静力分析（精选12篇）
静力分析 篇1
没有加劲梁或加劲梁高度很小(高度小于70 cm)的悬索桥称为柔性悬索桥。该种桥型充分发挥了高强度钢索受拉强度大的特点,不需要特别高的桥塔,就可以架设大跨径的桥梁;并且桥面系构造简单、耗钢量低、桥梁架设和维护方便、桥型美观、造价低,但是梁的刚度较小,悬索受集中荷重(移动的活载)容易引起S形变形[1]。
本文采用非线性有限元理论(C.R列式法),将大跨悬索桥的设计理论与柔性悬索桥的实际情况相结合,对柔性悬索桥进行静力分析。
1 工程概况
某人行悬索桥桥跨布置为36 m+210 m+41.5 m,桥梁全长287.5 m。主跨上部构造为210 m跨径柔性结构悬索桥,矢高为21 m。主缆为37股直径Φj15.24 mm钢绞线,标准强度1 860 MPa,主缆间距4.2 m。辅助缆为由19根Φ5 mm高强钢丝制成的扭绞型钢丝索,标准强度1 670 MPa,上锚点约位于1/3及1/6主跨跨径处,下锚点锚固于地面锚锭,辅助缆与水平面及竖直平面呈45°夹角,其初始张力为40kN,全桥共计8根。吊杆采用Q235 q钢制作的直径Φ28 mm、Φ40 mm圆钢,吊杆间距3 m。桥面系采用梁格体系,槽钢制作的纵、横梁采用焊接连接。桥面板为60 mm钢筋混凝土板,采用锚栓与桥面纵梁连接。边跨为13 m跨径简支板梁桥。桥塔为钢筋混凝土框架结构,桥塔基础为群桩嵌岩基础。主缆锚锭为钢筋混凝土框架结构。主缆采用OVM250拉索体系张拉端锚具OVM250-37直接锚固于锚锭上[4]。桥梁总体布置见图1。
2 初始平衡状态(恒载状态)结构静力分析
本项目采用madis civil2006进行结构有限元分析。主缆、辅助索及吊杆采用索单元,加劲梁及主塔采用梁单元模拟。主缆及辅助索的锚点,索塔根部均做固结处理。先采用节线法,再作精确的初始平衡状态分析,可得成桥阶段结构外形及内力。主缆初始平衡状态下坐标见图2[3,4,5]。
3 人群荷载作用下结构静力分析
按非线性的活载分析方法,通过反复迭代和对比,最终得出了控制设计的3种人群荷载布置工况。
(1)人群荷载布置工况Ⅰ为中跨全跨布置人群荷载。此工况控制了主缆、桥面系、锚锭、主塔及下部构造的结构设计。此工况作用下,主缆最大张力1 924 k N;加强型吊索最大张力49.4 kN(辅助索锚点处),普通型吊索最大张力20.7 kN;塔底最大弯矩为5 432 kN·m,对应最大轴力为5 975 kN。桥面系最大压应力为-98.6 MPa,最大拉应力为100 MPa。
(2)人群荷载布置工况Ⅱ为中跨跨中78 m范围内布置人群荷载。此工况控制了桥面系正对称变形,即跨中最大挠度。此工况作用下,Z方向桥面位移最大值为0.830 m(向下)和0.163 m(向上)。
(3)人群荷载布置工况Ⅲ为中跨左端84 m范围内布置人群荷载。此工况控制了桥面系反对称变形(即S形变形)及辅助缆设计。此工况作用下,Z方向桥面位移最大值为0.605 m(向下)和0.230 m(向上);辅助缆最大张力133 kN。
4 静风荷载作用下结构静力分析
风荷载在桥上的实际分布是相当复杂的,在静风计算中,一般假定风荷载为沿桥跨方向均布的已知荷载。这样,作用在悬索桥上的风载将分别通过主缆和加劲梁传到基础。风载在主缆与加劲梁之间的传递是由吊索完成的,其受力根据刚度分配。中小跨径悬索桥横向刚度以加劲梁为主,因而横向风力主要由加劲梁承担。特大跨悬索桥刚度以主缆的重力刚度为主,并且随着跨径的增大,主缆重力刚度与加劲梁横向刚度之比越来越大,主缆承担的风力也随之增大。可见研究静风荷载的计算问题,首先必须研究风载在主缆和加劲梁上的分配问题。本桥设计时考虑风荷载主要由主塔和桥面系承担。
根据《公路桥梁抗风设计规范》(JTG/T D60-01-2004),本桥跨径较小,无需做抗风稳定性验算,故仅做静风荷载计算。查阅有关资料得知,桥位处基本风速为25.6 m/s(重现期100年)。按《公路桥梁抗风设计规范》计算有关风荷载,并加于计算模型之上,进行非线性分析,得出如下结果:风载作用下结构最大横桥向位移为0.093 8 m,此值小于规范所规定的1/1000跨径的要求;主缆最大张力1 223 kN;桥面系最大压应力为-97 MPa(仅出现在邻近索塔的一个梁段),最大拉应力为107.4 MPa。
辅助缆对结构的抗风起了决定性的作用。当去除辅助缆,结构在相同的风荷载作用下,横向最大位移达0.658 m,桥面系构件最大应力也将增加3倍多。此时,原结构不能满足安全性要求。
5 柔性悬索桥的变形控制
对于本桥这样的柔性悬索桥而言,使用阶段的变形控制相当重要,这不仅直接关系到桥梁的安全,而且关系到行人的安全和可通过性。但由于主缆及加劲梁刚度小,重力刚度也相对较小,这些都使柔性悬索桥的受荷变形相当大,而且对变形的控制也比较困难。可以说变形实际上是柔性悬索桥设计的最终控制因素[5,6]。
减小悬索结构变形,可采取如下几种方法:增加恒载、改变矢跨比、增加辅助索和加大主缆及加劲梁刚度。为了最终确定结构形式,本文先后建立了7种不同的模型进行分析。这7种模型的主塔及加劲梁结构相同,其余结构有所区别,具体说明如下:
模型1:木桥面、无辅助索、矢跨比1/10、37束Φj15.24 mm主缆;
模型2:木桥面、无辅助索、矢跨比1/12、37束Φj15.24 mm主缆;
模型3:混凝土桥面、无辅助索、矢跨比1/10、37束Φj15.24 mm主缆;
模型4:混凝土桥面、无辅助索、矢跨比1/12、37束Φj15.24 mm主缆;
模型5:混凝土桥面、无辅助索、矢跨比1/10、55束Φj15.24 mm主缆;
模型6:混凝土桥面、1/4跨处设斜拉索锚固于主塔、矢跨比1/10、37束Φj15.24 mm主缆;
模型7:混凝土桥面、空间辅助索锚固于地面混凝土锚锭、矢跨比1/10、37束Φj15.24 mm主缆。此模型为最终采用的结构形式。
各模型的变形最大值见表1,最大变形指的是正、负挠度绝对值之和最大。
m
从表1可知,增加恒载和添加辅助索是比较好的减小变形的方法。本桥通过采用混凝土桥面板增加了恒载,直接导致重力刚度的增加,故减小了变形。尽管混凝土桥面板一次性投资稍大,但其较木桥面的耐久性好,养护方便,故从长远来看,桥面的造价并未增加。
本桥结构分析中考虑了2种辅助索的形式,即:锚固于主塔的斜拉索和锚固于地面混凝土锚锭的空间辅助索。而后一种辅助索因其构造简单、施工方便、能更好地控制结构挠度以及可以有效抵御风荷载,而成为最终采用的结构形式。
6 结语
对于柔性悬索桥而言,由于其自身刚度较小,故表现出较严重的非线性,分析时必须采用非线性有限元理论,方能得出较精确的结果。对于较大跨径的柔性悬索桥而言,辅助缆是必不可少的,它对控制结构变形、抵抗风荷载及保证结构稳定,都有着相当重要的作用。本文将大跨悬索桥的设计理论与柔性悬索桥的实际情况相结合,详细分析了其静力特性,得出了比较精确和实用的结论,希望可以对这种桥型的发展有所裨益。
参考文献
[1]雷俊卿,郑明珠,徐恭义.悬索桥设计[M].北京:人民交通出版社,2001.
