成的网络, 比如无线网状网、无线传感器网络, 较少涉及移动无线网络。文献[5]提出了一种基于网格划分的网关部署方案, 以优化网络的吞吐量。X.H.Xu等[6]针对最小化开销的网关部署问题, 提出一种近似率为20的分布式算法。在文献[7]中, 最短路径开销矩阵被用来解决该无容量限制的联合优化问题。固定无线网络中的网关部署、选择问题通常可被建模为混合整形规划问题 (mixed integer linear programming, MILP) ;因此, 该领域的算法多数受到传统的解决K-中心 (K-centers) 或设备部署 (facility location) 问题方法的启发。
最近, Y.Song等[8]从博弈论角度对多域 (multi-domain) 无线网络间的网关选择问题进行建模。他们的算法可以分布式实现, 并且在网络链路、节点随机失效的情况下是鲁棒的。由于在移动机会网络中, 对不同节点的传输效用进行评估是困难的, 因此, 这些方法很难直接应用。
文献[9]研究了多域DTN中的网关部署问题。本文的工作与它有两个根本不同。首先, 本文研究的是如何从移动节点中选择网关, 而不是如何部署固定的节点担任网关。其次, 本文针对移动网络中的节点, 考虑的性能指标是期望广播时延, 具体而言, 它是一个单一域中的指标, 并没有涉及多域的概念。基于收集的人类运动轨迹数据, 文献[10]通过模拟的方法分析了无线接入点的部署对3G骨干网负载的优化。移动用户可借助接入点来访问因特网, 它们被视为移动无线网络同因特网间的网关。因为接入点是预先已经部署好的, 该工作并未讨论网关的选择问题。另外, 它仅仅考虑了移动用户同接入点间的一跳通信, 而本文集中讨论机会传输模式的影响, 两个移动用户间也可直接通信。
2 网络模型和问题定义
所考虑的移动机会网络由n个节点构成, 记为N。两个节点可交换数据仅当它们间出现了一个传输机会, 即彼此进入对方的传输半径内。假设每个节点均可担任网关, 网络中可同时有多个网关。网关节点可从因特网上直接获取数据, 然后将数据传输给其余节点。当因特网上有热点数据出现时, 它们可下载下来并保存在缓存中, 其余的节点同它们相遇时可获得这些数据。从经济角度考虑, 可认为网关数目k远小于n。一对节点i和j间可相遇, 则其相遇间隔时间符合指数分布, 参数为λi, j。文献[11]和文献[12]分别从理论推导、节点实际移动轨迹分析两个角度探讨了该假设的合理性及其成因。已有工作中, 该假设被广泛使用[13,14]。不同节点对间的相遇频率可以是不同的, 即相遇间隔时间分布的参数取值可以不同。
网络中数据传输采用传染路由 (epidemic routing) 模式[14]。当两个节点相遇时, 它们可交换携带的所有数据。定义一个报文从一组节点W广播给其余所有节点所需要的期望时间为期望广播时延, 标记为dw。
通常, 节点希望可以尽快得到数据, 期望广播时延是描述网关性能的一个重要指标。因此, 本文研究的问题被定义为:从一个移动机会网络中选择k个节点W*担任网关, 使得期望广播时延dW*最小。
3 基于节点影响力的网关选择算法
为解决k网关选择问题, 设计了两种基于节点影响力的网关选择算法:LRGS和CRGS。
3.1 LRGS:基于领导力排名 (LeaderRank) 的网关选择算法
LRGS算法中计算影响力的方法的核心思想是, 一个节点的影响力在一定程度上由其移动过程中能遇到的邻居节点的影响力所决定:当邻居节点影响力较高时, 意味着它可以在一跳内将数据传递给网络中比较关键的节点, 加速数据传输;所以它自身的影响力也较高。当邻居节点影响力较低时, 意味着它在一跳内很难将数据传递给网络中比较关键的节点, 数据传输速度会受到一定制约, 所以它自身的影响力较低。
一个节点i的影响力可被定义为其邻居节点影响力的加权平均值。如果i和邻居节点j相遇频率较高, 则在计算的影响力时的影响力所占比重就较高;反之, j的影响力所占比重就较低。针对移动机会网络中可能存在的孤立节点 (同网络中其余所有节点均不会相遇) , 这里引入一个超级节点 (super node, 标记为s) 。超级节点同网络中所有个节点间均可相遇, 定义相遇间隔时间同样满足指数分布, 该指数分布的参数λ=1。这样, 之前的网络成为一个强连通网络。
因此, 节点i的影响力可按公式 (1) 进行计算:
式 (1) 中, ls (0) =0, li (0) =1, i∈N∧i≠s, λii=0。另外, , 表示节点i同网络N中包括超级节点s在内所有n+1个节点相遇频率之和。需指出的是, 定义λii=0。表示i和邻居节点j在单位时间内相遇次数占i同所有邻居节点在单位时间内相遇总次数的比例, 被用来作为j的影响力在计算i的影响力时所占的权重。节点i的影响力计算需要迭代进行, 直至收敛, 其邻居节点在第t-1轮次中的影响力的加权和被定义为在第轮次的影响力。作为初始值, 在第0轮次超级节点s的影响力被置为0, 其余n个节点的影响力被置为1。
把按照公式 (1) 计算出的影响力也称之i的领导力, 设计了LRGS算法, 如算法1所示。
算法1中, 参数μ的引入是为了保证它的收敛性:当网络中所有节点在第t轮次计算所得影响力同第t-1轮次相比, 改变 (增加或减少) 比例均小于等于μ时, 认为算法1已收敛。当算法1在第t轮次收敛后, 网络中除超级节点s之外的每一节点i的影响力
算法1基于领导力排名的网关选择算法
3.2 CRGS:基于聚类排名 (ClusterRank) 的网关选择算法
CRGS算法中计算影响力的方法的核心思想是, 一个节点的邻居节点间的耦合度、邻居节点的度数对从该节点出发信息传递的速度均有影响;进而影响到它的影响力。通常, 邻居节点间耦合度越高、邻居节点的度数越小, 意味着信息被邻居节点成功传递出去的概率越小;对应地, 该节点的影响力越低。反之, 信息被成功传递出去的概率越高, 对应地, 该节点的影响力越高。
一个节点i的邻居节点间的耦合度可通过聚类系数 (clustering coefficient) 来表示, 如公式 (2) 所示。在式 (2) 中, 分子中的 (1-e-λj, k) 表示单位时间内i的两个邻居节点j和k间相遇的概率, 分母中的diout表示i的邻居节点的数目。
在之前分析中, 认为节点的影响力应为其邻居节点间聚类系数的减函数、其邻居节点的度数的增函数, 所以, 可通过公式 (3) 计算的影响力,
式 (3) 中, Γi表示节点i的邻居节点的集合。
在此基础上, 设计了CRGS算法, 如算法2所示。
算法2基于聚类排名的网关选择算法
4 模拟实验
4.1 模拟环境
利用Java开发了一个移动机会网络模拟器。网络中每组节点对i和j的相遇间隔时间 (以单位时隙为度量单位) 以0.25概率满足指数分布, 对应参数λi, j在 (0, 10]间均匀分布;i和j间相遇间隔时间为无穷大 (完全不相遇) 的概率为0.75。
分别模拟了n=60, 70, 80, 90, 100等不同规模的网络场景, 网关数目k分别取值2, 3, 4, 5, 6。在每一对不同的网络规模、网关数目组合下, 都生成200个不同的网络拓扑。每一拓扑下, 均分别运行了LRGS和CRGS两种不同网关选择算法, LRGS算法中的μ=0.05。作为比较, 还实现了随机网关选择算法 (图例中标示为Random) , 即从n个节点中随机选择k个节点作为网关。
对每一种算法选择出的网关, 通过模拟实验度量从它们出发数据被广播到全网所需的期望广播时延。运行100次广播传输的模拟, 统计平均时延作为对应期望广播时延的度量。
4.2 实验结果分析
图1和图2分别给出了n=60、100;k=2时从三种算法选择出的网关出发期望广播时延的累积分布函数。从图中可以看出, 两种基于节点影响力的网关选择算法较之随机选择算法均可使性能得到改善。此外, 还发现, 期望广播时延随着网络规模n的增加而降低。这是因为, 广播过程中采用的是传染路由模式;当有更多节点时, 把数据广播给一个新的节点所需的时间更短。
为分析算法在不同网络规模、网关数目下的性能变化, 分别固定k=2, 使n=60, 70, 80, 90, 100, 固定n=60, 使k=2, 3, 4, 5, 6, 求得200个不同拓扑下从三种算法所得到的网关出发的期望广播时延, 现分别计算其对应的平均值并进行比较, 结果如图3、图4所示。可以看出, 在所提出的两种算法中, 当网络规模较小时 (n=60, 70) , CRGS性能更优, 当网络规模较大时 (n=80, 90, 100) , LRGS的性能更优。而当网络规模确定, 网关数目增多时, LRGS和CRGS较之随机算法对网络性能的改善比例基本可维持不变, 这说明, 所提出的两种算法均有较好的可扩展性。
5 结语
节点工期报道 篇5
完成“7.10”节点工期目标
7月15日，成都地铁公司劳动竞赛检查组，对中铁四局南昌机电公司施工的成都地铁1号线车辆段机电安装及装修工程，进行了“7.10”节点工期目标验收和劳动竞赛评比检查，检查组对工程的安全、质量、进度以及文明施工等方面都给予了较高评价。
