時(shí)間：2023-03-24 15:09:28
導(dǎo)語(yǔ)：在有限元分析論文的撰寫(xiě)旅程中，學(xué)習(xí)并吸收他人佳作的精髓是一條寶貴的路徑，好期刊匯集了九篇優(yōu)秀范文，愿這些內(nèi)容能夠啟發(fā)您的創(chuàng)作靈感，引領(lǐng)您探索更多的創(chuàng)作可能。
關(guān)鍵詞：高聳鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)煙囪；爆破拆除；數(shù)值模擬；本構(gòu)關(guān)系；有限元模型
1.引言
隨著城市化進(jìn)程和產(chǎn)業(yè)升級(jí)的不斷推進(jìn)，在城市建設(shè)和企業(yè)技術(shù)改造中，經(jīng)常要開(kāi)展煙囪、水塔等廢棄高聳建筑物的控制性拆除爆破工作。拆除爆破既要達(dá)到預(yù)定拆除目的，又必須有效控制爆破振動(dòng)影響、飛石拋擲距離和破壞范圍等，以保障周?chē)h(huán)境安全[1]。目前，國(guó)內(nèi)外已廣泛應(yīng)用爆破方法拆除高聳建筑物，定向爆破拆除煙囪的高度已達(dá)210米[2]。
本文基于彈塑性力學(xué)和有限元基本理論，針對(duì)一150m高聳鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)煙囪定向爆破拆除工程，對(duì)該煙囪爆破拆除的力學(xué)條件、煙囪爆破傾覆時(shí)間、煙囪爆破傾覆時(shí)的支座內(nèi)力以及煙囪爆破傾覆時(shí)的本構(gòu)關(guān)系進(jìn)行研究，并采用有限元分析軟件ANSYS/LS-DYNA，通過(guò)分離式共節(jié)點(diǎn)建模，建立高聳鋼筋混凝土煙囪有限元模型，對(duì)煙囪爆破拆除過(guò)程進(jìn)行了有限元模擬。
2.爆破拆除方案
煙囪爆破拆除的原理是在煙囪傾倒一側(cè)的煙囪支承筒壁底部炸開(kāi)一個(gè)爆破缺口，破壞煙囪結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，導(dǎo)致整個(gè)結(jié)構(gòu)失穩(wěn)和重心外移，使煙囪在自重作用下形成傾覆力矩，進(jìn)而使煙囪按預(yù)定方向傾倒。若煙囪爆破缺口長(zhǎng)度過(guò)短，上部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的傾覆力矩可能小于下部支撐結(jié)構(gòu)可以承受的彎矩，爆破時(shí)結(jié)構(gòu)不易發(fā)生破壞；若煙囪爆破缺口尺寸過(guò)長(zhǎng)，下部支撐結(jié)構(gòu)不能承受上部結(jié)構(gòu)的自重，上部結(jié)構(gòu)將直接壓塌下部結(jié)構(gòu)，影響煙囪倒塌方向，產(chǎn)生嚴(yán)重后果。因此煙囪爆破缺口尺寸對(duì)煙囪控制爆破拆除至關(guān)重要。
某電廠(chǎng)一個(gè)150m高度的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)煙囪，煙囪底部壁厚400mm，外徑為5.83m、內(nèi)徑為5.43m；110m高度處煙囪璧厚為180mm，外徑為3.68m、內(nèi)徑為3.5m；煙囪頂部壁厚200mm，外徑為2.905m、內(nèi)徑為2.705m；煙囪體積為1299.87m3，質(zhì)量為3.37966×106Kg，煙囪自重為33121KN。圖1為該電廠(chǎng)150m高度的鋼筋混凝土煙囪。
在爆破缺口中部長(zhǎng)度7.5m范圍內(nèi)，采用137發(fā)瞬發(fā)導(dǎo)爆管雷管，總裝藥量8.22kg；第二段起爆雷管布置在爆破缺口余下的炮孔，采用140發(fā)導(dǎo)爆管毫秒延期雷管，總裝藥量8.4kg。此外，為保證煙囪順利倒塌，在煙囪爆破缺口兩端各開(kāi)設(shè)了1個(gè)高1.46m、長(zhǎng)4m的三角形作為定向窗。
3.煙囪爆破傾覆時(shí)間歷程
煙囪爆破傾覆時(shí)間是煙囪爆破過(guò)程控制的一個(gè)重要因素，煙囪爆破傾覆時(shí)間可由煙囪傾覆過(guò)程的角加速度ε與煙囪傾覆過(guò)程的角速度求得，即：
在公式（1）中，dt為煙囪爆破傾覆時(shí)間。針對(duì)論文中150m高度的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)煙囪，其爆破傾覆時(shí)間為：