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[7]宋鑫,邱文亮.万新大桥主桥结构设计和施工控制[J].公路,2005,(4):66-68.
静力分析 篇2
王 晓
严 锦
李滨城(江苏科技大学 江苏镇江 212003)摘 要:本文首先应用矩阵法对游梁式抽油机机构进行了数学模型,在此基础上应用了MATLBA/SIMULINK软件进行了运动分析及动态静力分析。根据对仿真结果的比较分析,可以更好地了解游梁式抽油机的运动学及动力学性能,从而找出进一步提高其工作效率的设计方案。
关键词:游梁式抽油机 MATLAB/SIMULINK 运动分析 动态静力析
游梁式抽油机具有性能可靠、结构简单、操作维修方便等特点,是目前油田上使用广泛的采油装置,如图1所示。游梁式抽油机的工作过程为首先由电动机经皮带传动将高速旋转运动传递给减速器,再由曲柄连杆机构将旋转运动变为游梁的上、下摆动。挂在驴头上的悬绳器通过抽油杆带动抽油泵柱塞作上、下往复运动,将油液抽至地面完成其工作要求。
本文在应用矩阵法对游梁式抽油机进行运动学及动力学建模的基础上,借助MATLAB/SIMULINK对设计参量进行了辅助分析,为对其进行进一步的优化设计研究提供了帮助。
图1 游梁式抽油机
1、运动分析
建立如图2所示直角坐标系,根据图2所示的矢量封闭多边形得 :
（1）
将各矢量分别向 x 轴和 y 轴投影,得到投影方程为
(2)将式(2)对时间进行一次求导并整理成矩阵形式,得速度表达式为 :
(3)对矩阵(3)进行时间一次求导得加速度表达式为:
(4)
图2 游梁式抽油机机构运动简图
图3 构件1的受力分析图
2、动态静力分析
游梁式抽油机机构有4个铰链,每个铰链受杆的作用分别有x , y 方向的两个分力,另外还有一个待求的平衡力矩共9个未知量,需列出九个方程求解。其中需要用到的量还有各构件所受的惯性力及惯性力矩。
根据运动分析求得的各构件的角速度和角加速度,可以计算出各构件的质心加速度,从而可得各构件所受惯性力及惯性力矩。
如图3所示,对构件1进行受力分析。构件1受惯性力、重力、杆2对它的作用力和杆4对它的作用力以及平衡力矩。构件1为匀速转动,其角加速度α=1,所以惯性力矩为零。根据 ∑ = 0、∑ = 0和 ∑ = 0,写出方程式如下：
(5)同 理 ,对 构 件 2进 行 受 力 分 析 ,如 图 4所 示。根 据 ∑ = 0、∑ = 0 和 ∑ = 0 ,写出如下平衡方程式 :
(6)同 理 ,对 构 件 3进 行 受 力 分 析 ,如 图 5所 示。根 据 ∑ =0、∑ = 0和 ∑ = 0, 写出如下方程式 :
(7)
图4 构件2的受力分析图
图5 构件3的受力分析图
其中 为抽油杆的载荷 ,抽油杆的惯性力 /9.8。
根据以上九个方程式可以解出九个未知数,将以上方程组化为矩阵形式,可表示为:
(8)
3、SIMULINK仿真模型的建立
3.1 SIMULINK 仿真模型
该游梁式抽油机机构运动及动力分析求解时,自变量可以是时间 t 或者构件1与 x 轴的夹角θ1,构件1的角速度ω1已经确定,杆1在运动过程中带动杆
2、杆 3运动所产生的角速度是与θ1有关联的。角速度ω
2、ω3的解,可由角加速度α2、α3积分得到 ,在求角加 速度α2、α3时要用到矩阵表达式(4),为求解这个矩阵表达式 ,需要 建 立 一 个 MATLAB函 数 Kinematics,该 函 数 的 输 入 参 数 是θ1、θ2、θ
3、ω
1、ω
2、ω3 这 6个 量 ,输 出 参 数 是α2、α3,所 以 由α2、α3进行积分得到的就要返回嵌入 SIMULINK中的函数 Kine-matics里。为求解矩阵表达式(8),需要建立第二个 MATLAB函数 Dynamics,该函数用来求解各个转动副处两杆间作用力以及一个待求的平衡力矩。为了表达计算和仿真结果,这里通过建立后处理函数Post Processer和simout输出模块来实现。
出了用SIMULINK建立的游梁式抽油机仿真模型,图中各模块间的关系已经在图中标出。利用该模型最终可以得到上述各参量随时间 t 或转角θ 1的变化的规律。3.2 SIMULINK 仿真结果
在 用 SIMULINK进 行 仿 真 时 ,需 要 对 各 个 参 数 赋 初 值 ,θ1、θ2、θ
3、ω
1、ω
2、ω3对 应 的 初 值 可 以 利 用M A T L A B 软 件求解得到,见表1。最后用MATLAB的plot等绘图命令进行后处理,得出游梁式抽油机运动学和动力学仿真曲线,如图7所示。
4、结语
本文运用MATLAB/SIMULINK软件对游梁式抽油机进行了运动学和动力学分析,从而确定了该机构的运动规律,该方法简便易行,精确度较高。根据仿真出来的机构相应构件的角速度、角加速度及各处作用力等一系列的参数可以帮助设计者有效地控制所抽取油的重量,以最大程度地提高抽油机的工作效率。
表1用SIMULINK仿真时各参数初始值
这个表格估计要重新做一个
图7 游梁式抽油机机构运动学和动力学仿真结果图
参考文献
静力分析 篇3
关键词:轴承—齿轮系统;ABAQUS;有限元法
中图分类号:TN957.2 文献标识码:A 文章编号:1000-8136(2010)27-0013-02
现代战争对雷达的性能要求越来越高,轴承—齿轮系统作为雷达的关键基础构件对其性能有重要影响。这就要求人们采用现代设计方法对雷达的关键基础构件进行设计,通过有限元方法,设计人员可以综合考虑影响齿轮系统动态特性的各种因素,在产品的设计阶段就对产品的性能和存在的问题一目了然,从而为产品改进设计提供了有效的技术途径,并大大减少了物理样机试制的时间和研制经费的投入,提高了设计效率。
1研究方法及理论依据
轴承—齿轮系统作为天线运动的载体,以底座为基础,包括横滚、俯仰和方位三个互相垂直的旋转运动,工作原理见图1。横滚转动为第一级运动,俯仰转动为第二级运动,方位转动为第三级运动。天线安装在方位部分的天线托架上,随着方位部分一起转动。方位部分的运动是主要运动,带动天线以一定的转速进行扫描,横滚部分和俯仰部分的运动只用来调整扫描的区域范围。系统通过对电机进行合理的控制,使轴承—齿轮系统的三个轴以一定的转速转动或转到某个角度。在3个轴的运动合成下,天线可完成对一定区域的扫描。
图1轴承—齿轮系统工作原理图
轴承—齿轮系统的每一级运动都由一个独立的伺服电机驱动。伺服电机经过两级齿轮减速,最后输出到轴承—齿轮系统的每一个轴上。在横滚的传动中,电机和减速部分固定不动,只有横滚转体转动;而在俯仰和方位的传动中,伺服电机和减速部分跟着转体一起绕轴转动。
2轴承—齿轮系统有限元模型建立
该有限元模型以六面体单元、四边形壳单元为主,还有少部分的连接单元、弹簧阻尼单元、刚性单元。利用Hypermesh统计该模型有111 850个单元,132 053个节点。
轴承—齿轮系统的整体结构的网格划分,见图2。
图2轴承—齿轮系统整体结构的有限元模型
3载荷处理
由于静态分析的特殊性,在静态分析时不用考虑齿轮的啮合,轴承的内外圈的关系,所以在静态分析时就不考虑齿轮的啮合时轮齿的啮合问题,轴承的内圈和外圈与其他相连结构通过实体单元连为一体。
建立如下坐标系:原点位于底座平面与圆筒轴线的交点,X轴沿轴线方向,Y轴位于底座平面内且指向底座缺口,Z轴满足右手定则。在该轴承—齿轮系统的静力学分析中分别施加x,y,z 3个方向大小为1 g的加速度来分析,每一个方向对应一种工况。约束加在3个螺栓上,约束其x,y,z 3个方向的平动自由度。
4结果与分析
在ABAQUS上计算了该有限元模型的应力与位移,模拟了3种工况。见图3、图4、图5。从中可以看出:
(1)在x,y,z 3种方向的载荷作用下,模型的最大应力分布在底盘的连接螺栓的附近,这是由于应力集中引起的。另外,除了螺栓的连接处就是底座加强筋上的应力最大。
(2)在x方向加载时模型的最大应力和最大位移都小于在y方向和z方向载入时的位移和应力,说明该模型在y,z方向的刚强度要比在x方向的刚强度小。
(3)在这3个方向上加载时筋板上的应力都比较大,可见筋板的作用就在此体现出来,增强了模型底盘的刚强度。
(4)在位移云图上可以看出方位电机、减速器的地方位移较大,因为此处的刚度较小,而方位驱动电机的质量和减速器的质量都集中于此,故产生较大的作用力,即位移较大。
(5)可以增加筋板的厚度或增加筋板的数目提高底座的刚强度;可以适当增加连接螺栓的数目,这可以减小螺栓连接处的应力。
参考文献
1 石守红、韩玉强、张锁怀.齿轮耦合的转子—轴承系统的研究现状[J].机械科学与技术,2002.21(5):703～706
Based on ABAQUS Bearing—Gear System Static Analysis
Chang Li
Abstract:Using ABAQUS the bearing — gear system static finite element model, stress distribution by the model cloud, and the displacement contours, made some optimization improvements bearing — gear system structure of the programs and measures.