由中铁四局南昌机电公司施工的皂角树车辆段机电安装及装修工程“7.10”工期目标包括：牵引降压混合变电所；材料棚及试车机具间中的试车控制室、试车信号室、试车工作室；综合楼A二层的电子档案室、档案办公室、声像档案库、档案阅读室、卫生间、开水间和档案库三等优先施工区域，在7月10日前必须达到交付使用状态。面对艰巨的施工任务和刚进场百废待兴的局面，中铁四局南昌机电公司成都地铁经理部及时成立了大干领导小组，开展了“打好第一仗，确保七一0”生产大干活动。活动中，经理部先后克服了作业面少、资金缺乏、图纸到位迟缓、甲控材料进场迟缓等困难，确保了工程的顺利推进。同时，经理部党委也坚持以施工生产为中心、以现场为中心，广泛深入开展了“蓉城党旗红，四局争先锋”党建主题活动，并以“党员突击队”、“党员先锋岗”、“青年安全监督岗”为抓手，不断加强和推进工程的安全、质量、进度，为节点目标的实现提供了坚强保障。
截止到7月15日，该经理部共完成产值526万元，完成投资660万元，顺利实现了“7.10”节点工期目标。
中铁四局南昌机电公司成都地铁1号线项目部佟媛媛
借贷消费百年节点 篇6
2005年，大卫•拉普卡从耶鲁大学毕业准备参加工作。他在读大学时，一共借了6万美元的助学贷款，接着结婚和买车又花了17万美元。这一切让刚刚离开校园的大卫极为苦恼，他知道此后的收入会很多，特别是到他退休时财富会最多。可是，他现在28岁，正是成家立业最需要钱的时候，而此时偏偏最缺现金，还负债25万美元。
大卫的故事是美国靠借贷推动消费,再靠消费推动增长的经济模式的最好典范。这种模式之所以在美国社会如此根深蒂固，是由人一辈子的收入轨迹所决定的。年轻力壮时最没钱，到年老退休时钱最多，而花钱消费的年龄轨迹又正好与此相反。所以，信贷市场的发展就是为了帮助人们纠正这两种轨道的矛盾。按揭贷款衍生证券市场的深化，最终就是最大化借贷资金的供给，同时最小化借贷的利息成本。
现在，次贷危机几乎引发了全面的金融危机，正在挑战大卫甚至整个美国社会的生活方式，挑战这种借贷消费支撑的经济模式，挑战美国金融资本主义模式。
借贷消费的起源
就像我们熟悉的传统中国社会一样，19世纪末之前的美国社会也不知道上面介绍到的大卫的生活方式，因为那时以借贷支持消费的必要性不高。当时人们还没有完全解决好基本的温饱问题，所能生产的东西还不够满足基本生存需要。当时的经济都是生产驱动型的，人们每天不过是重复着生产、吃饭、睡觉的简单生活，根本顾不上去通过发展金融刺激新的消费需求的出现、刺激非基本生存的消费增长。
这一切直到缝纫机这一工业革命产品进入美国家庭，并从此开启借贷消费的历史。1855年，当时最大的缝纫机公司——I.M. Singer公司发现其销售很难再增长。原因是，那时候做妻子的一般都不工作，虽然缝纫机能把家庭主妇做衣服的时间大大减少，但让妻子节省时间后，她把多余的时间做什么用呢？所以一般家庭就不愿意花那么多钱去买一台价格相当于普通家庭年收入的1/7的缝纫机。
1856年，I.M. Singer公司想出一招：“我们为什么不让美国家庭先用上缝纫机，然后分期付款呢？”最初，首付款是5美元，然后，每月再付3～5美元，到付完为止。这个简单的想法使该公司到1876年时共销售了26万多台缝纫机，远超过所有其他缝纫机公司销量的总和！
就这样，简单的金融创新不仅把更多的“大件”带进普通美国家庭，而且也降低了高收入跟中低收入家庭的差别，使那些“大件”不再是富人独有的。
借贷消费模式的巩固
美国经济增长由生产驱动到由消费驱动的模式转型，发生在1880～1920年间。经过100年的工业革命，人们的收入已增加不少，消费需求自然会上升；另外，那时规模化的工业生产技术已经趋于成熟，工业产能开始过剩，到了“你要多少，我就能生产多少”的地步。于是，生产已不再是经济增长的瓶颈，消费需求才是瓶颈，就完全像今天的中国经济所处的状况一样！
问题是如何促进、推动消费增长？当然，最好是收入都增加。但是，在收入增长相对较慢的情况下，有什么方式松解消费的瓶颈呢？这就又回到分期付款或按揭贷款上。最好的例子莫过于私人汽车。即使到今天，除了房子以外，汽车仍然是多数个人最大的“大件”。
1913年，L.F. Weaver创立了美国第一家汽车按揭贷款公司。这个行业此后快速发展，到1925年已有近1700家贷款公司。到1920年底，借贷消费、“先买后付”已普及到美国消费市场。1930年那一年中，70%左右的新汽车、85%的家具、75%的洗碗机、65%的吸尘器、75%的收放机都是靠分期付款卖出的。借贷消费就这样在美国社会扎根了。
借贷消费不道德吗？
随着借贷消费越来越流行，许多美国人开始呼吁抑制消费欲望，警告人们不要被贪念所淹没，被债务拖得不可自拔。在伦理上，借贷消费面对一场社会文化挑战，就好像今天中国年轻人借钱消费，也被社会普遍责备一样。
1927年，美国社会对负债消费的态度发生了根本性转变。主要原因是，哥伦比亚大学经济系主任E•R•A•塞利格曼的著作——《分期付款销售的经济学》。他提出“消费也是生产”，没有什么只进不出的消费。表面看，好像个人消费是把钱享受掉了，没有产出什么东西；但实际上，人的消费开支也是一种生产性投资，是对人力资本的投资。因为如果个人住房舒适、开的车好、穿的正装潇洒，那么他会工作得会更卖力、更勤奋，能做成的生意、能创造的价值也会更多。
他的第二个论点是，分期付款消费后，大卫每个月有月供，表面看这给他压力、使他日子难过，让他成了“房奴”、“车奴”，但实际上，那些分期付款消费的人反而因为定期要交的月供，使自己变得更有财务纪律，自律能力更强。
塞利格曼教授的研究著作为借贷消费正名。1927年后，分期付款消费已被社会广泛接受。到今天，大卫也好，其他人也好，不通过按揭贷款买房、买车、买家用大件，那反倒是让人觉得不正常了。
借贷消费模式还会继续
过去几年，美国住房按揭贷款市场走过头了，出现太多不负责任的放贷行为，结果造成今天的金融危机。尽管这次危机是大萧条以来最严重的，但是，美国自19世纪末演变而来的，靠借贷消费带动的增长模式不会改变，其金融资本主义模式也不会终结，在质上不会变，只是在度上会有收缩。
现代社会工业技术、农业技术已足够完善，人类的物质生产能力已大大提高，不怎么费力就能满足物质消费需求。最终制约人类经济增长的不是生产能力不足，也不是投资不足，而是消费需求跟不上。
金融市场发展的目的之一就是通过住房抵押贷款、汽车贷款、教育贷款等，来缓解人们因为在不同年龄时收入不均匀而导致的消费力不平衡问题。医疗保险、养老保险、各类基金等金融品种，其目的也在于安排好未来各种可能的需求，以减轻青年、壮年时期的存钱压力，从而促进消费。总之，住房抵押贷款证券化以及其他相关的金融发展，都是为了把人们从存钱压力中解放出来，进而释放消费动力。
这种借贷促进消费的发展模式不是美国专有的，发达国家都不同程度地采用了这样的模式。实际上，中国现在也要从投资驱动型的模式向消费驱动型的模式转型，否则，中国只能继续依赖制造业和出口市场。■
[编辑 陈 艾]
节点影响力 篇7
关键词：钢筋混凝土框架节点,抗震性能,核芯区
1 问题的提出
近年来, 随着抗震理论的深入发展, 在钢筋混凝土框架结构的延性设计上, “强剪弱弯, 弱梁强柱, 更强节点”已经成为工程界的共识。这种“能力设计”的思路确保钢筋混凝土结构在地震作用下, 依次在梁端和柱端出现塑性铰, 通过塑性耗能机构避免在较强的地震作用下结构产生严重损伤和在更强地震作用下发生危及生命安全的局部或整体失效。而钢筋混凝土框架节点在结构达到预计的最不利非弹性反应之前不应出现剪切失效, 并具有一定的耗能能力。钢筋混凝土框架结构的延性是反映结构在荷载作用下, 进入非线性状态后在承载力没有显著降低情况下的变形能力。对于延性大的结构, 其产生的塑性变形也大, 但永久变形太大, 结构可能在重力作用下引起坍塌, 也可能使结构的损坏部位不可修复。因此, 在钢筋混凝土框架结构的设计上, 必须综合考虑一定程度的承载能力和一定范围的延性。钢筋混凝土框架节点的受力机理指通过合理的计算假定模式, 描述由梁、板、柱传来的内力 (M、N、V、T) 在框架节点核芯区的传递和由此产生的各种破坏型式。目前比较流行的有三种理论:斜压杆机理、剪摩擦机理、桁架机理。这三种框架节点的受力机理, 应用于各种不同的破坏型式和设计规范中。新西兰的框架节点设计以斜压杆和桁架机理共同作用为依据, 美国则以梁剪机理和斜压杆机理为主。而我国《建筑抗震设计规范》 (GB50011-2001) 中用于抗震框架节点设计的主要计算公式是用来确定节点水平箍筋用量的“框架节点核芯区抗震受剪承载力计算公式”, 并未全面考虑到影响钢筋混凝土框架节点抗震性能的各种因素, 值得进一步探讨研究。
2 影响钢筋混凝土框架节点抗震性能的因素
2.1 材料强度
混凝土强度直接影响框架节点抗剪承载力, 对于承受一定荷载的框架节点, 混凝土强度越高, 则梁、柱的截面尺寸越小, 框架节点核芯区混凝土的承剪截面也相应减小, 在一定配箍率下, 对其抗震性能反而不利。我国《混凝土结构设计规范》 (GB50010-2002) 提倡使用HRB400级钢筋, 钢筋强度虽然大于HRB335级钢筋, 在相同的设计条件下, 用钢量相对减少, 但是钢筋表面与周边的混凝土粘结锚固能力下降, 在框架节点的高粘结应力区, 钢筋和混凝土的共同作用相对较差, 钢筋易滑移。