4.煙囪爆破拆除過(guò)程有限元模擬
4.1有限元模型
鑒于鋼筋混凝土煙囪由鋼筋和混凝土兩種不同性能的材料組成，采用分離式共節(jié)點(diǎn)有限元建模，可事先分別計(jì)算混凝土和鋼筋的單元?jiǎng)偠染仃嚕缓蠼y(tǒng)一集成到結(jié)構(gòu)整體剛度矩陣中，可按實(shí)際配筋劃分單元，并可在鋼筋混凝土之間嵌入粘結(jié)單元。因此，論文針對(duì)該150m高度鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)煙囪，基于ANSYS/LS-DYNA有限元分析軟件[11]，采用分離式有限元建模方法建立鋼筋混凝土煙囪有限元模型。論文建立的煙囪有限元整體模型如圖3所示。
建模過(guò)程時(shí)，為模擬煙囪傾覆過(guò)程，通過(guò)在特定時(shí)間定義爆破缺口處材料失效的方法來(lái)模擬爆破缺口的形成。筒體之間以及筒體與地面之間采用自動(dòng)單面接觸，鋼筋與地面之間采用點(diǎn)面接觸模擬煙囪傾覆觸地。其中在ANSYS/LS-DYNA有限元分析軟件環(huán)境下可通過(guò)在K文件中加入使材料失效的命令流來(lái)模擬爆破形成缺口，并可修改K文件使煙囪筒體和缺口處的材料具有失效準(zhǔn)則功能。
4.2數(shù)值模擬結(jié)果
圖4為煙囪爆破傾覆歷程數(shù)值模擬結(jié)果，圖5為實(shí)際煙囪爆破傾覆歷程圖，圖6和圖7為有限元計(jì)算得到的煙囪頂部、質(zhì)心及缺口等不同部位在爆破傾覆過(guò)程中的位移、運(yùn)動(dòng)速度隨時(shí)間的變化曲線(xiàn)，圖8為有限元計(jì)算得到的煙囪爆破傾覆歷程不同時(shí)刻的煙囪等效應(yīng)力場(chǎng)分布圖。
由圖4和圖5可知，煙囪爆破傾覆歷程數(shù)值模擬結(jié)果與實(shí)際煙囪爆破傾覆過(guò)程吻合較好。由圖6和圖7可知，計(jì)算得到的煙囪頂部、質(zhì)心及缺口等不同部位在爆破傾覆過(guò)程中的位移、運(yùn)動(dòng)速度隨時(shí)間的變化情況較符合實(shí)際。圖7中煙囪頂部、質(zhì)心及缺口部位在爆破傾覆過(guò)程中的運(yùn)動(dòng)速度隨時(shí)間變化出現(xiàn)振動(dòng)是因?yàn)楸苾A覆初期煙囪筒體出現(xiàn)晃動(dòng)，圖7中煙囪頂部、質(zhì)心及缺口部位運(yùn)動(dòng)速度在5.8秒出現(xiàn)突變是因?yàn)闊焽璞苾A覆過(guò)程中爆破缺口發(fā)生閉合，圖7中煙囪頂部、質(zhì)心及缺口部位運(yùn)動(dòng)速度在5.8秒出現(xiàn)躍變是因?yàn)闊焽璞苾A覆觸地造成的。
5.結(jié)論
（1）采用數(shù)值模擬方法對(duì)煙囪爆破拆除過(guò)程進(jìn)行模擬分析，可較全面地研究煙囪傾覆歷程、煙囪傾覆歷程的應(yīng)力、位移、煙囪傾覆時(shí)間和速度、煙囪爆破傾覆時(shí)的支座內(nèi)力等，可開(kāi)展煙囪模擬爆破拆除實(shí)驗(yàn)，以指導(dǎo)煙囪爆破拆除設(shè)計(jì)。
（2）采用有限元分析軟件ANSYS/LS-DYNA可模擬煙囪控制爆破拆除過(guò)程，采用分離式共節(jié)點(diǎn)有限元建模方法建模，實(shí)際煙囪傾覆歷程、傾覆方位、傾覆長(zhǎng)度與有限元數(shù)值模擬結(jié)果吻合較好。
（3）論文提出的煙囪爆破傾覆歷程的本構(gòu)關(guān)系符合實(shí)際；論文采用的材料塑性隨動(dòng)硬化模型以及可Cowper-Symonds材料應(yīng)變率模型可較好地反應(yīng)煙囪爆破傾覆過(guò)程的鋼筋及混凝土材料力學(xué)性能。
（4）數(shù)值模擬結(jié)果與理論計(jì)算結(jié)果存在一定差別的主要原因是理論計(jì)算所采用的模型沒(méi)有考慮煙囪爆破過(guò)程形成的塑性鉸對(duì)煙囪傾覆運(yùn)動(dòng)的影響作用。數(shù)值模擬結(jié)果與實(shí)際煙囪爆破傾覆過(guò)程存在一定差別的主要原因是數(shù)值模擬所用材料參數(shù)與實(shí)際煙囪爆破傾覆過(guò)程材料力學(xué)性能存在偏差。
參考文獻(xiàn)
[1] 張成化、羅惠敏、謝斌等.城市改造建設(shè)中拆除爆破安全管理的幾點(diǎn)做法[J].采礦技術(shù)，2001.11（5）：178-179.