堆料机悬臂的静力分析 篇4
侧式悬臂堆料机主要用于水泥建材、煤炭、电力、冶金、化工等工业行业, 可以对石灰石, 煤, 铁矿石、辅料等进行预均化处理, 可以根据需要设定堆料方式, 与取料机配合使用后可以大幅提高散料的均化效果, 保证原料的稳定性, 是散料储存及均化的必备设备。悬臂承载着用来输送物料的整个胶带机机构, 其受力状态随着堆料机的作业工况的改变而时刻变化着。本文对DB200/16.5侧式悬臂堆料机的悬臂进行静力学分析, 对其进行强度、刚度及稳定性计算。
2侧式悬臂堆料机基本构造及工作过程
2.1堆料机结构主要分如下几部分:
(1) 悬臂部分;
(2) 导料槽;
(3) 胶带机;
(4) 来料车;
(5) 行走机构;
(6) 液压系统;
(7) 轨道部分;
(8) 电缆坑;
(9) 照明系统;
(10) 检测系统;
(11) 电缆布线系统等组成。
2.2来料车将地面皮带上的物料通过导料槽转送至悬臂胶带机, 悬臂胶带机将物料运送到头部卸料滚筒处, 利用挡料板调节落料点位置, 在行走机构的行走及俯仰机构的变幅动作下, 完成物料的定点式堆料或往复式的人字形堆料。
3悬臂的结构
悬臂架由两个变截面的工字型梁构成。横向用钢板和角钢连接成整体。工字型梁采用钢板焊接成型。因运输限制, 臂架分段制造、现场焊接成整体。悬臂架上面安有胶带输送机, 胶带机随臂架可上仰下俯。悬臂尾部设有配重箱, 箱内装有混凝土配重块。
悬臂两侧设有走台, 走台上铺设钢格板, 一直通到悬臂的前端, 以备检修、巡视胶带机。悬臂下部设有两处支撑铰点。一处是与行走机构的三角形门架上部铰接, 使臂架可绕铰点在平面内回转;另一处是通过球铰与液压缸的活塞杆端铰接, 随着活塞杆在油缸中伸缩, 实现臂架变幅运动。液压缸尾部通过球铰铰接在三角形门架的下部。如图1所示。
4悬臂的静力学分析
本设备中悬臂的工作范围为上仰6°、下俯8°, 本文取 (1) 工作风压满载下俯8°, (2) 工作风压满载水平, (3) 工作风压空载上仰6°, (4) 非工作风压空载水平四种工况进行分析。本文采用普通应力分析法进行构件设计, 结构材料的许用应力及载荷工况依照JB/T8849-2005移动式散料连续搬运设备钢结构设计规范, 且悬臂在俯仰过程中速度很低, 不考虑惯性力的作用, 行走机构速度也较低, 不考虑冲击系数的影响。
由于悬臂结构主截面全部由钢板组焊而成, 所以模型采用板单元模拟, 横连角钢类似于空间桁架结构, 采用杆单元模拟误差不大, 并且可以提高计算效率, 节省计算成本。整体悬臂建模结束后, 施加约束条件, 臂架与液压缸、行走机构门架均为铰接。非工作风压下地面锚定装置与悬臂为铰接, 液压缸采用杆单元模拟, 板单元大小采用50mm, 计算模型如图2所示。
(1) 工作风压满载下俯8°。
边界条件施加结束后, 应力云图如图3所示。
此工况下载荷组合为Ⅱ, 由图3可以看出板单元的冯氏应力值最大为78MPa<[σ]=180MPa (此处板厚16mm, 材质Q235-B) , 出现在液压缸铰点附近板厚变化处, 强度满足要求, 悬臂最大总变形量是42mm, 许用挠度取L/350=16500/350=47mm, 整体刚度满足要求。
稳定性的验算包括悬臂的整体稳定性验算和局部稳定性验算, 为了简化计算过程, 提高计算效率, 下面运用电算和手算结合的方式进行分析:首先用软件做线性屈曲分析, 求出一阶特征值, 初步判断线性屈曲时的临界应力的大致范围, 再由一阶模态结果分析出结构失稳时是整体屈曲行为先发生还是局部屈曲行为先发生, 若为后者, 则确定出屈曲的板件为哪一块板件, 然后在利用电算的应力结果, 手算该板件的稳定性是否通过。若为前者, 则手算整体稳定性是否通过。现对此工况进行线性屈曲分析, 得到一阶特征值为5.8, 局部屈曲, 板件为靠近油缸支点处的腹板, 位置和形态如图4所示, 屈曲形态为波浪形, 应力几乎成上下对称性分布, 由此可以判定出该板件主要是由弯曲应力引起的局部屈曲, 由于剪切应力及局部压应力不大, 为了简化计算局部压应力和剪应力对板件屈曲的影响可以暂不考虑, 待计算结束后用通过适当增大系数的方法进行补偿。现将该板件提出单独进行稳定性计算, 计算简图如图5所示。
该板件最大的应力值为±60MPa, 参照板件稳定性理论, 临界应力按下式计算:σk=K (δ/h0) 2×103MPa, 其中系数K取值与腹板的固定情况和正应力分布情况有关, 参考相关资料, 翼缘板对腹板起弹性固定作用, K≈6300, 板厚δ=8mm, 腹板高度h0=1168mm, 带入公式得出临界应力σk=295MPa, 考虑到腹板受剪应力及局部压应力作用, 将临界应力降低10%, 临界应力取295×0.9=2 6 8 M P a, 稳定性安全系数达到了268/60=4.5, 再由于268MPa已然超过了材料的许用应力180MPa, 所以屈曲的发生是在强度失效之后, 无须考虑屈曲状态。综上所述可以得出, 悬臂主截面的控制因素为整体刚度要求。板件的验算全部通过。下面对杆件进行分析计算。
本结构中的杆件全部布置在受压翼缘板一侧, 与横隔板联合作用提高了悬臂的抗侧弯屈曲能力和抗扭转能力, 从而提高了悬臂整体稳定性。通过杆件的应力云图可知最大受力为-30MPa, 即此杆为轴心受压杆。悬臂中的杆件全部采用等边角钢∠50×50×5, 几何长度2220mm, 截面积480mm2, 毛截面的最小回转半径r=9.8 mm, 考虑到角钢的单边焊接造成的偏心影响, 将许用应力[σ]=180MPa降低15%, 取值153MPa, 强度计算通过。杆件的刚度由长细比λ衡量, 由于此结构中的杆系均为支撑类杆, 参照起重机设计规范和钢结构设计规范将许用长细比[λ]取值200。λ=μL/r=2220/9.8=226>[λ] (其中杆件视为两端铰接, 长度系数μ=1.0) , 刚度未通过。杆件的稳定性按σ=N/ (φA) <[σ]=153MPa判定, 查钢结构设计规范可知角钢∠50×50×5在长细比λ=226时的φ=0.149, 代入公式σ=30/0.149=201>[σ], 稳定性未通过。以上针对1) 工况 (工作风压满载下俯8°) , 全部验算完毕。
(2) 针对剩余三种工况, 将有限元模型进行旋转, 定义好边界条件后, 按照上面的步骤和方法进行计算, 计算结果按照杆件和板件进行分类, 分别汇总于表1、表2中。
由以上数据看出, 四种工况中整体刚度均满足要求, 板件强度除工况4) 情况需说明外, 其余均满足要求, 但考虑到工况4) 为非工作状态, 应力达到四种工况中的最高值86MPa, 且此载荷工况属于Ⅲ类载荷, 板件许用应力取200MPa, 杆件许用应力取170MPa, 强度、局部稳定性全部通过。杆件的受力最大工况是工况4) , 强度计算通过, 刚度和稳定性未通过, 工况4) 计算通过, 则前三种工况自然通过。现将角钢∠50×50×5全部换成角钢∠75×75×5, 计算后强度应力值σmax=27MPa, λ=148, 稳定性应力值σmax=130MPa, 全部通过。
结语
(1) 此侧式悬臂堆料机的悬臂的主截面由整体刚度控制。
(2) 工况4) 非工作风压下水平状态下的板件应力及杆件应力达到峰值。
(3) 利用FEMAP的强大分析能力结合传统手算, 可以大大提高计算效率, 保证了计算结果精度。
(4) 为其他类似的悬臂式堆料机的悬臂结构的设计计算提供了参考依据。
摘要：侧式悬臂堆料机是散料堆放的理想设备, 可以采用定点堆料方式或人字法堆料方式将物料堆积成长形料堆, 以达到物料的均化和贮存的目的。本文利用有限元分析软件并结合手算对DB200/16.5侧式悬臂堆料机的悬臂进行静力学计算, 对其典型的几种工况进行分析, 验算了其强度, 刚度及稳定性。
关键词：悬臂,应力,屈曲
参考文献
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[3]JB/T8849-2005, 移动式散料连续搬运设备钢结构设计规范[S].