2.2 水平箍筋
在框架节点内配置水平封闭箍筋, 一方面对框架节点核芯区混凝土产生有利约束, 增强传递轴向荷载的能力, 另一方面承担部分水平剪力, 提高框架节点的抗剪承载力。试验表明, 配箍适当的框架节点核芯区出现贯通裂缝后, 混凝土承担的剪力继续增加, 箍筋全部屈服, 混凝土与箍筋同时充分发挥作用, 使节点核芯区受剪承载力在破坏时达到最大。对于配箍较高的节点, 当节点核芯区产生贯通斜裂缝时, 混凝土抗剪承载力达极值, 但箍筋应力还很低, 混凝土破坏先于箍筋屈服, 使得节点核芯区的抗剪承载力达不到预期的最大值, 箍筋不能充分发挥作用。
2.3 竖向箍筋
在水平反复荷载作用下, 框架节点核芯混凝土出现交叉斜裂缝后, 剪力的传递由斜压杆作用过渡到水平箍筋承担水平分力、柱纵向钢筋承担竖向分力以及平行于斜裂缝的混凝土骨料咬合力所构成的桁架抗剪机制, 设置竖向箍筋可承担框架节点剪力的竖向分量, 减少混凝土的负担, 从而提高框架节点的抗剪承载力, 但施工不便。
2.4 柱纵向钢筋
柱纵向钢筋通常按抗弯要求设置, 沿柱截面的高度方向, 按构造规定也相应配置一定数量的纵向钢筋。这些纵筋与水平箍筋联合对框架节点核芯区混凝土形成双向约束。因此, 合理布置柱纵向钢筋对提高框架节点抗剪承载力有一定贡献, 但增加柱纵向钢筋不像增加水平箍筋那样能显著地提高框架节点的抗剪承载力。
2.5 直交梁
国内外的实际震害与试验研究表明, 垂直于框架平面与节点相交的直交梁对框架节点核芯区混凝土具有约束作用, 从而提高框架节点的抗剪承载力。但是, 如果斜向地震的双轴效应使两个方向梁的纵筋都屈服, 则降低了直交梁对节点的约束作用。对于仅一侧有直交梁的框架节点, 抗剪性能并未改善框架节点的抗剪承载力。
2.6 楼板
框架节点四周的楼板对节点核芯区具有约束作用, 与梁轴平行的楼板钢筋与梁上部受力钢筋协同工作。如果考虑楼板作为梁翼缘在受弯过程中发挥的作用, 则应相应地提高节点的剪力计算值。
2.7 预应力作用
对钢筋混凝土框架节点施加预应力, 可使框架节点核芯区混凝土增加约束, 处于双向受力状态, 从而提高框架节点的抗剪承载力。但通过框架节点核芯区的无粘结预应力筋, 削弱核芯区混凝土的面积, 降低框架节点的抗剪承载力。因此, 对于无粘结预应力混凝土框架节点, 可将预应力作用对框架节点的抗剪承载力的提高作为结构的安全度储备。
2.8 偏心影响
在高层建筑设计中, 为了使建筑立面产生与外墙或柱面齐平的效果或产生凹凸错落的效果, 经常要求梁、柱中心线错开, 甚至要求梁侧面与柱侧面重合, 出现大量的大偏心框架节点, 这时框架节点受到附加扭矩之类的次内力作用, 剪力在节点内的传递比较复杂。通过实际震害和试验研究可以发现, 与无偏心框架节点相比, 偏心框架节点抗剪承载力明显下降。
2.9 异形柱节点
T型柱框架节点的抗剪承载力较低, 框架节点在梁一屈服后马上进入通裂状态。当梁宽大于柱腹板宽度时, 处于柱腹板外的梁纵筋在节点处锚固较差。
2.1 0 反复荷载
在反复荷载作用下, 材料强度和构件强度降低, 粘结锚固性能退化, 剪切变形加大。由于框架节点内剪应力方向交替变化, 核芯区斜向裂缝的张开与闭合交替产生, 导致框架节点核芯区抗剪承载力和剪切刚度降低。框架节点两侧的梁纵向钢筋可能产生一侧受拉达到屈服, 另一侧受压达到屈服, 产生很高的粘结应力, 使钢筋滑移, 发生粘结破坏。随着梁端变形的逐步增加, 框架节点核芯区抗剪承载力相应逐渐衰减。
2.1 1 斜向地震的双轴效应
当地震作用方向与建筑物主轴方向不一致时, 可能使两个方向的梁都达到屈服, 这时作用于节点对角斜面上的水平剪力约为其中一个方向的2倍, 然而斜裂缝遇到的箍筋与一个方向受剪时遇到的箍筋数目仍然相同。如果这些水平箍筋与柱截面各边平行, 则钢筋的斜向分力仅仅是单向受剪时可抵抗剪力的1/2。对于双向对称的框架, 双向受剪所需要的剪力钢筋约为单向受剪所需剪力钢筋的2倍。因此, 斜向地震作用下, 框架节点的强度和刚度迅速降低, 梁筋较早出现粘结滑移破坏。
3 建议
通过以上对影响钢筋混凝土框架节点抗震性能的各种因素的讨论, 在钢筋混凝土框架节点的设计上, 综合“概念设计”和“构造措施”, 确保结构设计安全经济。
参考文献
[1]唐九如.钢筋混凝土框架节点抗震[D].南京:东南大学出版社, 1989.[1]唐九如.钢筋混凝土框架节点抗震[D].南京:东南大学出版社, 1989.
[2]建筑抗震设计规范GB50011-2001[S].北京:中国建筑工业出版社, 2001.[2]建筑抗震设计规范GB50011-2001[S].北京:中国建筑工业出版社, 2001.
节点影响力 篇8
球管焊接节点作为多杆件连接节点，目前已广泛应用于大跨度结构拼接（过渡）节点或交汇节点之中，如网架（壳）结构、空间管桁架等大跨度结构的拼接（交汇）节点，但由于该类节点焊接应力的复杂性及工程本身的特点，传统的研究方法是对该类节点进行大量的承载能力试验，或采用测量法对其性能进行分析[1]。承载能力试验能得到这类节点的极限承载能力，在某一特定的工程应用中非常有效，但成本较高；采用测量法时也受到节点本身的几何尺寸以及焊缝表面等组合因素的影响。
空心球与圆形钢管焊接体间的各点在空间上用数学函数予以简单表述比较困难，同时考虑到空心球与钢管本身的几何特征（两者均为壳体），其空间拓扑关系较复杂，特别是在管与球焊接区域，无法用解析法精确求解。由于管与球均为闭合截面，其直径、球壁厚度等几何尺寸将影响焊接温度分布及热塑性变形，从而影响球和钢管焊接应力与应变场的分布，另外焊接速度与焊接顺序也影响着球和钢管焊接应力与应变场的分布。为弥补传统方法的不足，本文采用数值分析方法对不同管（球）径、球壁厚度、焊接速度、焊接顺序等因素进行了分析对比研究。
1 焊接过程有限元方法[2,3]
焊接是一个局部快速加热到高温，并随后快速冷却的过程。随着热源的移动，整个焊件的温度随时间和空间急剧变化，材料的热物理性能也随温度剧烈变化，同时焊接过程中还存在熔化和相变时的潜热现象，其温度场极不均匀、不稳定。因此，焊接温度场的分析属于典型的非线性瞬态热传导问题。对于三维热传导问题，其温度场控制方程为
式中，ρ为材料密度；c为材料的质量热容；T为焊接温度场的分布函数；t为传热时间；Q为求解域中的内热源；λ为材料的热导率。
式（1）中，参数ρ、c、λ均随温度变化。
由于焊件各区域温度不同，在其焊接加热与冷却过程中焊件势必产生内应力。由温度不均匀变化所产生的应力平衡方程为
式中，K为总刚度矩阵；Ke为单元刚度矩阵；u为节点位移；Fth为热载荷矢量；Feth为单元热载荷矢量。
2 分析计算模型参数
2．1几何模型参数
本文按JGJ 7-91及JG12-1999规程选择球与杆件进行分析，图1为空心球与钢管焊接示意图，其中α为钢管坡口边与水平方向的夹角，β为焊缝外边与钢管外壁的夹角，本文中α、β均取30°。考虑到工程应用的实际情况，本文共选择了3类空心球（球径为2Rb）、4种杆件（直径为2Rp，长度为tp）及5种球壁厚度tb进行焊接残余应力分析对比（表1），杆件长度为管径长度的3倍。本文为了获得球管焊接残余应力的影响因素，只采用了单钢管与空心球焊接，未列出多钢管相互影响的情况。
mm
注：S、C均表示焊接方法，C表式连续焊接，S表示分段跳焊；-表示未作分析计算。
2．2材料的热物理性能[4?6]
在数值模拟分析时需给定所分析材料的属性参数，所分析问题的物理环境不同，所需设定的参数也有所区别。本文采用ANSYS软件进行焊条电弧焊接模拟分析，分析时所用材料的热物理性质的特征值以及材料的力学性能参数详见表2。焊接相关参数如下：焊接电压U=25V；焊接电流I=180A；焊接速度v=4mm/s；焊接有效系数η=0．75；电弧有效加热半径R=6mm，热源模型为集中热源模型。焊接母材为低碳钢，相当于Q225钢材。
3 焊接残余应力场计算与结果分析
3．1焊接残余应力计算
本文在ANSYS软件基础上，利用软件所提供的内核，编制了温度场与应力场的分析控制计算程序。首先进行焊接温度场模拟计算分析，焊接模拟时采用分段跳焊的方法进行分析，分段数为3大段，焊接间隔长度为1/3弧长，施焊方向为绕钢管轴作顺时针旋转的方向。在获得温度场分布的情况下，将温度作为载荷作用施加于结构件模型中，并施加位移约束，具体实施步骤如单元类型选择、单元划分、温度控制、温度荷载的施加、迭代算法收敛控制等详见文献[1]。通过对上述模型的电算分析得到了在不同参数条件下残余应力的大小与分布情况。
3．2结果分析
由于焊件本身的特点，需要考虑焊件厚度对焊接应力的影响，模拟时采用三维块体单元，而该类单元的内力（或应力）不像杆单元或梁单元那样能直接地输出，所以在后处理时采用了路径映射的办法来分析研究焊缝内部的应力大小与分布。分析时共选取5条路径，分别定义为HF1、HF2、HF3、HF4、HF5，路径在焊缝断面上的相对位置详见图2。图3～图8所示的结果均为分段跳焊结果，图中横坐标为沿焊缝圆周弧线的展开长度l。