[2] 王希之、謝興博、譚雪剛等.210m高煙囪爆破拆除技術(shù).工程爆破，2011.17（2）：53-55.
[3] 汪浩、鄭炳旭.拆除爆破綜合技術(shù)[J].工程爆破，2003.9（1）：27-31.
[4] 葉海旺、薛江波、房澤法.基于LS-DYNA的磚煙囪爆破拆除模擬研究[J].爆破，2008.25（2）：39-42.
[5] 言志信、葉振輝、劉培林、曹小紅.鋼筋混凝土高煙囪定向爆破拆除倒塌過(guò)程研究[J].振動(dòng)與沖擊，2011.30（9）：197-210.
[6] 王斌、趙伏軍、林大能、谷建新.筒形薄壁建筑物爆破切口形狀的的有限元分析[J].采礦技術(shù)，2005.9：95-97.123.
[7] 趙根、張文煊、李永池.鋼筋混凝土定向爆破參數(shù)與效果的DAA模擬[J].工程爆破，2006.12（3）：19-21.49.
摘要：本文對(duì)YL25C型輪胎壓路機(jī)后輪驅(qū)動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行了闡述。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，提出3種比較理想的結(jié)構(gòu)方案，并對(duì)3種方案進(jìn)行了詳細(xì)的優(yōu)缺點(diǎn)分析，最終選定了簡(jiǎn)支式結(jié)構(gòu)方案。本文對(duì)液壓馬達(dá)、減速機(jī)、軸承等元件的選型也做了比較詳細(xì)的計(jì)算，對(duì)軸的強(qiáng)度進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算與校核、對(duì)軸承進(jìn)行壽命計(jì)算分析。運(yùn)用Pro/E對(duì)所有的0部件進(jìn)行建模，建模完成后進(jìn)行了干涉分析、運(yùn)動(dòng)仿真、結(jié)構(gòu)裝拆順序動(dòng)畫(huà)的制作。還通過(guò)Pro/e的有限元分析對(duì)軸和機(jī)架焊接件進(jìn)行了有限元分析，針對(duì)機(jī)架焊接件有限元分析結(jié)果，提出機(jī)架焊接件結(jié)構(gòu)改進(jìn)的方案。完成了主要0件的工程圖繪制和加工工藝過(guò)程分析。
關(guān)鍵詞：輪胎壓路機(jī) 后輪驅(qū)動(dòng)裝置 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) Pro/E建模 有限元分析
The Structural Design about the Simple Supported Rear Drive of Tyre Road Roller
Abstrct: The paper expatiates on the structural design about the rear drive device of tyre road roller. The paper puts forward three structures during the design work, then analyzes the advantages and disadvantages of them in detail, finally chooses a simple supported type structure to use in the design. The paper does much calculation work to choose the right model of the components, such as hydraulic motor, reducer and bearing. The paper checks the strength of the shaft and the service life of the bearing by calculation and analysis. All the parts and components of the device are modeled in using Pro/E. The paper analyzes the interference among parts and components, executes the mechanical motion emulation, and works out an animation about the assembled and unassembled process of the device after the modeling work. The paper uses finite element analysis function in the Pro/E to do finite element analysis work on shaft and supported framework, then makes a structural improvement about the supported framework by using the result of finite element analysis work. The paper also works out drawings and process planning of some major parts and components.
Keyword: tyre roller, the rear drive device, structural design, modeling in Pro/E, finite element analysis (FEA)
關(guān)鍵詞： FRP加固梁ANSYS有限元分析
中圖分類(lèi)號(hào)：TV331文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A