静力分析 篇5
基于ANSYS的木框架有限元静力弹塑性分析
采用大型有限元软件ANSYS10.0对单调水平荷载作用下一榀门式木框架及其各种加固方案进行了静力弹塑性计算分析.通过各种加固方式屈服荷载、极限荷载大小的`比较以及相对于未加固木框架提高程度的比较,从中得出了对门式木框架加固的最佳方案,为木柱、梁-土坯组合墙体的抗震加固提供方案.
作 者：阿肯江・托呼提 亓国庆 AKENJIANG Tuohuti QI Guoqing 作者单位：新疆大学,建筑工程学院,新疆,乌鲁木齐,830091刊 名：地震工程与工程振动 ISTIC PKU英文刊名：JOURNAL OF EARTHQUAKE ENGINEERING AND ENGINEERING VIBRATION年，卷(期)：200727(4)分类号：P315.963关键词：木框架 ANSYS 广义hill屈服准则 有限元
静力分析 篇6
关键词：双层对数周期天线；桅杆；整体稳定；风载荷；ANSYS
塔桅结构是一种高耸的构筑物，其特点是高度较大，横截面相对较小，杆身长细比通常在100～200左右，远大于一般的高耸结构，横向载荷起主要作用。另一方面，与一般结构相比，塔桅结构是受气候影响更显著的高耸结构，如风载荷和裹冰载荷常常是桅杆结构的控制载荷[1]。
1 风载荷计算
载荷的大小根据GB50135-2006《高耸结构设计规范》[2]中4.2节确定。
根据风速，基本风压按下式计算：
………………（01）
垂直作用于高耸结构表面单位面积上的风载荷标准值应按下式计算：
………………（02）
式中： —为作用在高耸结构z高度处单位投影面积上的风载荷标准值（kN/m2，按风向投影）；
—基本风压（kN/m2），其取值不得小于0.35kN/m2；
—z高度处的风压高度变化系数；
—风载荷体型系数；
—z高度处的风振系数。
根据GB50135-2006《高耸结构设计规范》[2]中表4.2.6-1和表4.2.7分别确定风压高度变化系数 和体型系数 ，风振系数则根据4.2.9节确定，经计算得到风载荷标准值 。 乘以桅杆的受风面积即可得到桅杆的压力值。
2 塔桅稳定性分析
2.1纤绳载荷换算为均布载荷
由小垂度柔索理论[3]，纤绳载荷包括纤绳自身单位长重量、纤绳风荷绝缘子重量、绝缘子风荷。
………………（03）
2.2纤绳节点水平载荷
纤绳节点水平载荷
………………（04）
其中：
Py —纤绳节点水平载荷（kg）；
R —桅杆杆身在纤绳节点处的支座反力（kg）；
u —纤绳风载荷在纤绳节点处的水平压力（kg）， 。
2.3 支座刚度
假如我们将节点发生单位水平位移所需要的结点水平载荷，称作桅杆杆身的支座刚度，以 表示，则根据纤绳计算结果可得：
………………（05）
2.4整体稳定性计算
采用平均参数法对桅杆进行整体稳定计算，稳定安全系数可以用下式表示
…………..（06）
式中：n—纤绳层数；
—支座刚度；
—杆身轴向力；
—杆身长度；
—可由文献[4]表7-1中查得。通过查文献[4]中表7-1知，两层拉线 。
3 基于ANSYS的塔桅结构分析
有限元软件ANSYS是一种通用的结构分析计算软件，可以用于桅杆结构的受力分析。本文中研究的模型为双层对数周期天线用桅杆，此桅杆上有两处受水平力作用，受力情况与以往不同。高塔是以铁塔距地端形心为坐标原点，三角塔一边法向为X轴，铁塔轴线为Z轴（竖直向上为正），右手法则确定Y轴。
因为在ANSYS中不能直接施加初始预应力，所以，需要采用施加初始应变的方式来给索单元施加初始预应力。设索单元初始预加的应变为：
…………..（07）
式中，T为索单元的预张力；
为弹性模量E的0.001～0.0001倍；
A为索的截面面积。
4 算例
抗风能力要求：稳定风速47.6 m/s不损坏。
塔节：边宽1000mm、主柱φ45mm，斜撑φ18mm的三角形塔节。
铁塔载荷：下层拉力2300kg；上层拉力2600kg。
通过用有限元ANSYS软件仿真，得到铁塔的最大节点应力值为75.3MPa<200MPa（该铁塔材质为Q235，强度设计值为200MPa），出现在第一层拉线主柱处。铁塔最大位移出现在顶部，位移值为380mm<580mm（根据GB50135-2006高耸结构设计规范3.0.10节桅杆非线性分析时，最大位移<高度的1/75）。
由已知该桅杆的最大应力为75.6MPa，小于Q235钢的强度设计值200MPa。
=3.75>2.0…..（08）
根据GB50135-2006 高耸结构设计规范[2]中5.3.2节知，铁塔整体稳定安全系数不应低于2.0。
5 结论
用于各种铁塔、桅杆和纤绳组合的结构力学计算，并可借助于有限元软件ANSYS进行结构的风荷分析。此类型计算的方法既简单快捷，又完全适用于工程应用。
6.参考文献
[1].王肇民.桅杆结构. 北京：科学出版社，2001.
[2].上海市建设和交通委员会. GB50135-2006高耸结构设计规范. 北京： 中国计划出版社， 2007.
[3].Качурин В К. 小垂度柔索计算理论. 杨福新， 译. 上海： 科学技术出版社， 1958
[4].原北京工业建筑设计院金属结构室. 塔桅钢结构设计. 北京： 中国建筑工业出版社， 1972.