3．2．1球径对焊接应力的影响
本文将空心球Φ200mm×8mm及Φ200mm×10mm，Φ250mm×8mm及Φ250mm×10mm，Φ300mm×8mm及Φ300mm×10mm均与单钢管89mm×4mm相匹配并按球径的不同分成三组进行对比分析。图3与图4分别给出了空心球Φ200mm×8mm与单钢管Φ89mm×4mm在最后一次完成热源输入时刻（简称刚焊接完成时刻）且在路径HF1上的von-Mises等效应力及全局坐标系下X、Y、Z三个方向的应力分量图。
(空心球Φ200mm×8mm,钢管Φ89mm×4mm)
计算结果表明，在刚焊接完成时刻且在路径HF1上，不管是等效应力还是X、Y、Z三个方向的应力分量，其分布规律基本是一样的，但其等效应力有所不同，三组焊件在路径HF1上的最大等效应力均达到了200MPa，呈现球径越大等效应力越高的趋势。随着时间的推移，焊缝与球、管逐渐冷却，焊缝的等效应力逐步增大。在刚焊接完成时刻，路径HF1处的等效应力分布区间约为140～204MPa，应力分布区间较宽；而到了常温状态，相应的应力分布区间为205～215MPa，区间较窄，说明相应时刻的应力较刚焊接完成时刻之应力有很大的增幅。在路径HF2上，最大应力随球径增大而逐渐减小，其最大值与最小值之间相差约30%，应力水平大约为100MPa。在焊缝中部的路径HF3上，其最大等效应力均在214MPa左右，相差甚小，且平均应力大约为200～210MPa。路径HF4在焊缝外侧与球连接处，由于焊缝直接与空气接触，对流与辐射均较大，温度降低速度较快，出现比较明显的高峰应力状态。路径HF5与HF1一样，都在焊缝与管连接处，其应力水平均较高，其平均值均约为180MPa，且最高应力随球径的增大而减小。X、Y、Z三个方向的应力分量中，路径HF4上三个方向应力中有70%左右的区域处于三向拉应力状态。
从上述分析可知：在一定的焊接速度下，球径的不同对焊缝残余应力大小的影响程度主要反映在焊缝厚度方向，焊缝内侧靠近管端处的等效应力随球径的增大而增大，但其应力变化不明显，与球相接处的等效应力表现为随球径增大而减小，其余部位的影响不明显。同时钢管与焊接相交处外侧存在明显的三向拉应力状态，不易变形。
3．2．2球壁厚度对焊接应力的影响
本文以球壁厚度为研究对象，球径不变，按以下三种类型的球壁厚度焊接件进行对比分析：(1)空心球Φ250mm×8mm；(2)空心球Φ250mm×10mm；(3)空心球Φ250mm×12mm。它们均与钢管Φ89mm×4mm匹配焊接。图5与图6分别给出了空心球Φ250mm×8mm与钢管Φ89mm×4mm在焊接完后冷却到常温时刻且在路径HF1上的von-Mises等效应力及X、Y、Z三个方向的应力分量图。
(空心球Φ250mm×8mm,钢管Φ89mm×4mm)
(空心球Φ250mm×8mm,钢管Φ89mm×4mm)
计算结果表明，在刚焊接完成时刻，内侧路径HF1上的等效应力及X、Y、Z三个方向的应力分量分布规律基本上是一样的，在刚焊接完成时刻均达到了比较高的应力水平，约为207MPa，所呈现出的趋势是球壁越厚等效应力越高。三个方向的应力分量的最大值也有相同的变化趋势，三组焊件依球壁厚度增大有2%以上的应力增幅。随着焊件逐渐冷却到常温后，焊缝等效应力逐步增大。在刚焊接完成时刻，内侧路径HF1处的等效应力分布区间约为160～208MPa，应力分布区间较宽，而到了常温状态，相应的应力分布区间为203～219MPa，区间较窄，说明不管球壁厚度为多少，相应时刻的应力较刚焊接完成时刻之应力有很大的增幅。在路径HF2上最大应力随球壁厚度的关系不明显，但其平均应力水平与球壁厚度成反比关系，三组件焊X向的应力水平约分别为100MPa、90MPa、80MPa；Y方向受压应力水平随球壁厚度增大而增大，增大幅度约为10MPa。在焊缝中部的路径HF3上，最大等效应力均在214MPa左右，相差甚小，且平均应力大约为205MPa；同样，其在三个方向的应力水平也相差较小。在路径HF4上，由于焊缝直接与空气接触，对流与辐射均较大，温度降低速度较快，出现比较明显的高峰应力状态，等效应力水平随球壁厚度增大而下降，且大部分的应力水平较低，约为60MPa，其X、Y、Z三个方向的应力分布走势相当接近。路径HF5和HF1一样，其上的应力水平均较高，其平均值约为185MPa，且最高应力随球径增大而增大。
在确定的焊接速度下，球壁厚度对焊缝残余应力大小的影响程度也主要反映在焊缝厚度方向，焊缝内侧的等效应力随球壁厚度增大而增大，但变化不明显，与球相接处的应力则随球壁厚度增大而减小，其余部位的影响不明显。
3．2．3管径对焊接应力的影响
本文以管径为研究对象，球径与球壁厚度不变，按以下三种类型的单钢管管径进行对比分析：(1)钢管89mm×4mm；(2)钢管114mm×4mm；(3)钢管Φ140mm×4mm。它们均与空心球Φ300mm×10mm匹配焊接。图7与图8分别为空心球Φ300mm×10mm与钢管Φ114mm×4mm在焊接完冷却到常温时刻且在路径HF1上的von-Mises等效应力及X、Y、Z三个方向的应力分量图。
计算结果表明，随着管径的增大，焊件的应力状态表现为明显的跳焊特征（应力分布有相对较长的水平段），三组焊接应力在相应路径下的分布形态基本相同。三组焊件在焊缝内侧路径HF1上最大的焊接应力均接近屈服点，分别为217．0MPa、217．5MPa、219．2MPa。所不同的是，随着管径的增大，起落弧处的应力水平有较大的不同，管径越大在焊缝长度方向的应力水平均较小者高。Z轴应力分量随管径增大而增大，三组焊件中大管径Z轴应力峰值为235．5MPa，相当于1．07倍的屈服点应力，而最小管径Z轴应力分量为206．1MPa。在路径HF2、HF3上最大应力随球管径的增大而增大，且其平均应力水平也增大；同样，其在三个方向的应力水平也相差较小，但总的趋势成递增关系。路径HF4上的应力出现比较明显的高峰应力状态，等效应力水平随管径增大而下降；路径HF5与HF1上的应力水平均较高，其平均值均约为165MPa，且最高应力随管径增大而增大。
(空心球Φ300mm×10mm,钢管Φ114mm×4mm)
(空心球Φ300mm×10mm,钢管Φ114mm×4mm)
总之，在确定的焊接速度下，管径对焊缝残余应力的大小影响程度也主要反映在焊缝厚度方向，焊缝内侧等效应力随管径增大而增大，与球相接处应力则随管径增大而减小，其余部位影响不明显。但从整个焊件的等效应力云图看，管径越大，截面进入屈服的部分越大。
4 结论
（1）在其他参数相同条件下，球径的不同对其焊接残余应力的大小与分布均有一定的影响，其影响程度主要反映在焊缝厚度方向，焊缝内侧靠近管端处的等效应力随球径增大而增大，但变化不是很明显，与球相接处的应力则随球径增大而减小。
（2）在其他焊接参数相同情况下，球壁厚度对焊缝残余应力大小的影响程度也主要反映在焊缝厚度方向，焊缝内侧的等效应力随球壁厚度增大而增大，但变化不明显，与球相接处的应力则随球径增大而减小。焊接残余应力的总特征表现为：管轴线方向的应力随球壁厚度增大而增大。
（3）在确定的焊接速度下，管径对焊缝残余应力大小的影响程度也主要反映在焊缝厚度方向，管轴线方向的应力随管径增大而增大。
摘要：利用有限元法对球管焊接节点焊接残余应力的影响因素进行分析研究,获得各影响因素对该节点焊接残余应力的大小及分布情况,结果表明:球径与球壁厚度的增大将降低与球连接处的焊接应力;管径增大时,焊缝的von-Misses等效应力及Z向焊接应力均会增大。
关键词：球管焊接,球管节点,焊接残余应力,影响因素
参考文献
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节点影响力 篇9
在地震作用中,框架结构中层梁柱节点的抗震形式较为单一。通过在框架结构中层梁柱节点适当部位布置密肋复合墙板,使其形成多道抗震防线,在抗震性能上要远远优于框架结构。
1 材料的本构关系选取
1.1 混凝土损伤塑性模型的本构关系
混凝土应力-应变关系的研究已有较长历史,应用较广、有代表性的有:GB50010-2010《混凝土结构设计规范》(以下简称《设计规范》)中的表达式、Hongnestad表达式、CEB-FIP建议公式等。本文采用《设计规范》中的表达式。具体表达式和参数含义详见《设计规范》。
1.2 钢筋的本构关系
在ABAQUS中,钢筋应力-应变关系的计算模型可简化为理想弹塑性模型,本文采用《设计规范》中有关钢筋本构关系的表达式。具体表达式和参数含义详见《设计规范》。
1.3 砌块的本构关系
轻质砌块是一种具有多孔结构的人造石材,内部均匀地分布着无数细小的气孔,其力学性能与普通混凝土相似,但是质地更脆,本文仍采用混合Von Mises模式和William-Warnk五参数破坏准则分析轻质砌块的弹塑性行为,同时提出体现轻质砌块特性的单轴本构关系用于有限元分析。其中单轴荷载作用下砌块的本构关系其受压的应力-应变全曲线峰点突出,曲线陡蛸,可采用与普通混凝土相似的描述,只是略去其塑性部分,达到抗压强度后即开裂。