0、 引言
纖維增強(qiáng)復(fù)合材料(Fiber Reinforced Polymer,簡(jiǎn)稱(chēng)FRP)以其輕質(zhì)、高強(qiáng)、抗疲勞等優(yōu)越的力學(xué)性能,廣泛地應(yīng)用于工程結(jié)構(gòu)加固領(lǐng)域之中。在有些條件下傳統(tǒng)建筑材料很難滿(mǎn)足這種發(fā)展要求。FRP復(fù)合材料具有輕質(zhì)，高強(qiáng)，耐腐蝕，抗疲勞，耐久性好，多功能，適用面廣，可設(shè)計(jì)和易加工等多種優(yōu)點(diǎn)。在重要的土木工程中，如超大跨，超高層，地下結(jié)構(gòu)，海洋工程，高耐久性的應(yīng)用，以及特殊環(huán)境工程，永久性工程，結(jié)構(gòu)加固修復(fù)，都具著巨大的優(yōu)越性。
1、單元有限元分析
1.1 單元有限元模型
在文獻(xiàn)[1]中，提出了一種用單元分析FRP-混凝土界面破壞的方法。其基本思路是：用非常小的單元(0.25mm~0.5mm)來(lái)模擬混凝土和FRP 片材，在混凝土和FRP片材之間不再設(shè)置膠層，而是將二者直接聯(lián)系在一起，通過(guò)混凝土單元的開(kāi)裂破壞來(lái)模擬FRP的剝離。由于單元尺寸很小，因此混凝土材料的本構(gòu)關(guān)系需要加以修正以考慮尺寸效應(yīng)的影響。研究表明，采用有限元模型可以較好地預(yù)測(cè)FRP 和混凝土之間的面內(nèi)剪切破壞。因此，使用該模型來(lái)分析FRP加固混凝土梁IC debonding 界面破壞。有限元模型中，雖然單個(gè)的混凝土單元依然基于彌散裂縫模型，但是因?yàn)閱卧叽绶浅Ｐ?0.5mm 以下)，因此仍然可以較好地模擬裂縫附近的變形以及滑移集中情況。
1.2 界面粘結(jié)滑移關(guān)系
對(duì)于遠(yuǎn)離受彎裂縫的FRP-混凝土界面該裂縫形狀與面內(nèi)剪切試驗(yàn)的裂縫形狀很相似[1]，說(shuō)明此處的粘結(jié)-滑移關(guān)系與面內(nèi)剪切試驗(yàn)的差不多，故可直接采用由剪切試驗(yàn)得到的界面粘結(jié)-滑移關(guān)系。
1.3 雙重剝離破壞準(zhǔn)則
通過(guò)前面的分析可以知道，如果界面距離受彎裂縫較遠(yuǎn)，即與界面單元相連的混凝土單元沒(méi)有開(kāi)裂，其剝離破壞主要是由界面的整體單向相對(duì)滑動(dòng)引起，滑移場(chǎng)比較均勻，采用普通界面單元的形函數(shù)可以較好地估計(jì)單元內(nèi)部的滑移狀態(tài)。
2、ANSYS有限元分析結(jié)果
基于ANSYS軟件分別建立了文獻(xiàn)[2]中的BL20-2、PPL30梁和文獻(xiàn)[3]中的RLII-3梁的有限元計(jì)算模型，各個(gè)試件的材料參數(shù)詳見(jiàn)文獻(xiàn)[2-3]。為節(jié)省計(jì)算時(shí)間，根據(jù)對(duì)稱(chēng)性，對(duì)每個(gè)試件僅建立了1/4梁的有限元模型。
計(jì)算得到的荷載－跨中撓度曲線(xiàn)及與試驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比見(jiàn)圖1所示,將計(jì)算得到的梁的極限承載力與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比見(jiàn)表1所示。
（a）BL20-2梁 （b）PLL30梁 (c)RLII-3梁
圖1 計(jì)算的荷載－跨中撓度曲線(xiàn)與試驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比
表1計(jì)算極限荷載與試驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比
計(jì)算的梁荷載－跨中撓度曲線(xiàn)與試驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比可知，從加載直到屈服階段，計(jì)算得到的荷載－撓度曲線(xiàn)與試驗(yàn)結(jié)果有很好的吻合；屈服后，BL20-2和PLL30梁的荷載－撓度曲線(xiàn)與試驗(yàn)結(jié)果吻合較好，但RLII-3梁的模擬結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果誤差較大，模擬結(jié)果未能合理反映梁荷載－撓度曲線(xiàn)的下降段。
計(jì)算得到的三根梁的極限荷載均與試驗(yàn)結(jié)果有較好的吻合，即建立的有限元模型可以較好的模擬FRP加固混凝土梁的承載力。
Solid65單元使用彌散式裂縫模型，針對(duì)混凝土的開(kāi)裂與壓碎，ANSYS中提供了專(zhuān)門(mén)的圖形顯示命令PLCRACK。該命令用小圓圈表示混凝土的開(kāi)裂部位，小八邊形表示混凝土的壓碎部位。如果裂縫張開(kāi)后又閉合，通過(guò)小圓圈中間加X(jué)表示。此外，在每個(gè)積分點(diǎn)處可以有至多三個(gè)開(kāi)裂面，第一、二、三方向裂縫分別用紅、綠、藍(lán)小圓圈表示。限于篇幅限制，僅將模擬得到的BL20-2梁在不同加載過(guò)程的破壞形態(tài)列出，如圖2所示。
由于關(guān)閉了混凝土的壓碎選項(xiàng)，混凝土的破壞僅以開(kāi)裂體現(xiàn)，在破壞前期，最主要的破壞形態(tài)是梁跨中底部混凝土的開(kāi)裂，且所有開(kāi)裂形態(tài)基本為彎曲裂縫；在梁的中度開(kāi)裂階段，開(kāi)裂高度增加，且在支座上部出現(xiàn)出現(xiàn)剪切斜裂縫；在梁的最終破壞階段，梁的開(kāi)裂進(jìn)一步加劇，跨中裂縫布滿(mǎn)整個(gè)梁高，支座處剪切斜裂縫向頂部擴(kuò)展。