部分斜拉桥静力优化分析 篇7
矮塔斜拉桥的先驱是Christian Menn设计的甘特(Ganter)大桥。桥的混凝土箱形梁由预应力混凝土斜拉板挂在非常矮的桥塔上,这种板可看成是一种刚性的斜拉索。
现代矮塔斜拉桥的结构形式首次由法国工程师Jacgues Mathivat提出。他在设计位于法国西南Arre′tDarre′高架桥的替代方案时,采用了超配量的体外索PC桥,我国称之为矮塔斜拉桥。
从1994年建成第一座真正意义上的矮塔斜拉桥至今,国外已修建了20余座此类桥梁。由于它优越的结构性能,良好的经济指标,越来越显示出巨大的发展潜力。我国虽起步较晚,但发展势头迅猛,仅山西省目前已有2座此类桥梁在开工建设。
1 矮塔斜拉桥的建造背景和研究现状
日本在1994年建成了第一座真正意义上的矮塔斜拉桥——小田原港(Odawara Blueway)桥,其跨度为70 m+122 m+74 m,塔高仅为11 m。此后这种桥型在日本得到迅速发展,截止目前已建成了这种桥梁22座,桥梁跨度从初期的122 m发展至275 m,桥宽从13 m发展到33 m,主梁有预应力混凝土梁、钢梁、普通结合梁和波形钢腹板结合梁。
近几年国内外相继修建了多座独塔矮塔斜拉桥。双跨独塔矮塔斜拉桥的修建也逐渐成为斜拉桥的一个亮点。由于独塔斜拉桥可利用地形的特点,采用等跨或者不等跨跨过障碍物,基础、塔和索都减少了一半,所以造价比较低,而且塔和梁的施工比较简单。
我国首座矮塔斜拉桥是2000年建成的芜湖长江大桥,这是一座公铁两用桥,上层为公路桥下层为铁路桥,主桥为180 m+312 m+180 m。由于受到飞机航运和长江航运的限制,塔高为33.2 m,塔高与主跨比仅为0.11。2004年11月建成的世界上单幅最宽(60 m)的矮塔斜拉桥——银川市丽兴路一号矮塔斜拉桥全长206 m,桥面宽60 m,主跨70 m+70 m;2005年建成的河南平顶山市堪河一桥,主跨为88 m+72 m,塔高22.7 m等。已建成的日本指久保桥主跨114.0 m+114.0 m,塔高22 m;粟东桥主跨为140.0 m+170.0 m,塔高31 m。
国内外独塔矮塔斜拉桥建造情况见表1。
2 独塔矮塔斜拉桥的静力优化设计
2.1 独塔矮塔斜拉桥的设计概述
2.1.1 立面布置
立面布置要根据桥位处的地形、地质、水文条件确定,并且兼顾桥的受力。双跨独塔斜拉桥的跨度比L1/L2=0.5～1.0比较合适。当采用不等跨时,由于大跨度一侧主梁内力和位移比较大,可以利用引桥做平衡孔,由于索塔也有侧倾的趋势,可将索塔设计为不对称的或向侧倾反方向倾斜。独塔矮塔斜拉桥的主跨不宜太大,宜小于200 m。其塔高H较矮,一般小于50 m。索塔高H和主跨L的比值在1/5～1/12时比较经济。由于矮塔斜拉桥以主梁受力为主,故主梁高跨比比较大,一般为1/12～1/30。
2.1.2 主梁
矮塔斜拉桥的主梁为主要承重构件,梁的受力很接近连续梁桥,梁体的截面内力往往较大,因而,梁体的截面形式和连续梁、刚构桥的类同。
主梁主要采用等截面或变截面预应力混凝土封闭箱梁,也可以采用结合梁或波纹钢腹板主梁,以减轻梁体自重,增大跨越能力。
2.1.3 斜拉索设计
斜拉索根据桥面宽度不同可采用单面索、双面索或三面索,采用单面索时索距较密而且由于索不能提供抗扭刚度,需要梁高较高。不等跨布置时可将边跨设为双索面,以增加结构的稳定性。
斜拉索目前多用高强钢绞线,在塔上通过索鞍锚固。钢斜拉索比较好的防护方法是将每根钢绞线的每根钢丝涂防锈材料,再在每根钢绞线和PE护套间涂保护油脂,最后将若干根带有护套的钢绞线挤入大的PE套管。张拉锚固后在索鞍端口压注高强环氧砂浆抗阻块,以阻止钢绞线在不平衡索力作用下的滑移趋势。
2.2 成桥状态的索力优化
2.2.1 索力影响分析
矮塔斜拉桥成桥状态下的索力大小和分布情况决定着主梁的受力特性。索力小,主梁的内力必然大,需要的主梁截面就大,结构自重相应也大;索力太大,主梁内力会小,结构自重也小,但钢斜拉索在高应力作用下的耐久性降低;如果索力分布不合理,会使主梁承载力减小,主梁内力分布变化明显,并且影响成桥的线性。
为说明索力变化对主梁的影响,分析一座跨度比为0.96的每侧有3对索的独塔矮塔斜拉桥在成桥状态下不同索力的主梁弯矩和变形图。最内侧索索力为T1,最外侧索索力为T3,中间索索力为T2,T取为结构自重的1/9。
分析结果表明:当T1=T2=T3时,随着索力的增大,主梁内的最大正弯矩减小,塔根处主梁的最大负弯矩绝对值也减小,弯矩分布逐渐均匀;当索力增大到很大时,塔根处主梁变为正弯矩,两跨跨中拉索附近主梁承受负弯矩,主梁受力不利;当T1<T2<T3时,弯矩分布更为均匀;增加最内侧索的索力对主梁弯矩分布影响不大,增大最外侧索的索力对主梁弯矩分布影响较大。
2.2.2 斜拉桥索力优化方法——应变能最小法
斜拉桥成桥恒载内力分布的状况是衡量设计的重要标准之一。合理的成桥状态,主梁在恒载作用下最大弯曲内力小且分布均匀,变形也小,成桥线性比较平顺。现代矮塔斜拉桥多采用密索,任何一根索的索力变化,主梁的恒载内力就会发生变化,“牵一索而动全桥”。所以在斜拉桥设计时,必须找到一组索力,使结构在确定的荷载作用下其受力性能达到最优。寻找这组索力的过程就是斜拉桥的索力优化。随着计算理论和方法的发展,出现了很多索力优化方法,其中使用最多的是应变能最小法。
3 结语
理论与实践证明,矮塔斜拉桥具有独特的特点:1)受力性能好。受力性能兼具梁式桥和普通斜拉桥的特点,梁和塔均为压弯构件,索帮助梁承受部分荷载,索梁荷载比设计灵活。2)性价比合理,跨度在100 m～300 m时,和连续梁桥施工造价接近,在全桥生命周期内,造价远低于普通斜拉桥。3)施工简单。矮塔斜拉桥的施工方法与连续梁桥或刚架桥基本相同,可采用悬浇法施工;施工中不必进行斜拉索二次索力调整;由于矮塔斜拉桥桥塔较矮,桥塔施工也没有斜拉桥桥塔施工复杂。4)外形美观。这种桥型刚中带柔,柔中有刚,刚柔相济,颇具美学特色。
参考文献
[1]陈从春,周海智,肖汝诚.矮塔斜拉桥研究的新进展[J].世界桥梁,2006(1):67-68.
[2]刘凤奎,蔺鹏臻.矮塔斜拉桥特征参数研究[J].工程力学,2004(4):123-124.
[3]康炜.小西湖黄河大桥部分斜拉桥结构分析[J].铁道标准设计,2004(1):55-56.
[4]崔圣爱,祝兵.斜拉桥塔柱截面尺寸优化设计[J].桥梁建设,2006(4):39-40.
[5]郑一峰,黄侨,张连振.部分斜拉桥结构体系分析[J].公路,2005(6):101-102.