2 有限元模型的建立
2.1 试件尺寸及配筋
梁、柱均截取到反弯点的位置,且假设反弯点位于梁跨中或柱一半层高处。柱高3 200 mm,柱的截面尺寸为400 mm×400 mm;梁1的长度为3 200 mm,梁2的长度为1 400 mm,其截面尺寸相同,均为400 mm×250 mm。楼板厚度均为100 mm。梁柱混凝土保护层厚度均为20 mm,楼板混凝土保护层厚度取10 mm。密肋复合墙板的整体尺寸为2 800 mm×2 800 mm,取其1/4填充到梁柱之间,作为框架-密肋复合墙板梁柱节点的试件,具体尺寸和配详见图1。梁柱纵向受力钢筋均采用HRB335,箍筋均采用HPB235,密肋复合墙板钢筋均为HPB235,混凝土强度等级均为C30,泊松比v;砌块抗压强度fq=2.5 MPa。各节点的配筋和受力详见表1。
2.2 有限元分析中单元的选取
1)混凝土和砌块单元的选取。本文中的模型混凝土和砌块选用C3D8R单元,其含义为:C表示为实体单元,3D表示三维,8是这个单元所具有的节点数目,R指这个单元是“缩减积分单元”。其位移结果较精确,节点应力精度低于完全积分,但大大减少了运算时间。具有塑性变形和蠕变能力,可以描述混凝土在带裂缝状态下的工作性能,单元节点编号如图1所示。
2)钢筋单元的选取。本文中的模型钢筋选用桁架单元模拟,即T3D2单元,其含义为:T代表Truss(桁架单元),3D代表三维模型,2代表两个节点。该单元只能承受拉伸和压缩荷载,不能承受剪力和弯矩。
2.3 密肋复合墙板与梁柱间的接触关系
在框架-密肋复合墙体有限元模型中,梁柱与密肋复合墙板的拼缝连接通常被忽略,接触关系被定义为绑定约束,即界面之间完全耦合。
2.4 边界条件和加载方法
对于框架梁柱节点有限元模型的边界条件,完全按照柱反弯点的实际受力情况施加约束,在柱底端施加UX、UY、UZ三个方向的平动自由度约束,以及ROTX、ROTY两个方向的转动自由度约束,在柱顶端施加UX、UZ两个方向的平动自由度约束以及ROTX、ROTY两个方向的转动自由度约束,板平面内约束为无限刚度。
对于框架-密肋复合墙板梁柱节点有限元模型的边界条件,和框架梁柱节点有限元模型的边界条件一致。复合密肋墙板的约束条件为:上下施加UY一个方向的平动自由度约束以及ROTX、ROTZ两个方向的转动自由度约束;左右施加UZ一个方向的平动自由度约束以及ROTX、RO-TY两个方向的转动自由度约束。
本文模型梁上荷载采用位移加载,梁端控制点作为加载点,在主梁上施加竖向低周反复荷载,直交梁上施加单调竖向荷载。柱的轴压比为0.6。
2.5 模型的网格划分
对模型进行网格划分,一般来说网格越密,计算结果就越接近真实情况,但相应的计算时间可能会变得很长,降低计算效率,提高计算代价。在保证精度的同时,提高计算效率,本文设置大体尺寸为100 mm分布网格种子,采用自动网格划分。
3 有限元分析结果
3.1 裂缝开展情况的对比
与基于弥散裂纹方法的混凝土模型不同,混凝土塑性损伤模型在材料积分点不会出现裂纹,而是通过图示的方法显示裂纹的方向。在损伤塑性理论框架中可以采用不同的准则定义开裂的方向。有限元软件Abaqus中混凝土的损伤塑性模型可以通过观察受拉损伤因子来判断混凝土裂纹的大小程度和分布情况。
从以上对比可以看出,相同荷载情况下,框架结构梁柱节点的裂缝开裂较大,和梁相连的板出现裂缝,框架柱上也出现细微的裂缝;框架-密肋复合墙板梁柱节点梁端部位有开裂,直交梁端上也显现出裂缝的迹象,密肋复合墙板的肋梁肋柱上出现裂缝。密肋复合墙板对于框架结构裂缝出现的位置有很大影响,从裂缝集中的位置可以看出,密肋复合墙板的使用使框架结构的裂缝主要出现在次重要的位置上,且承担了部分荷载,不会使梁柱节点和板出现较大的裂缝,进而使梁柱节点承受更大的荷载,进一步提升框架结构的抗震性能。
3.2 滞回曲线的对比
滞回曲线是恢复力随着变形变化的曲线。它反映结构在反复荷载作用下的受力性能、变形特征、粘结退化和滑移及能量消耗,它包括了强度、刚度和延性等,是确定恢复力模型和进行非线性地震反应分析的依据。
框架-密肋复合墙板的滞回曲线相较于框架结构更为饱满,框架结构的滞回曲线中间出现捏笼现象;框架-密肋复合墙板的位移对应的荷载更大,包围的面积相较于框架结构也就更大。因此可以得出,框架-密肋复合墙板相比于框架结构塑性变形能力更强,具有很好的抗震性能和耗能能力。
4 结论
通过ABAQUS对框架结构中层梁柱节点和框架-密肋复合墙板结构中层梁柱的有限元模拟,可以看到两者的结果可以对它们的抗震性能做出很好的模拟,其模拟结果符合我们的预期。
从受拉损伤因子云图上可知,在梁柱节点的裂缝出现位置和分布情况上,框架-密肋复合墙板相对于框架结构更为安全可靠,裂缝部分出现在密肋复合墙板上承担了一部分荷载,且裂缝较多分布在梁端次重要位置,作为梁柱节点破坏前的又一保障。
滞回曲线能很好地反应结构的抗震耗能能力,框架-密肋复合墙板无论在承担最大荷载上还是耗能面积上相对于框架结构都有很大的优势。相同位移下,框架-密肋复合墙板承担的荷载更大;相同荷载下,框架-密肋复合墙板的位移更小。
密肋复合墙板在不特别增加造价的基础上对框架结构的抗震性能有很大的提升作用,其结构形式的抗震性能位于剪力墙和框架结构之间,且可以根据抗震的需要,理论上介于剪力墙和框架结构之间的配筋要求。
摘要：密肋复合墙板作为一种新型结构体系,集围护、承重、抗震耗能于一体,在目前已有的研究和实践中都有良好的性能表现。本文采用以普通混凝土为框格,内嵌加气混凝土砌块的一种密肋复合墙板。通过有限元软件Abaqus进行模拟,分别采用3组框架结构中层梁柱节点和3组框架-密肋复合墙结构顶层梁柱节点,对其抗震性能进行对比分析,说明密肋复合墙板在抗震性能方面对框架结构有很大提升作用,更符合多道抗震防线的要求。
关键词：密肋复合墙板,框架结构顶层节点,有限元分析,抗震性能
参考文献
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节点影响力 篇10
一直以来, 钢结构被认为具较好抗震性能的结构形式之一。但是相续发生在美国的北岭地震和日本的阪神地震, 使钢框架的梁柱节点发生了不同程度的破坏, 主要集中在梁柱混合连接节点上, 因此以梁柱混合连接为主要对象。焊接钢框架节点的破坏, 主要发生在梁的下翼缘, 而且一般是由焊缝根部萌生的脆性破坏裂纹引起的裂纹扩展的途径是多样的, 由焊根进入母材或热影响区, 北岭地震和阪神地震给美日两国带来了巨大的损失[1]。在北岭地震和阪神地震之前, 图1所示的传统梁柱栓焊节点连接被广泛应用在多高层钢框架结构中, 当时普遍认为该节点设计方法能够保证节点发挥材料的延性, 促使结构在梁端出现塑性铰, 并通过塑性铰的形成和转动耗散地震所输入的能量, 使节点免于破坏, 并保证结构的整体性能使其免于倒塌, 以满足“强节点弱构件”的设计思想。震后的十多年里, 日本、美国等国家对钢框架梁柱节点连接的抗震性能以及延性等开展了大量的试验研究, 美国除采取相应措施消除焊接衬板的缺口效应外, 主要致力于将塑性铰外移的研究工作。大量研究结果表明:强柱弱梁、强节点弱杆件的试件可以发挥梁的塑性承载力, 形成梁产生塑性铰的破坏机构, 从而具有较大的变形能力和耗能能力, 即具有良好的抗震性能。对钢梁截面进行削弱, 形成薄弱截面, 使强震时梁的塑性铰自柱面外移, 从而可以避免梁柱连接处发生脆性破坏。
塑性铰外移的方法大致上分为两种基本形式, 即节点加强型和节点削弱型。两种方式的共同目的都是为了将塑性铰自柱面外移到距柱面一定距离的梁上, 从而避免了由于节点变形能力的恶化而导致的脆性破坏。
二、加强型节点
节点加强型主要是通过盖板和梁翼缘局部加宽等方法将节点域加强, 从而使塑性铰产生的区域向节点域以外的梁端移动, 使塑性铰出现在梁上, 尽可能的远离节点域, 从而有效保护节点域, 降低节点出现脆性破坏可能性, 包括在梁端对翼缘加强或在竖向加腋等方法, 具体形式如下:
根据美国FEMA273, 强柱弱梁表达式中的梁抗弯承载力, 表现在梁原截面抗弯承载力和塑性铰剪力与其到柱面弯矩的乘积二者之和, 已列入抗震规范。
1.盖板式节点[2] (见图2) 其设计思想是加强节点承载能力。这种节点的延性要好于以往的节点, 但有时也出现脆性破坏。对于这种节点, 最大的困难就是盖板与梁翼缘的焊接及检测, 特别是采用厚盖板时将使坡口焊很大, 致使焊缝的收缩、复原等更加困难, 同时更容易在梁翼缘和盖板的交界处产生更大的残余应力。此类节点目前应用不多。
2.边板式节点 (见图3) , 此种节点通过边板使梁柱相连, 避免了梁与柱翼缘的焊缝连接, 解决了焊缝处柱翼缘厚度方向的强度问题, 又有良好的受力性能, 与盖板式节点相比较施工工艺简单, 而且焊接水平的要求也稍有放宽, 但造价无疑是最高的[3], 这种节点不提倡使用。
3.劲板式节点[2] (见图3a) , 此节点和盖板式节点有相似。同样存在着三轴应力和造价增加等问题, 但是劲板式节点在焊接工艺上要好于盖板式节点。