(a)初始開(kāi)裂階段
(b)中度破壞階段
(c) 最終破壞階段
圖2 模擬得到的梁在不同加載階段的破壞形態(tài)
3、結(jié)論與展望
本文在總結(jié)了國(guó)內(nèi)外利用ANSYS軟件對(duì)FRP加固混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元模擬分析取得的研究成果的基礎(chǔ)上，建立了FRP加固混凝土梁的有限元計(jì)算模型，模擬得到了梁的荷載－撓度曲線(xiàn)，極限荷載以及梁在不同加載階段的破壞形態(tài)；將模擬結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行的對(duì)比表明，所建立的有限元模型可以較為準(zhǔn)確的模擬梁的承載能力以及破壞形態(tài)，驗(yàn)證了所建立的有限元模型的正確性。
隨著經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展和技術(shù)飛速進(jìn)步，世界各國(guó)對(duì)土木工程的要求越來(lái)越高。FRP復(fù)合材料在土木工程中的應(yīng)用技術(shù)與材料研究開(kāi)發(fā),在當(dāng)今世界上已成為復(fù)合材料界與土木工程界共同研究開(kāi)發(fā)的一個(gè)熱點(diǎn)。該技術(shù)研究開(kāi)發(fā)成功后將會(huì)極大地推動(dòng)現(xiàn)代土木工程的技術(shù)進(jìn)步。它還將為現(xiàn)代復(fù)合材料產(chǎn)業(yè)開(kāi)辟出巨大的應(yīng)用市場(chǎng)，因而具有非常廣闊的發(fā)展應(yīng)用前景。
作者簡(jiǎn)介：
作者簡(jiǎn)介：趙健（1979.1－），男，工學(xué)學(xué)士，工程師。
參 考 文 獻(xiàn)：
1Lu Xinzheng, Teng Jinguang, Ye Lieping and Jiang Jianjing. Bond-slip models for FRP sheet/plate-to--concrete interfaces [A]. Proc.2nd International Conference of Advanced Polymer Composites for Structural Applications in Construction [C]. Cambridge, UK: Woodhead Publishing Ltd, 2004. 152~161.
關(guān)鍵詞：ANSYS；鋼結(jié)構(gòu)框架；風(fēng)荷載；安檢通道
前言
由于鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法及理論的日趨成熟、結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)與計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的迅猛發(fā)展，促進(jìn)了鋼結(jié)構(gòu)的廣泛應(yīng)用，目前已成為一種主要的建筑結(jié)構(gòu)類(lèi)型應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。鋼結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式多種多樣，主要有：桁架結(jié)構(gòu)、框架結(jié)構(gòu)、網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)及支架等。
ANSYS有限元軟件是一個(gè)通用設(shè)計(jì)分析程序，可以用來(lái)分析超高超限、體系復(fù)雜結(jié)構(gòu)的大型有限元軟件，在機(jī)械、土木、電子及航空等不同領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，在世界范圍內(nèi)已經(jīng)成為土木建筑行業(yè)分析軟件的主流。
1設(shè)計(jì)對(duì)象
本文設(shè)計(jì)對(duì)象是為福建某核電站進(jìn)行配套的安檢通道設(shè)計(jì)，該核電站東臨東海，北臨晴川灣。該安檢通道結(jié)構(gòu)尺寸為11m×4m×2.8m，選用單層框架結(jié)構(gòu)，采用設(shè)計(jì)及仿真分析相結(jié)合的方法，進(jìn)行整體的設(shè)計(jì)，從該結(jié)構(gòu)的1：1模型入手，采用AUTOCAD軟件進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，再采用大型有限元分析軟件ANSYS進(jìn)行結(jié)構(gòu)的風(fēng)荷載作用分析。
2結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
1） 主體結(jié)構(gòu)主要為單向受彎，需要有很好的穩(wěn)定性，故立柱采用H型鋼，選擇H型鋼的好處還在于H型鋼截面的慣性中心在結(jié)構(gòu)內(nèi)部，能夠增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。一般情況下，梁為單向受彎構(gòu)件，也通常采用H型鋼。H型鋼的材料在截面上的分布比較符合受彎的特點(diǎn)，用鋼較省，而且其比內(nèi)翼緣有斜坡軋制普通工字鋼截面抗彎性能更高，易于與其他構(gòu)件連接。