钢框—桁架组合结构的静力分析 篇8
轻型钢框架结构体系是采用型钢做框架梁、框架柱、次梁等构件,在一定跨度范围内,该结构形式较之传统的混凝土结构有明显的综合优势;同时随之结构的自重明显减轻,尤其是对于软土地基条件下的结构,基础造价会明显减少。由于轻钢结构的结构形式简单,其造价主要取决于用钢量的大小。当跨度较大的时候,钢框架结构中的框架梁的截面会较大,钢框—桁架组合结构是基于对钢框架的研究与分析,将钢框架中的次梁简化为空腹桁架而得到的一种新的轻型钢结构形式。由于用钢量大小直接与设计方案相关,本文通过对一个37.5 m×12 m的建筑分别采用钢框架结构与钢框—桁架组合结构两种方案设计分析,初步阐述钢框—桁架组合结构的特点。
1 算例分析
1.1 钢框架计算模型
会议室为37.5 m×12 m矩形平面,采用12 m×7.5 m的柱网。框架梁采用500 mm×200 mm×11 mm×17 mm的H型钢,次梁采用500 mm×200 mm×10 mm×16 mm的H型钢,框架柱采用400 mm×400 mm×13 mm×21 mm的H型钢,板采用120 mm的钢筋混凝土板。
荷载计算:
恒载:4.67 kN/m2;活载:上人屋面:2.0 kN/m2;暂考虑1.2恒载+1.4活载=1.2×4.67+1.4×2.0=8.40 kN/m2。
应用通用有限元软件ANSYS中建立模型,采用弹性算法,分别采用Beam188单元模拟梁和柱,Shell63单元模拟混凝土板,钢材的本构关系均采用各向同性的理想弹塑性模型。
1.2 钢框—桁架计算模型
采用同样的柱网,把横向次梁换成桁架,桁架采用150 mm×150 mm×5 mm方钢管,框架梁采用500 mm×200 mm×11 mm×17 mm的H型钢,框架柱采用400 mm×400 mm×13 mm×21 mm的H型钢,板用70 mm的混凝土板。三维示意模型如图1所示,因该结构形式采用的混凝土板较薄恒载减少了31.25 kN/m2,恒载为4.67-1.25=3.42 kN/m2,活载取2.0 kN/m2。
考虑荷载组合:1.2恒载+1.4活载=1.2×3.42+1.4×2.0=6.90 kN/m2。
采用Beam188单元模拟框架梁、框架柱以及空腹桁架,用Shell63单元模拟板,分析得到结构的竖向位移。
2 构造处理
2.1 节点构造
整体结构是通过节点将各个独立的构件连接成一个有机整体的。因此,结构能否按设计预期的要求来承受外部荷载,节点的受力性能至关重要。本算例需要考虑的是桁架与框架梁的节点处理,以及钢框架柱与钢筋混凝土基础的节点处理。
桁架与框架梁的节点设计为铰接,采用上弦支撑的形式。上弦支撑使得荷载通过桁架传给框架上翼缘,要适当增加节点处的尺寸,以满足强度需求。另外对节点处的框架梁进行局部加肋,以防止框架梁的局部压屈(如图2所示)。
框架梁与框架柱的节点处理参考钢框架的设计,在此不再赘述。
2.2 支撑
为增强结构整体的抗侧刚度,设置侧向支撑,与框架共同抵抗水平力。横向有12根框架柱抵抗横向水平力作用,考虑在两端增设横向支撑;框架柱在抵抗纵向水平力时,沿弱轴受弯,对纵向刚度的贡献不大,因此考虑增设纵向支撑。
在水平荷载作用下,支撑对提高结构整体刚度有很大贡献,有利于结构的整体稳定性。因此支撑作为抗侧力的一道防线显得尤其重要。支撑结构中应用最为普遍的是交叉支撑和人字形支撑。在轻钢结构中加上支撑结构,分析其对整体结构的抗侧力贡献,对节点进行相应的构造处理。
3 对比分析
由位移云图对比可知,钢框架的最大竖向位移为27.269 mm,而钢框—桁架的最大竖向位移为26.719 mm,比钢框架的最大竖向位移少近0.55 mm,相差不大。将这两种结构形式的板厚、型钢用量单方板的钢筋量单方总用钢量以及屋盖自重进行比较见表1。
由表1的数据可知:1)钢框—桁架组合结构中板的跨度比钢框架要小,因此板厚取值较钢框架的板厚大为减小;2)板厚的减小,直接导致结构荷载下降26.3%,尤其是在软土地基条件下,结构自重的减轻对基础造价的影响是很大的,该结构形式具有较强的竞争力;3)这两种结构经比较,钢框—桁架结构的单方用钢量较钢框架结构下降近16%,在经济性上也有很大优势;4)桁架本身是一种格构式受弯构件,由于其平面内的刚度较大,较H型钢梁具有一定优势;同时该结构形式本身可体现建筑的结构美感,不用做太多装修,即使装修,桁架的下弦杆也可充当龙骨,在一定程度上节约层高。
4 结语
本文主要是提出采用钢桁架替代传统的钢框架的横向型钢梁。为了体现钢框—桁架组合结构的特点并观察横向型钢梁由空腹桁架替代后的效果,本文对钢框—桁架组合结构进行静力分析时应用有限元软件对一个等跨等柱距的算例分别采用钢框架和钢框—桁架两种结构形式进行建模分析。通过比较,钢框—桁架组合结构具有较明显的优势。此外,本文提出了钢框—桁架组合结构的构造措施以及相关节点的处理。但要应用于工程实践还需要对其动力特性进行深入讨论,尤其是在地震区,要进行抗震性能的验算;在用ANSYS分析钢框—桁架时板与桁架是协同工作的,在施工过程中要保证板与桁架上弦的可靠连接,保证板与桁架的共同工作;另外对于框架与空腹桁架的节点要进行处理以保证二者的刚性连接
摘要：介绍了钢框—桁架组合结构是一种新型的钢—混凝土组合结构形式,应用有限元法对钢框架与钢框—桁架组合结构进行静力分析,通过比较得到该结构形式在自重、用钢量等方面的优势,并对节点及支撑提出构造处理措施。
关键词：空腹桁架,钢框架,钢框—桁架结构,ANSYS分析
参考文献
[1]马克俭,张华刚,郑涛.新型建筑空间网格结构理论与实践[M].北京:人民交通出版社,2006.
[2]沈祖炎,陈以一,陈扬骥.房屋钢结构设计[M].北京:中国建筑工业出版社,2008.
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[4]肖国威.组合梁钢框架计算分析[J].上海宝钢工程设计,2001(2):8-10.
[5]徐昕,苏恒.空腹桁架结构在低周反复荷载作用下的试验研究[J].工程技术,2009(33):54-56.