4.托座式节点[4] (见图4) , 这种节点形式的设计思路是通过加强节点使得塑性铰出现在梁上, 通过加强节点来减少焊缝处的应力。它用两个托座分别将梁的上下翼缘和柱翼缘连接起来, 托座与梁翼缘一般通过焊缝连接, 托座与柱翼缘则可通过铆接、螺栓连接或焊缝连接。其中当托座与柱翼缘通过螺栓连接时一定要使用大的高强度螺栓, 以保证节点为刚性连接。这种节点形式在实验室研究中也表现出很好的延性, 但造价相对较高。
三、削弱型节点
节点削弱型是通过裁剪梁翼缘板或者梁腹板使节点域以外的梁的翼缘或腹板得到削弱, 从而使节点在受力时削弱的梁首先屈服, 进入塑性状态产生塑性铰来保护节点域。一般包括钢梁腹板削弱和钢梁翼缘削弱式。美国FEMA (Federal E-mergency Managemeni Agency) 的研究报告表明:钢梁腹板削弱适合于即存结构的修复, 但这种方式对梁端抗剪不利, 我国未见采用。
(1) 翼缘削弱式节点 (图5) , 此类节点又因其形状而被称为狗骨式节点。狗骨式节点根据削弱形状又可分为三种:直线型、锥型和圆弧型, 分别如图所示。理论分析、数值计算和实验研究均表明:三种不同类型节点中, 直线型承载力较低, 应力集中明显, 延性性能较差, 工程中不宜采用;锥型节点承载力最高, 应力集中较轻, 但延性稍差;圆弧型承载力居中, 应力集中较轻, 延性较好。综合考虑, 锥型和圆弧型节点性能好, 施工简便, 值得进一步推广[5]。因此, 锥型和圆弧型狗骨式节点更加受到研究者和试验的关注。美国FEMA等研究机构在同一时期则进行了大量狗骨式节点试验, 此种形式在美国和台湾应用较多, 但在日本和我国主要采用加强型连接, 狗骨式很少采用。
(2) 腹板开洞型节点 (图6) , 国内外对这种节点的研究还比较少, 美国的FEMA报告中提到过梁腹板开设圆孔的削弱型节点[6], 但并未给出其性能指标。韩国学者Jong Won Park, Inkyu Hwang利用悬臂梁试件对梁腹板开有洞口节点做了一系列试验研, 试验[7]表明, 除个别试件外其它的试件都达到了指定转角水平。北京交通大学杨庆山教授以及他的研究生对此节点的开洞半径和梁腹板上的圆孔与柱翼缘的距离对节点域的承载能力的影响作了详细的论述。这种节点主要是在不影响腹板对梁翼缘的约束和满足竖向剪力的条件下, 控制开洞位置和开洞大小, 使得梁的腹板得到削弱, 在节点域外侧梁腹板削弱处产生塑性铰, 从而起到确保节点连接的安全。经过研究表明这种节点有良好的延性, 能有效的避免节点域的塑性破坏。但是这种节点的抗剪能力下降, 不宜用于承载力较高的框架结构。腹板削弱可以降低梁局部的抗弯能力。但就降低梁局部抗弯能力而言, 削弱腹板不如削弱翼缘有效, 同时节点抗剪能力下降却比较大, 一般不作为考虑塑性铰外移的构造形式。
蜂窝梁主要用于特定情况下提高梁刚度和减少钢材用量之用, 鉴于其组成焊缝和突角对发展塑性不利, 作为塑性铰外移的一种构造形式, 未见推荐, 建议此节不列。
四、总结
随着钢结构的发展, 越来越多的钢框架节点形式被提出, 钢框架节点在设计中是至关重要的, 节点连接好坏直接影响到钢框架的整体结构, 以上各种节点形式的提出主要想通过加强节点或削弱梁的翼缘、腹板从而使结构破坏时的塑性铰外移, 保护节点, 实现“强节点, 弱构件”的设计思想。虽然它们的计算理论相对比较完备, 但是仍然存在着很多需要解决的问题, 如削弱型节点性能的研究。随着经济的发展, 钢结构特别是轻钢结构近几年来在我国有了很大的发展, 相信会有更多更好的节点出现。
摘要：梁柱节点连接对钢框架抗震性能有显著影响。本文分析了1994年美国北岭地震和1995年日本阪神地震梁柱节点连接破坏的主要形式, 阐述了1994年美国北岭地震和1995年日本阪神地震后钢框架新型延性节点的研究与发展状况, 提出了塑性铰外移的方法, 介绍了每种节点形式的应用范围及优缺点, 并提出了有待解决的问题。
关键词：钢框架结构,节点,塑性铰外移,抗震性能
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光分组交换节点技术 篇11
文章首先介绍了光分组交换网络的分类和光分组交换节点的基本结构，接着详细讨论了全光分组交换节点设计和实现中的关键问题：交换结构的设计、光存储的实现以及分组拥塞问题的解决方案。
关键词：
光分组交换；交换结构；光存储器；拥塞
ABSTRACT:
The classification of optical packet switching networks and the architecture of optical packet switching nodes are briefly introduced, and then some key problems related to the design and implementation of all-optical packet switching nodes, such as the design of switching architecture, implementation of optical storage and packet congestion, are discussed in detail.
KEY WORDS:
Optical packet switching; Switching architecture; Optical storage; Congestion
时至今日，光纤通信技术已经取得了长足的进步，但是光纤通信的潜能没有被全部开发出来，因为网络节点所使用的电域分组交换形成了一个数据流的“瓶颈”，因此只有使用光分组交换来提供高的交换速度，才能充分有效地利用光纤带宽。
光分组交换网络的发展有十几年的历史，世界上很多国家已作了这方面的研究：如欧洲的ATMOS(ATM Optical Switching)项目和KEOPS(Keys to Optical Packet Switching)项目，美国的POND(Packet-switched Optical Networking Demonstration)项目和CORD项目，英国WASPNET(Wavelength Switch Optical Packet Network)项目以及日本NTT光网络实验室项目等。
光分组交换技术的主要优点是：不仅可以减少网络的层次，而且可以简化网络管理软件，节省有关传输的开销；可以提供有效的业务聚合和更好的服务粒度，提高了光传输网的利用率；可以提供一个在服务层与光传输网之间独立的域，并且与两层很好地结合。随着近几年光子器件技术的不断发展和数据业务的爆炸式增长，光分组交换的研究呈渐热之势。
1 全光分组交换网络分类
全光分组交换网络可以分成两大类：同步网和异步网。当多个光分组交换节点组成网络时，各节点每个输入端口上的分组到达的时间是随机的，而交换矩阵只能在一些特定的时间上进行重新配置，因此网络设计者需要考虑各个分组进入交换矩阵前是否进行重新排队。如果分组进入交换矩阵前需要重新排队，这样的节点组成的网络是同步的；相反则是异步网络。
在同步光分组交换网中，每个分组数据的大小相同，分组数据和分组头一起被放在一个固定长度的时隙中。由于没有光域的可随机读取的存储器，为了解决分组交换时产生的拥塞问题，采用光纤延迟线来实现光分组的存储器。分组在光纤环或光纤延迟线中所滞留的时间是分组所占据时间的整倍数，因此就要求各个分组长度一致，并且在输入端参照本地时钟进行同步。
在异步光分组交换网中，每个分组不要求长度一致，在节点输入端口也不需要进行同步处理，分组的交换过程在时间上是随机的。由于分组到达的不可预测性和不规律性，分组交换时发生的拥塞概率比同步网中的大。但是这种交换节点结构简单，而且网络建造费用低，和同步网相比具有更大的灵活性。
2 光分组交换节点的基本结构
虽然光分组交换节点的设计实现方案多种多样，但其主要结构大体相同。光分组交换节点的结构主要包括三大部分[1](如图1所示)。
(1)输入接口
输入接口的主要功能是对同一时刻到来的分组进行同步(在同步光分组交换网中)和提取分组路由信息。其中，光部分有一个补偿色散的无源段(如色散补偿光纤)和一个标准光纤延迟线；电部分包括分组头提取电路和载荷位置确定(本地时钟的提取、分组延时的确定、光开关门的触发选择等)，分组头提取电路解决竞争情况和安排交换段的分组路由。
(2)交换矩阵
交换矩阵是交换节点的核心部分，电路部分控制路由处理，解决竞争；全光交换矩阵给出分组路由，使用光纤延迟线和虚分组解决竞争。
(3)输出接口
为满足系统的需要，包括系统的可级联，需要再生净载荷，这由输出接口完成。它包括一个光再生系统和重写分组头和再生光信号用的时钟电子电路。光再生系统包括快速功率均衡、去除抖动的再定时、波长转换和分组头重写。整个接口必须保证信号质量足够高，以使其能够通过几个光交换节点和ＷＤＭ传输链路。波长的选择和转换以及光开关门主要依靠半导体光放大器(SOA)技术。
3 实现交换节点的关键技术
3.1 交换结构