2） 通常主結(jié)構(gòu)使用單一鋼種以便于工程管理。當(dāng)強(qiáng)度起主要作用時(shí)可選擇Q345，穩(wěn)定控制時(shí)宜使用Q235。結(jié)合經(jīng)濟(jì)性考慮故本結(jié)構(gòu)構(gòu)件均選用Q235B。
3） 整個(gè)結(jié)構(gòu)通過(guò)焊接在頂部的六個(gè)吊耳進(jìn)行吊裝，強(qiáng)度高。整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖1所示。
4.6 風(fēng)荷載的有限元分析
為設(shè)備做充分的安全考慮，整體迎風(fēng)面積風(fēng)荷載按設(shè)備頂端即Z=2.8m處風(fēng)荷載值進(jìn)行計(jì)算。同時(shí)出于安全性考慮，分析時(shí)按2.0KN/m2風(fēng)荷載施加荷載。
在ANSYS中建立鋼架整體計(jì)算模型，梁、柱均采用BEAM188單元，作用在鋼結(jié)構(gòu)框架上的各種荷載等效離散化為節(jié)點(diǎn)力，考慮安裝設(shè)備重量對(duì)整體鋼結(jié)構(gòu)框架的影響，采用集中力的方式作用于結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)上，在ANSYS中直接加載于結(jié)構(gòu)模型節(jié)點(diǎn)上，風(fēng)荷載的計(jì)算如前文所示，風(fēng)向取正Z向。圖3～圖5為結(jié)構(gòu)的風(fēng)荷載作用分析結(jié)果圖，包括結(jié)構(gòu)的變形、等效應(yīng)力等。
4.7 結(jié)果分析
從圖3～圖5可以看出鋼結(jié)構(gòu)框架結(jié)構(gòu)在風(fēng)荷載組合荷載作用下，變形很小僅為26.337mm。最大等效應(yīng)力為584.26MPa，最大應(yīng)力點(diǎn)出現(xiàn)在通道的最右側(cè)迎風(fēng)面的梁上，通道頂部和主梁的重量通過(guò)梁與柱的交點(diǎn)向下傳遞，因此鋼結(jié)構(gòu)框架結(jié)構(gòu)的整體承載力極限狀態(tài)檢驗(yàn)合格。
在風(fēng)荷載作用下整個(gè)框架在背風(fēng)側(cè)受壓力，迎風(fēng)面受拉力，風(fēng)荷載是作用在鋼架上的主要水平荷載，水平荷載的主要是由主梁和內(nèi)部的設(shè)備安裝鋼梁來(lái)傳遞的。側(cè)風(fēng)面的梁均受壓力，這主要是由于計(jì)算的風(fēng)向?yàn)檎齔向，計(jì)算結(jié)果與理論分析相符合。
從ANSYS的仿真計(jì)算結(jié)果及結(jié)果的分析中可以看出主機(jī)組裝機(jī)鋼結(jié)構(gòu)框架結(jié)構(gòu)的內(nèi)力較大，但由于設(shè)計(jì)構(gòu)件強(qiáng)度及尺寸足夠大，鋼結(jié)構(gòu)框架結(jié)構(gòu)的整體形變及構(gòu)件的應(yīng)力、變形均較小，符合規(guī)范的要求及實(shí)際設(shè)備安全運(yùn)行的需要。
5結(jié)論
1）本文根據(jù)項(xiàng)目要求對(duì)安檢通道的鋼結(jié)構(gòu)框架進(jìn)行了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使其能夠滿(mǎn)足安檢通道對(duì)于空間布局、吊裝、安裝固定等方面的要求；
2）本文使用ANSYS有限元分析軟件對(duì)鋼結(jié)構(gòu)框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析驗(yàn)證，充分考慮該安檢通道所處的位置對(duì)風(fēng)載荷進(jìn)行重點(diǎn)考慮，驗(yàn)證結(jié)果均能滿(mǎn)足項(xiàng)目要求。
參考文獻(xiàn)：
[1] GB50009-2001，《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》[S]
[2] GB50017-2003，《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》[S]
[3] 胡柱.快速裂解制生物燃油主機(jī)組鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)[J].機(jī)電產(chǎn)品開(kāi)發(fā)與創(chuàng)新.2010.
關(guān)鍵字：有限元；教學(xué)改革；實(shí)踐
一、有限元課程在機(jī)械專(zhuān)業(yè)中的背景和重要性
有限元法（FEM）是根據(jù)變分原理求解數(shù)學(xué)物理問(wèn)題的數(shù)學(xué)計(jì)算方法，已廣泛應(yīng)用在機(jī)械、建筑和航空航天等行業(yè)。有限元分析可為各類(lèi)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和工程分析提供可靠依據(jù)，已經(jīng)成為工程科學(xué)中處理難題的重要手段。當(dāng)前，有限元法理論體系已經(jīng)成熟，常用的有限元軟件包括MSC Nastran、Ansys、Abaqus等。
隨著計(jì)算技術(shù)的發(fā)展，也極大促進(jìn)了有限元技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。特別對(duì)于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的機(jī)械產(chǎn)品的研發(fā)中，有限元分析已經(jīng)成為設(shè)計(jì)者的重要依據(jù)。涉及有限元法相關(guān)的機(jī)械方面的科研論文眾多，已經(jīng)成為科研人員重要的工具。