开口钻机底板的静力学分析 篇9
开口钻机是用来打开金属液体出口的机械设备, 较之前的人工开口方式而言, 实现了机械化操作, 改善了工人劳动条件, 提高经济效益。作为开口钻机的重要支撑部件底板, 其结构强度刚度直接关系着整个设备运行的安全性和可靠性, 因此, 对底板结构的强度刚度校核是十分必要的。底板的静力学分析是校核底板强度刚度的一个前期准备工作, 为后续的校核工作提供可靠数据, 因此, 底板的静力学分析必须足够全面、足够准确。
1 底板静力学分析
底板主要是由板件组成, 板件与板件之间采用的螺栓连接, 同时有左右两个支撑挂耳连接底板。在两个挂耳之间采用两个10mm的薄板连接, 受力部位为两个U形槽。创建有限元模型不力求完美, 要确保模型的准确, 不能失真。对于连接部分可以作为刚体处理, 不再建立螺栓连接。板件的网格主要以四面体和六面体为主, 可以提高网格划分的质量。
1.1 创建有限元模型
创建有限元模型, 明确分析目标, 指定周密的分析方案和实施计划, 包括简化模型和单元离散方案、载荷和约束施加方案等, 尽量避免分析过程中的错误和反复调试。好的方案是保证计算精度和计算效率的基础。虽然在处理具体问题可能有不同的步骤, 但“心中有数”正是有经验的基本数据, 按照一定的标准流程进行, 少走弯路。
带动钻头旋转的电机、电机与刀具连接件以及刀具的重量可以用等效的质量来代替, 三者质量总和为60kg。结构刚的密度为7850kg/m3, 三者的质量可以等效边长为197mm的正方体, 位置放在电机原处的位置。由于钻头在进给的过程中产生切削力, 会带给底板反作用力, 所以在电机的正下面加了厚度为5mm厚的侧面板, 便于施加切削反力。该模型的转化采用UG6.0和Workbench12.0直接连接, 确保模型不失真, Workbench12.0模块直接嵌入到UG6.0中, 确保三维模型的数据实时更新。
1.2 静力学分析
文章主要是针对电机及附件位置的两种工况进行静力学分析。该两种工况属于钻机工作时所处的两个极限位置。
1.2.1 电机及附件处于最右端工况
最右端工况为电机初始位置, 此时底板最右端受电机集中载荷的作用。经过对底板的受力分析发现, 底板是通过两个勾子拉住壁墙的勾环受力的, 真正受力的表面为一个圆柱面, 即旋转副。为了保证模拟受力的准确性, 在模型两个U形槽中增加一个实体轴, 还有电机的等效质量模型, 如图1所示。实际模型中, 回转轴与U形槽是旋转幅连接, 故在几何实体模型装备的过程中增加了旋转幅, 凸台与底板主体采用捆绑连接方式, 与缝焊相似。
根据现场工况, 约束和载荷的具体设定如图2所示。图中A处施加的为重力加速度, 图中B处 (左右两个挂耳上的圆柱孔) 施加的为圆柱形支撑, 不限制支撑处绕孔中心旋转的自由度, 图中C处为牵引绳索和底板的连接处, 由于底板靠平衡块的绳索来牵引, 平衡块重64KG, 重力为640N。绳子与底板的夹角为61°, 经过受力分解, 绳子对底板垂直向上牵引力为560N, 水平向左牵引力为310N。图中C处为施加的集中牵引力。图中D、E两处为钻头给进的过程对底板施加的切削反力, 此时假设钻头按顺时针旋转, 经计算得:
已知:电机功率:3.7KW
转速:120转/分
链轮分度圆直径:125.5mm
可算出:F=4.6926KN
左右两侧分别为一半:FD=FE=2.3463KN
方向如图3所示。图中F处为旋转轴施加的圆柱支撑, 且绕圆柱中心旋转自由度设定为自由, 其他自由度限制。
1.2.2 电机及附件处于最左端工况
当钻头开始钻进时, 电机及其附件开始从右向左移动, 直至空钻通, 此时电机及其附件处于底板的最左端。有限元模型如图3所示。
当电机及附件处于底板最左端时, 约束和载荷具体设定如图4所示。图中约束和载荷的施加与前者工况相同。只是电机所处的位置不同, 故切削力施加的位置不同。
2 结束语
静力触探技术机理分析及应用研究 篇10
静力触探是一种原位测试技术, 用静压力匀速将标准规格的圆锥形探头按一定速率匀速压入土层中, 同时测量探头贯入阻力, 包括探头阻力、侧壁摩擦阻力、孔隙压力等, 绘制贯入曲线, 按其所受阻力的大小划分土层, 结合相邻钻孔资料和测量经验, 对数据进行统计分析, 寻找静力触探数据的空间变化规律, 确定土性和土层工程力学性质, 静力触探可以确定地层分层, 另外静力触探可以获取多种工程地质参数。利用常规方法对地层的力学性质数据的获得, 往往会造成取样地点土层的变化, 导致样品的变化和测试数据失真。静力触探作为一种原位测试技术, 可以最大限度地避免取样对原土层结构的破坏, 快速地获取必要的、真实的工程性质参数。不同静力触探仪器, 通过采用相应的触探机功率、探头锥角、圆锥底面积、探入速度、贯入方式, 可以应用于黏性土、粉土、砂土、硬土。静力触探在工程建设中有着广泛的应用。
1 静力触探测试技术的机理
1.1 原位测试技术简介原位测试技术, 在对土层进
行测试时可以在原来所处的位置, 装有传感器的探头用静力压入土层中, 基本保持土层的结构和应力状态, 通过探头将贯入阻力、侧壁摩擦力等转化为电讯号并加以记录和分析, 分析判定地层力学性质。
1.2 静力触探的特点
(1) 静力触探的优点:反映土层原始状态, 不会像传统取样方法使得取样土层因应力释放、含水层破坏, 造成数据的失真, 静力触探特别适用于松散沉积地层, 如饱和砂土、粉土、软粘性土层等。静力触探测试连续、快速、准确, 操作简便、快捷, 安全性好。计算机进行数据处理, 精度比较高。 (2) 静力触探的缺点:不取出样品, 缺乏对土层的直接观察, 必要时需要配合钻探取样来进行全面分析。测试深度超过80米时, 测试精度下降。不适用于砾石土层、密实砂层、碎石土层的勘察。
1.3 静力触探力学实质
静力触探探头端部是圆锥形的, 这样可以全面测得压缩力、剪切力、摩擦力的影响, 测到的贯入阻力才会真实全面。通过实验来证明和建立通过贯入阻力和土层结构和力学性质之间的关系。静力触探建立在土力学理论及实验力学基础上。
2 静力触探技术发展和在工程上的应用
2.1 静力触探技术在工程上的应用
(1) 确定土体、地貌特征。通过静力触探技术分析地层结构, 明确地貌形态, 明晰地形标高, 判断河流阶地类型, 评价施工场地的工程地质条件。 (2) 确定粉土桩端持力层界线。一些饱和砂土、粉土构造的地层, 强度、稳定性不足, 易产生形变, 需要采用桩基工程。桩基工程需要沉桩到位, 以达到预定的承载力, 但由于地层情况不明, 会产生接桩或截桩的情况, 甚至对打桩设备造成损害。这就需要静力触探技术确定桩端持力层, 分析确定科学的桩基位置。 (3) 确定地下人防和隐蔽物位置。我国有很多地下人防工程, 而且一些施工地点有古墓、古建筑、古井等隐蔽物。工程建设前需要查清人防工程、古墓、古建筑、古井在地下的位置。静力触探可以快速、准确地确定地下人防和隐蔽物位置, 有效协助工程设计和施工。 (4) 确定泥质软岩的中风化带界线。我国广泛分布泥质软岩, 厚度大, 埋藏浅, 影响建筑工程中的桩基选择。静力触探技术配合钻探可以确定泥质软岩的中风化带界面, 确定桩端持力层的标高, 避免工程中因情况不明产生的损失和浪费。 (5) 判断砂土液化。利用静力触探获得的数据, 可以判断饱和砂土是否会因为地震产生液化现象, 特别是对沿江、沿河、沿湖地区饱和砂土地震液化的判断。
2.2 静力触探测试新技术的发展
(1) 孔隙水压力静力触探测试。在静力触探探头上增加测孔隙水压力的传感元件, 停止贯入时可量测超孔隙水压力的消散。通过超孔隙水压力可以判断土的种类、土的力学性能、排水性能。 (2) 波速静力触探测试。在静力触探探头上增加测量波速的装置, 得到波速数据, 最佳测试深度为3~30米, 有效测试深度可达到40米。 (3) 旁压静力触探测试。通过旁压器使土体产生变形, 测出施加压力和土层变形之间的关系, 对土体承载力、变形性质等进行评价。 (4) 电阻率静力触探测试。在静力触探探头上增加测电阻的装置, 静力触探测试的同时测定土的电阻率, 测定多孔介质及孔隙水的总电阻率。 (5) 振动静力触探测试。在静力触探探头上增加偏心振动器, 对比振动和不振动的贯入阻力, 判断砂土的液化情况。 (6) 静探头携带摄像头技术。在静力触探探头上增加无线电摄像头, 通过摄像定性地、直观地观察地层情况。
3 结束语
静力触探技术便捷、快速、成本低, 可以根据需要进行技术的弹性组合, 对分析点破坏极小数据真实可靠。在我国经济发达的平原软土地带, 静力触探技术更为适用, 可以产生较好的社会效益和经济效益, 是工程勘察设计中极为重要的技术手段。
摘要：静力触探技术是一种原位测试技术, 避免像传统分析取样方法对原土层结构的破坏, 可以有效地获得施工土层工程性质参数, 在工程建设中有着广泛的应用。本文研究了静力触探技术机理, 并研究了静力触探技术应用研究, 本文的研究, 对于工程勘察设计具有重要的实践意义。
关键词：静力触探技术,机理,应用
参考文献
[1]付超.浅析静力触探试验的发展及应用[J].四川建材, 2011 (04) .
[2]李鹏.软土地基静力触探机理分析[J].铁道工程学报, 2012 (06) .
[3]万广臣.静力触探技术成果在工程中的应用[J].铁道勘察, 2011 (01) .
[4]俞峰.砂土中钢管桩承载力的静力触探设计方法[J].岩土工程学报, 2011 (S2) .