目前光分组交换中的各种交换结构都是在光域上实现分组的存储和交换，在电域上完成路由选择和存储控制等功能。交换结构大体可分为三类：基于波长路由的交换结构、广播和选择型交换结构，以及空分交换结构[2]。
(1)基于波长路由的交换结构
a.输出缓冲的波长路由交换结构
1992年Gabriagues和Jacob提出了一种波长路由交换结构[3，4]，如图2所示。这种结构使用波长编码来完成分组的路由和缓存。它由3个功能模块组成：分组编码模块(分组波长分配)、1个缓存模块和1个分组解复用模块。分组编码模块由N个可调谐波长变换器(TWC)组成，每个TWC根据各分组所要输出的端口给分组分配相应的波长。例如，当分组要在第i个端口输出时，就给它分配波长λi。缓存模块由N×K个半导体光放大器(SOA)开关门阵列和K个长度范围为0～(K-1)T的光纤延迟线组成，T为单个分组所占时长，通过控制SOA开关门，可以使分配了波长后的分组以先进先出(FIFO)的方式经过某一相应的光纤延迟线，到达指定的输出端口。解复用器模块由一个K×N的星型耦合器和N个带通滤波器组成，也可以用一个K×N的AWG(Arrayed Waveguide Grating)来实现。带通滤波器的作用是使特定的波长和特定的输出端口对应起来。这种结构的不足是当交换的规模和缓存增加时，结构中所需要的SOA和缓存单元随N、K成比例地增长。另外，分组经过交换矩阵时的光功率损耗与NK2成比例(当N
另外一种波长路由交换结构是Frontiernet光分组交换结构[5]，如图3所示。这种结构的核心就是一个AWGM(Arrayed Waveguide Grating Multiplexer)。AWGM起着固定路由的波长路由器的作用，同一个输入端口的不同波长对应着不同的输出端口，AWGM根据各分组数据的输入端口和所使用的波长对其进行选路。分组依次经过TWC、AWGM和级联环形缓存(其实现方式在后面的光存储中讨论)，最后到达输出端口。TWC根据每个分组的输入和输出端口给它分配一个波长，AWGM根据这个波长将分组输出到相应的输出端口。
b.输入缓冲的波长路由交换结构
在上面两种交换结构中，分组的缓存被安排在分组交换之后，这样做的好处是可以获得较好的时延特性。但是这种交换结构比较复杂，而且功率损耗比较大。为此，人们提出了在输入端进行分组缓存的波长路由结构[6]，如图4所示。
这种交换结构由两个模块组成：分组排队模块和分组路由模块。和Frontiernet光分组交换结构中一样，分组交换由AWGM和TWC一起完成。分组的拥塞是通过输入端对分组进行排队来解决。分组排队模块由N个TWC和波长路由分组缓存组成，其中波长路由分组缓存用一对AWGM和一套延时范围为0～(K-1)T的不同长度的光纤延迟线实现。这种结构中，由于AWGM的波长路由特性，从第i个输入端口输入的分组经过某一时延后从分组排队模块的第i个端口输出。如果多个分组产生拥塞，可以在分组排队模块给各分组安排不同的时延。这样，即使同时有N个分组要在交换结构的同一个输出端输出的时候也不会发生分组冲突。因此，该交换结构有较低的分组丢失率。
(2)广播和选择型交换结构
广播和选择型交换结构是最常见的一种交换结构，它在许多项目中被广泛使用。这种结构不需要像波长路由交换结构那样使用过多的可调器件，它的另一个优势是它具有广播功能。交换时，从各个输入端来的信息合成一路信号，然后被耦合到每个输出端，每个输出端口从合路信号中滤出到达该端口的信号。各路信号复合的时候可以使用波分复用的方法也可以使用时分复用的方法。一个典型的例子就是KEOPS项目中使用的KEOPS结构[7]，如图5所示。
对从不同端口来的N个分组首先进行波长变换，经过1个波长复用器合成1路，然后用1个星型耦合器将复用信号广播给K个光纤延迟线。经过光纤延迟线后，每个分组都获得了所有可能的延时(即0～(K-1)T)。每根延迟线输出的分组又被一个星型耦合器广播给所有输出端口，在每个输出端口上都有一套光开关门进行分组选择。首先，前面1个光开关门在某一时刻开启，让含有要在该端口输出分组的复用信号经过，接着第2个光开关门开启，通过波长选择在该端口输出的分组。与波长路由交换结构相比较，这种结构不需要可调器件，但是它也存在光功率损耗太大的问题(对于N×N规模的交换结构，光功率的损耗与NK2成正比)。
(3)基于空分开关的交换结构
光开关在光纤通信系统中是一个不可或缺的器件，从前面讨论可以看出，无论在波长路由结构还是在广播选择型交换结构中，它都是不可缺少的。这里讨论的是基于空分开关的交换结构——Staggering结构[8]，如图6所示。这种结构使用空分开关阵列来完成分组路由和缓存。该结构由两个无阻塞的空分开关阵列以及相连的时延不同的光纤延迟线组成。前面的1个空分光开关阵列使得每个分组可以选择进入不同的延迟线，从而使分组在第2个空分开关阵列的输出端发生碰撞的概率大大减小。第2个空分开关完成分组的路由。
3.2 光存储
从前面的讨论可以看出，光存储器在分组交换结构中起着重要的作用。原则上讲，电域的可随机读取存储器(RAM)可以用在光分组交换中，早期的光分组交换系统就是这么设计的。但是电RAM的读取速度有限，这影响了光分组交换的速度和容量。而且采用这种方案的交换结构将不可避免地用到光电(O/E)和电光(E/O)变换，从而增加了系统的复杂度。开发全光的RAM工作已经有很长的时间，但是迄今为止还处于研究阶段，目前的分组交换结构中利用光纤延时线和各种光器件的组合来实现全光的存储器。
采用这种方法的设计结构已经有很多种，它们可以分成两类：传输型和循环型[2]。传输型缓存通常由多段光纤延时线和多个光开关组成。每段光纤延时线的延时为分组持续时间的整数倍，光开关用来选择时延的长度。分组的存储时间等于分组在光纤延迟线中的传输时间。传输型缓存又可以分成并行传输型结构(如图7(a)所示)和串行传输型结构(如图7(b)所示)。并行传输型结构中，分组的缓存使用一段光纤延时线实现。当可选择的延时数增加时，并行传输型缓存结构中所使用的延时线的数目和空分开关的门数就会增加。串行传输型缓存中，分组的缓存用多段延时不同的光纤延时线和多个2×2的光开关组合实现，分组的时延由它所经过的全部延时线所决定。这两种传输型缓存结构可以同时存多个分组数据，但是同时只能有一个分组输出。
循环型的缓存结构比传输型的缓存使用起来更灵活。分组在其中缓存的时间由分组循环的次数决定，而且可以在一些特定时间(如分组时间长度的整数倍)的那一刻从缓存中读取分组数据。这种结构也有一个问题：当缓存时间较长时，由于分组所经过的光纤的实际长度较长，光功率损耗就比较大。如果想增加缓存时间，可以在环形光纤延时线中增加全光放大器，但同时就会引入受激的自发辐射噪声(ASE)，降低信号质量。同时，全光放大器的增益也必须精心设计，让它能刚好抵消光分组环行一圈所产生的损耗，但又不发生激射。
在缺少可随机读取的全光存储器的现状下，要获得较好的网络性能，一个比较好的方法是采用光电结合的分组存储方案。这种方案中用光纤延时线实现的光缓存存储需要短时间保存的光分组，这是存储器的主体，用电域的存储器保存需要长时间保存的数据。当1个光分组需要保存的时间超过了能够提供的最大光缓存时间，对该光分组进行光电变换，然后在电域存储。这样既能很好地保证网络的性能，又能降低系统的成本(光电变换器件和电器件占很大比例)。这种方案特别适用于网络的边缘路由器中，因为这样的路由器中已经有大量的电存储器件，只要加上电光和光电变换接口就能完成该方案中的电存储功能。
3.3 拥塞的解决
当相同波长上的多个分组需要同时在同一输出端口输出时，就会产生阻塞现象。电域上的分组交换采用存储转发的方法来解决这个问题。但由于光域上缺少RAM，无法进行光存储的随机读取。目前分组阻塞的解决方案有下面4种[9]：
(1)从时间上解决：使用光纤延迟线暂时保存受阻塞分组，稍后再进行发送。欧洲的KEOPS项目的交换结构就使用了这种方法。
(2)在空间上解决：也即使用偏射路由策略。当两个分组交换发生拥塞时，其中1个分组交换到正确的输出端口，将另一分组输出到另外1个空闲输出端口，该分组通过网络迂回后到达目的端。其结果是造成被迂回分组的端到端时延很长且不可预料，同时在接收端，分组到达也不是顺序的，收到分组后需要进行排序。
(3)采用波长变换技术：前面介绍的两种方法各有其长处和不足。采用光缓存的方法能够获得较好的网络吞吐量，但是要引入较多硬件设备和控制功能。偏射路由的方法比较容易实现，但是不能提供理想的网络性能，如果与波长变换技术相结合，就能克服这些不足。采用波长变换技术后，当两个分组发生拥塞时，对两个阻塞分组中的1个进行波长变化，然后同时在同一端口输出。采用波长变换技术同时还可能提供噪声抑制和信号整形功能。
(4)采用光突发交换(OBS)技术：突发分组就是由多个分组组成的1个长的连续数据块。源节点发送突发分组之前发送1个控制分组给要经过的路由上的所有交换节点，过一段时间后，源节点发送突发分组，此时路由上的各个交换节点已经设置好路由，突发分组经过时就不会发生阻塞。而且通过设置等待时间和突发分组的长度，可以提供不同等级的服务。它和全光分组交换的不同之处主要在于控制软件上的不同，所以全光分组交换节点改造后可支持突发交换。