根據(jù)機(jī)械專(zhuān)業(yè)性質(zhì)和知識(shí)要求，機(jī)械工程師必須具備必要的有限元分析計(jì)算能力。機(jī)械專(zhuān)業(yè)培養(yǎng)的大多數(shù)學(xué)生要求能夠獨(dú)立運(yùn)用有限元法從事機(jī)械設(shè)計(jì)、研發(fā)能力，這就要求學(xué)生要成為基礎(chǔ)扎實(shí)、專(zhuān)業(yè)知識(shí)廣闊、具有創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的復(fù)合人才。在機(jī)械發(fā)展水平不斷提高的情況下，必須進(jìn)一步調(diào)高人才的培養(yǎng)質(zhì)量，提高學(xué)生獨(dú)立運(yùn)用有限元從事機(jī)械設(shè)計(jì)的能力，必須對(duì)有限元課程進(jìn)行改革。
二、有限元課程在機(jī)械專(zhuān)業(yè)教學(xué)中存在的問(wèn)題
1. 重理論輕實(shí)驗(yàn)
有限元理論復(fù)雜，涉及到結(jié)構(gòu)力學(xué)、彈性力學(xué)、數(shù)值方法等方面的知識(shí)，不容易講也不容理解，老師往往花大量的時(shí)間灌輸基本理論。實(shí)踐環(huán)節(jié)僅僅利用計(jì)算軟件按照例子進(jìn)行模擬分析，至于計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性沒(méi)有進(jìn)行分析，導(dǎo)致學(xué)生對(duì)有限元分析的準(zhǔn)確性產(chǎn)生懷疑。有限元分析結(jié)果一方面可以參照解析解，沒(méi)有解析解的話(huà)可以做實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步確認(rèn)。很多本科院校根本忽略有限元相關(guān)驗(yàn)證的實(shí)驗(yàn)，根本原因是實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證需要投入人力、物力和財(cái)力。學(xué)校和老師都應(yīng)加大這方面的投入。
2.前瞻性不足
有限技術(shù)雖然已經(jīng)成熟，但可供研究的內(nèi)容還有很多，很多老師講課的內(nèi)容只講教材，根本不講解研究前沿。只有有限元的教學(xué)和科研有機(jī)結(jié)合，才能全面掌握有限元技術(shù)。在教學(xué)時(shí)，我們既要重視基礎(chǔ)理論，又要重視科技前沿。要求老師對(duì)有限技術(shù)相關(guān)國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)認(rèn)真閱讀，將有限元前沿的知識(shí)合理灌輸給學(xué)生，讓學(xué)生實(shí)時(shí)了解有限技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀。
3.學(xué)生學(xué)習(xí)動(dòng)力不足
根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，很多學(xué)生聽(tīng)說(shuō)有限元很難學(xué)，心里有懼怕情緒。再加上有限元課程通常是選修課，令很多學(xué)生避而言之。當(dāng)然，這里有老師的因素，更多的是學(xué)生自身的因素。很多學(xué)生沒(méi)有意識(shí)到有限法對(duì)機(jī)械專(zhuān)業(yè)的重要性，老師也要引導(dǎo)學(xué)生提高學(xué)習(xí)熱情。
4.理論和實(shí)踐脫節(jié)
理論與實(shí)際工程結(jié)合才能體現(xiàn)有限元法的重要作用。教學(xué)過(guò)程中，老師常常拿梁、桿等簡(jiǎn)單例子進(jìn)行練習(xí)，限制了學(xué)生對(duì)有限元法對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)重要作用的認(rèn)知。做到理論聯(lián)系實(shí)踐，需要老師要掌握利用有限元法機(jī)械設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)，這給老師提出更高的要求。老師應(yīng)當(dāng)多參與企業(yè)實(shí)際的機(jī)械項(xiàng)目，不斷積累經(jīng)驗(yàn)。
三、教學(xué)方法改革
根據(jù)有限元課程在授課過(guò)程中存在一些問(wèn)題，應(yīng)從以下方面進(jìn)行改革。學(xué)生只有系統(tǒng)掌握有限元技術(shù)的知識(shí)，才能在機(jī)械設(shè)計(jì)中合理準(zhǔn)確地使用。
1.加強(qiáng)基礎(chǔ)知識(shí)和實(shí)踐環(huán)節(jié)的訓(xùn)練
有限元法涉及的基礎(chǔ)學(xué)科包括結(jié)構(gòu)力學(xué)、彈性力學(xué)以及數(shù)值方法相關(guān)的知識(shí)。掌握彈性力學(xué)的基本方程和彈性力學(xué)平衡問(wèn)題的基本求解方法。能夠推導(dǎo)平面桿系、梁結(jié)構(gòu)和殼單元的解析和數(shù)值解的推導(dǎo)方法。并利用通用的有限元軟件進(jìn)行基本訓(xùn)練鍛煉，加深學(xué)生對(duì)有限元基本原理和流程的理解。在編寫(xiě)講義時(shí)，應(yīng)著重對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)系統(tǒng)化為側(cè)重點(diǎn)。