教育的安静力 篇11
当年读《三国演义》时很崇拜诸葛亮，觉得诸葛亮神通广大。如果读过他所著的《诫子书》，就会发现诸葛亮运用的还是安静力。他的名言“宁静致远”讲的就是宁静和致远的逻辑关系。所以，如何把受教育对象身上的安静力开发出来，是衡量一个老师是不是名师的重要条件。然而，如今国内许多大学和中学的学生最缺乏的恰恰就是安静力。有些学生的屁股上安着滑轮，坐不住，可见他平常的教育环境是怎样缺乏安静。
回顾我们百年内走过的教育道路，会发现缺少“训蒙养正”的内容。训蒙养正就是开发孩子生命中的安静力、定力和妥善力。按古代的分法，八岁之前是训蒙养正的阶段，为蒙学；八岁到十五六岁是小学；十六岁到二十岁是大学；二十岁之后就进入人生实践的阶段，学习就结束了。
蒙学阶段最关键的就是从小培养孩子的安静力、定力。在古代，孩子要用毛笔写字，用毛笔写字跟用钢笔写字，对生命的贡献截然不同。如果用毛笔写字不专心，没有安静力，重了有墨拙，轻了有飞白。所以毛笔是一种立体的书写工具，不安静，就没办法写成字。毛笔与钢笔不仅是两种书写工具，更是两种生活状态。用毛笔写出来的字是立体的，而用钢笔写出来的字是平面的。所以，换一种书写工具就可以把孩子带入安静的世界。
在汉字没简化之前，孩子在蒙学阶段学习的读本《三字经》《百家姓》《千字文》采用的都是繁体字。由于古代的汉字多是象形字，孩子们学习的每一个汉字都是一幅优美的图画。孩子学习汉字的过程也是欣赏美的过程。这样的学习不仅不枯燥，而且更容易使孩子在学习汉字时进入安静的状态。
过去的孩子要习礼仪，通过各种礼仪、仪式让孩子学会安静。到了小学阶段孩子就开始学习“洒扫、应对、进退”。怎么往地上洒水，怎么扫地？这都是有学问的，也是过去在小学里应该完成的课程。据后人考证，孩童十五岁之后学习的《大学》是孔子高徒曾参和他的门人共同完成的。大学是大人之学，宏观之学。小学只要讲微观，讲养成教育；大学则讲气象、讲心量、讲境界、讲人格教育。以上是古代蒙学、小学和大学的内容框架。
还有一种分段是“幼儿阶段养性，童蒙阶段养正，少年阶段养志，成人阶段养德，老年阶段养慧”。这两种分类方式都包含着同一个概念，那就是，在孩子的生命力建构中，安静力十分重要。因为无法安静下来，就不可能跟宇宙频率同频共振。宇宙的频率从本质上来讲是安静。虽然地球在旋转，太阳系在旋转，宇宙在旋转，但它的内核是安静。老子说过“大道无形，生育天地；大道无情，运行日月；大道无名，长养万物”。大道的一个重要特点就是安静。
所以，老子说“人能常清静，天地悉皆归”。那怎么得到清静呢？老子又讲，“人神好清，而心扰之；人心好静，而欲牵之”。他认为人的精神是生命最本质的一种状态。人心喜好清净，但常被欲望牵制。如果能保持精神和内心的安静，世间万物便归纳于人的本性中。
大跨单坡钢屋架的静力分析 篇12
钢屋架具有承载力高、制作简便、安装快捷、施工周期短等特点, 在工业建筑中得到了广泛应用。本文结合天津天重江天重工有限公司120 t转炉炼钢工程30 m单坡屋面的钢屋架设计, 利用结构设计软件SAP2000对钢屋架进行了静力分析。
1屋架形式
为满足屋面排水及工艺要求, 厂房结构的屋面需要采用单坡钢屋架。单坡钢屋架跨度为30 m, 屋架端部高度为2.5 m, 坡度为1/15, 屋架节间距为3.0 m, 上下弦杆及斜腹杆均采用双角钢组合截面, 直腹杆采用十字形双角钢组合截面。由于柱距为12 m, 檩条间距与屋架节间尺寸相同, 取3.0 m。
2荷载及杆件内力
(1) 永久荷载。
屋面采用彩钢屋面, 自重为0.3 kN/m2;檩条采用热轧H型钢, 自重为0.15 kN/m2;屋架跨度为30 m, 故屋架及支撑自重0.12+0.011×30=0.45 kN/m2。永久荷载标准值为0.90 kN/m2。
(2) 可变荷载。
①不上人屋面均布可变荷载:0.5 kN/m2;②基本雪压 (天津地区) :0.4 kN/m2;③积灰荷载:0.3 kN/m2;④由于屋架对风吸力不敏感, 可不考虑。
屋面可变荷载与雪荷载不同时考虑, 设计时取其中较大值与积灰荷载组合, 可变荷载标准值为:0.8 kN/m2。
(3) 荷载组合。
屋架杆件最不利荷载组合:①1.2全跨永久荷载+1.4全跨可变荷载;②1.2全跨永久荷载+1.4半跨屋面雪荷载+1.4半跨积灰荷载。
(4) 分析中按平面框架和空间框架两种计算单元分别进行内力分析。
荷载布置如图1所示, P为计算模型1上弦集中荷载设计值, q为计算模型2檩条均布荷载设计值。
1) 模型1集中荷载P:两屋架间距为12 m, 节间距离为3 m。
P=1.2P永久+1.4P可变=
1.2×3×12×0.9+1.4×3×12×0.8=79.2kN
2) 模型2均布荷载q:檩条间距离为3 m。
q=1.2q永久+1.4q可变=
1.2×3×0.9+1.4×3×0.8=6.6kN
(5) 杆件内力计算。
①计算模型:一般情况下钢屋架设计按平面模型计算, 分析中由于忽略屋盖结构的空间贡献, 不考虑屋面板和屋架结构的空间连接刚度。本文通过建立有限元计算模型, 分别给出两组计算模型:模型1为平面计算模型, 模型2为空间计算模型;②计算结果:分别选取上弦、下弦、直腹杆、斜腹杆中内力较大的杆件, 对比其应力比, 具体数值如表1所示, 杆件编号见图1。
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从表1的数据可以看出, 两个模型在同一位置采用相同截面, 但杆件的轴力却并不相同。首先, 上弦杆中的3、4、5、6、7、8号杆, 内力分别提高了10.1%、8.9%、6.9%、7.0%、8.8%、10.0%, 下弦杆中的15、16号杆, 内力也分别提高了6.1%、6.0%, 因此, 平面结构计算中低估了这些杆件的内力, 在设计中应适当加大杆件的截面以保证承载力满足要求;其次, 下弦杆11、20号杆的内力, 分别降低了9.2%、8.0%, 这反映了传统计算高估了这两个杆件的内力, 设计时可以采用更加经济的杆件截面。斜腹杆的内力相差不大, 直腹杆几乎没有差别;最后, 从表3计算结果可知, 模型1与模型2中各杆件的应力比均小于1.0, 表明杆件的承载力满足设计要求。
3结语
采用SAP2000有限元设计软件对平面框架和整体结构两种计算模型的分析计算可以看出, 考虑屋面的整体作用钢屋架在荷载作用下的内力计算结果更加合理。与整体结构相比, 钢屋架按平面框架进行分析, 将低估屋架上下弦杆件的内力, 但对下弦端部杆件的内力计算偏高, 因此, 对大跨度钢屋架有必要采用整体结构建模进行内力分析和计算, 提高结构的设计精度和安全可靠性能。
摘要：本文针对天津某公司120 t转炉炼钢工程30 m单坡钢屋架设计, 利用结构设计软件SAP2000对钢屋架分别采用平面框架建模和空间框架建模方法进行了静力分析, 计算结果表明, 两种模型钢屋架的上、下弦杆内力相差较大。为提高结构安全可靠性能和结构设计精度, 有必要采用空间框架建模方法对钢屋架进行内力分析和计算。研究内容可为大跨度单坡钢屋架的工程应用提供参考。
关键词：大跨度,单坡钢屋架,平面框架,空间框架
参考文献
[1]汪一骏.钢结构设计手册[M].3版.北京:中国建筑工业出版社, 2004.
[2]王燕.钢结构设计[M].北京:中国建筑工业出版社, 2009.
[3]GB50009-2001, 建筑结构荷载规范[S].