4 结束语
未来光网络信息量爆炸式增长，IP将成为主导业务，光分组交换技术将充分拓宽网络带宽，最大限度地提高线路利用率。随着光子器件的日益成熟，光分组交换结构正不断优化。在目前的交换和光存储的技术水平上，我们要对分组丢失率、网络利用率和节点复杂度这3者进行权衡。在全光的可随机读取存储器实现技术取得突破之前，采用多端口数量的开关结构和波长变换器来实现分组交换节点是比较理想的选择。□
参考文献
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(收稿日期：2002-07-17)
作者简介
郑磊, 北京大学电子学系博士生。研究方向为光分组交换和光放大器。
吴德明，北京大学电子学系教授，博士生导师。
节点影响力 篇12
1 输电塔K型管板节点的承载力计算模型
对于本文试验中应用的K型管板节点, 在输电线路钢管塔构造设计[10]中规定了K型管板节点的力学计算模型如图1所示, 其中等效在节点板上的受力分解为
在建筑钢结构设计手册[11,12]中规定了节点的极限弯矩值为
式中:D为主管外径;B为节点板长度;t为主管厚度;fy为钢材屈服强度。
F1—受压支管侧的压力;θ1—受压支管与主管夹角;F2—受拉支管侧的拉力;θ2—受拉支管与主管夹角。
试验节点在受压支管荷载F1为1050 k N, 受拉支管荷载F2为770 k N时达到极限承载力, 节点受压支管与主管夹角θ1为40°, 受拉支管与主管夹角θ2为64°, 通过计算得出极限承载力下节点板的受力为
将D=0.66 m, B=1.159 m, t=0.014 m, fy=345 MPa代入公式 (4) , 得到规定的节点弯矩值Mmax=135 k N·m
极限荷载下节点的等效弯矩值M=377 k N·m大于规定的节点极限弯矩Mmax=135 k N·m, 表明节点在支管荷载达到140%设计荷载时发生局部破坏, 但是理论计算值与实际承载力比较偏于保守。
2 K型管板节点试验
本文的试验节点参考东坡220 k V线路的出线工程, 2E4BJD为大截面导线钢管组合结构四回路转角塔, 两组节点的尺寸参数均相同, 不同的是节点中部加劲板的设置, 设置加劲板的K型管板节点的节点板整体稳定性会得到提高。
2.1 节点试件设计
两组试验节点的主管、支管、节点板等的尺寸完全相同, 节点采用的钢材规格为Q345。两节点主管尺寸为Φ660 mm×14 mm, 两支管尺寸分别为Φ219 mm×4 mm、Φ219 mm×5 mm, 节点板端部布置2道60°、10 mm厚1/4环形加劲板。试件1节点板中部布置1道60°、10 mm厚加劲板;试件2节点板中部布置两道60°、6 mm厚加劲板。
2.2 试验加载装置
试验加载装置为大型自制反力架, 两试验节点试件的加载方案相同。加载端千斤顶均使用双作用大吨位液压千斤顶, 主管端采用1000 t液压千斤顶 (千斤顶型号为JR-CLRG-100012) 施加7700 k N的轴压荷载, 底端为固定支座;两个支管采用200 t液压千斤顶 (千斤顶型号为JR-CLRG-20012) , 分别施加750 k N的轴压荷载和550 k N的轴拉荷载。试验节点在加载过程中始终保持水平放置。以设计荷载作为100%标准荷载, 对节点足尺模型进行静力加载, 在100%设计荷载以下按20%逐级加载, 当荷载达到100%设计荷载后, 按照5%逐级加载, 直至试件破坏。
3 K型节点试验结果分析
3.1 节点破坏模式
节点1在130%设计荷载 (主管荷载达到10 010 k N) 下发生局部屈曲破坏, 对试验节点破坏模式进行分析, 节点板的失稳破坏形态近似呈三折线趋势, 如图2所示。在荷载加载的过程中, 开始进入塑性阶段的是受压支管前侧节点板A区域, 继而内力扩展到了节点板端B区域, B区也发生塑性变形。而靠近端部环板的节点板C区域受到了环板的牵制作用, 一直处于弹性阶段。由于节点板的平面外位移不断增大, 最终产生平面外大变形, 插板也相继达到了承载力极限, 受弯断裂。而节点板中部加劲板在加载过程中始终无明显变形, 主管及支管管壁均无明显屈曲变形。
节点2在140%设计荷载 (主管荷载达到10 780 k N) 下发生破坏。两节点的破坏模式基本相同, 均为受压端节点板的平面外失稳, 节点板产生平面外大变形, 插板端部受弯断裂。不同于节点1的是节点2的节点板产生的平面外变形较小。
3.2 节点应变、位移曲线分析
为了观测节点板在试验过程中的受力情况, 采用静态电阻应变仪和非接触性应变仪测量节点板区域应变值。由于节点的破坏模式为受压端节点板及槽型插板的弯折破坏, 属于局部屈曲破坏, 节点其他部位未产生塑性变形, 因此在受压支管侧节点板板端选取一个典型受力点, 观测两试验节点不同中部加劲肋的设置方式对节点承载力的影响;在中部加劲板上选取另一个典型受力点, 分别绘制两个受力点的荷载-应变曲线。以每级加载等级下的主管荷载为标准记录两典型受力点的应变变化, JJ为节点板上沿主管径向的应变, JH为节点板上沿主管长度方向的应变, 1为节点1的典型受力点, 2为节点2的典型受力点, 绘制节点板的荷载应变曲线, 如图3所示。
由图3 (a) 可知, 在初始荷载加载过程中, 在两节点板上沿主管径向的应变JJ1、JJ2一直呈线性增长, 表明节点板一直处于弹性阶段, 节点1 (JJ1) 的主管荷载达到8500 k N (110%设计荷载) 时节点进入塑性阶段, 此时观察到的试验现象是节点板开始产生平面外的变形。随着变形的进一步增长, 在主管荷载达到10 010 k N (130%设计荷载) 时, 槽型插板也随即达到了承载力极限, 发生弯折破坏, 从而整个试件整体失稳破坏, 节点达到极限承载状态。节点2 (JJ2) 在主管荷载达到9300 k N (120%设计荷载) 时节点板开始产生局部屈曲, 在主管荷载达到10 780 k N (140%设计荷载) 时节点发生整体破坏。由图3 (b) 可知, 节点1 (JH1) 的主管荷载达到8500 k N (110%设计荷载) 时, 在节点板上沿主管长度方向的应变进入塑性强化阶段, 在节点2 (JH2) 节点板上沿主管长度方向的应变始终处于弹性阶段。总体来说, 在节点2的节点板上径向和沿管长度方向的荷载应变曲线 (JJ2, JH2) 的增长趋势和节点1 (JJ1, JH1) 基本相同, 节点2在主管荷载加载到140%的设计荷载时发生局部屈曲破坏, 对比节点1提高约10%的极限承载力。
加劲板处典型受力点荷载-应变曲线如图4所示, HJ为加劲板上的径向应变, HH为加劲板上的环向应变, 1为节点1的典型受力点, 2为节点2的典型受力点。
由图4 (a) 可知, 在节点1 (HJ1) 加劲板上径向应变在加载过程中始终处于弹性阶段, 在节点2 (HJ2) 加劲板上径向应变在主管荷载达到7700 k N (100%设计荷载) 时进入强化阶段, 但仍能继续承受荷载。由图4 (b) 可知, 两节点加劲肋上的环向应变 (HH1, HH2) 在加载过程中始终处于弹性阶段。观察试验现象, 加劲肋无明显变形现象。由此表明两节点中部加劲肋始终没有达到屈服极限, 加劲肋的设计较为安全保守。
在荷载加载过程中, 通过百分表记录节点板发生的平面外位移变化如图5所示。
由图5可知, 随着主管荷载的逐渐增大, 节点1的主管荷载未达到10 010 k N (130%设计荷载) 、节点2的主管荷载未达到10 780 k N (140%设计荷载) 时, 节点板的平面外位移较小, 而且逐渐增大, 表明此时由于槽型插板不能为节点板提供抗侧刚度, 在支管施加的荷载逐渐增大的过程中, 节点板会逐渐产生平面外的变形。当荷载继续增加到屈服荷载时, 节点板发生板平面外的失稳破坏, 两节点板的变形迅速增大, 节点1的极限变形为35 mm, 节点2的极限变形为44 mm, 节点不能再继续承受荷载。两节点的失稳破坏形式基本一致, 节点2的变形在荷载加载过程中始终大于节点1, 可见布置两道加劲板限制了节点板的平面外变形, 提高了节点的极限承载力。
4 结论
1) 由两个输电塔K型管板节点试验结果可知, K型管板节点的破坏模式为节点板平面外的失稳破坏。由于节点板端部稳定性较差, 通过在节点板区域加设中部加劲肋的方法, 能够限制节点板平面外的位移, 从而提高节点的局部承载力。布置2道6 mm厚加劲板能够提高10%的节点承载力。
2) 节点板的失稳破坏形态近似呈三折线, 受力最大的是受压支管前侧节点板, 表明槽型插板的侧向刚度较差, 没有限制节点板的平面外位移。为提高节点板的抗侧刚度, 避免节点板发生平面外失稳, 可以采用十字插板节点板连接方式代替槽型插板连接方式, 或加强节点板端部环板强度的方法提高节点板端部承载力。
3) 输电塔K型管板节点的理论计算较试验结果偏保守, 不能有效地反映节点的失效破坏模式和极限承载力。
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