加強(qiáng)教師工程背景的培養(yǎng)，特別加大與企業(yè)的合作力度，著重從工程的實(shí)際角度深刻理解有限元法的應(yīng)用。教師應(yīng)從自身情況出發(fā)，對(duì)企業(yè)進(jìn)行考察、調(diào)研，了解企業(yè)在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的一些難點(diǎn)，特別是機(jī)械設(shè)計(jì)中涉及分析計(jì)算內(nèi)容。爭(zhēng)取將這些項(xiàng)目與學(xué)生的培養(yǎng)結(jié)合起來(lái)，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)際應(yīng)用的能力。學(xué)生既得到了鍛煉，又幫企業(yè)解決一些計(jì)算問(wèn)題。
2.教學(xué)與研究結(jié)合
從國(guó)內(nèi)外高水平的大學(xué)辦學(xué)理念來(lái)看，研究和教學(xué)相互結(jié)合才能讓學(xué)生進(jìn)入高水平。國(guó)內(nèi)的大多數(shù)高校關(guān)于有限元的教學(xué)不是很深入，導(dǎo)致學(xué)生不能深刻地消化有限元技術(shù)的精髓。從機(jī)械專(zhuān)業(yè)的角度來(lái)看，利用有限元相關(guān)的科研提高學(xué)生運(yùn)用有限元和機(jī)械設(shè)計(jì)能力是一種很好的途徑。
有限元方面的研究文獻(xiàn)很多，通過(guò)研讀專(zhuān)業(yè)文獻(xiàn)，著重體會(huì)有限元建模、邊界條件簡(jiǎn)化、求解、后處理等細(xì)節(jié)內(nèi)容。特別是利用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證有限元計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性具有的重要作用。掌握裝置的固有頻率、陣型測(cè)量實(shí)驗(yàn)方法與過(guò)程。
教學(xué)改革的關(guān)鍵是教學(xué)理念的更新，實(shí)踐新的教學(xué)理念，針對(duì)有限元在機(jī)械專(zhuān)業(yè)中這門(mén)課程，教師應(yīng)不斷將新的研究成果融入到教學(xué)內(nèi)容中，采用有效地教學(xué)手段，最大限度地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生機(jī)械設(shè)計(jì)能力。
參考文獻(xiàn)：
[1]王文靜.“有限元方法及軟件應(yīng)用”課程教學(xué)改革實(shí)踐探索.科學(xué)教育論壇.2005.
關(guān)鍵詞：行業(yè)學(xué)院；教學(xué)改革；汽車(chē)零部件；有限元分析；課程探索
中圖分類(lèi)號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2017）16-0172-02
汽車(chē)工程學(xué)院作為常熟理工學(xué)院新成立的行業(yè)學(xué)院，目的是為周邊城市和汽車(chē)行業(yè)輸送人才[1]。為了符合企業(yè)對(duì)人才的要求，開(kāi)設(shè)了車(chē)輛結(jié)構(gòu)有限元課程。該課程若只進(jìn)行軟件模擬分析不能使學(xué)生對(duì)課程有較深的了解。為此，課題小組圍繞汽車(chē)零部件有限元進(jìn)行課程探索，與企業(yè)進(jìn)行聯(lián)合分析、并利用空余時(shí)間參與行業(yè)培訓(xùn)，與相關(guān)設(shè)備廠(chǎng)家積極聯(lián)系，從軟硬件上滿(mǎn)足教學(xué)改革要求。
一、舊模式下的車(chē)輛有限元課程
原有車(chē)輛有限元課程在軟件所用版本較低，操作上比較復(fù)雜，所學(xué)內(nèi)容到企業(yè)工作后基本用不上。另外，多數(shù)教師是由高校畢業(yè)后直接任教，缺乏實(shí)際應(yīng)用過(guò)程。單純軟件教學(xué)，學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不高。
二、車(chē)輛有限元課程教學(xué)改革方向
學(xué)院在課程培訓(xùn)目標(biāo)上進(jìn)行較大的教學(xué)改革，不僅強(qiáng)調(diào)學(xué)術(shù)理論基礎(chǔ)和專(zhuān)業(yè)知識(shí)，而且對(duì)學(xué)生在技能操作方面有較多的考核。車(chē)輛有限元課程作為教學(xué)改革的課程之一，首先成立課題小組，圍繞怎么上好課、滿(mǎn)足企業(yè)對(duì)人才的要求、使學(xué)生更容易接受課程知識(shí)、提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和熟練操作等方面進(jìn)行討論和探索。
三、車(chē)輛結(jié)構(gòu)有限元課程探索內(nèi)容
（1）成立課題小組。原先課程由一位老師進(jìn)行上課，其教學(xué)經(jīng)歷對(duì)該課程有直接影響。為了避免單個(gè)教師教學(xué)經(jīng)歷帶來(lái)的局限性，學(xué)院成立了課題小組。小組成員由教授、副教授、博士、有企業(yè)經(jīng)歷的在職教師和企業(yè)在職人員組成，對(duì)每一次課程進(jìn)行詳細(xì)的設(shè)計(jì)。
（2）與企業(yè)聯(lián)合開(kāi)展課程。為了解企業(yè)需求，學(xué)院利用假期和教師空閑時(shí)間，派遣教師深入企業(yè)進(jìn)行相關(guān)知識(shí)的培訓(xùn)和實(shí)際操作培訓(xùn)；并與部分企業(yè)聯(lián)合開(kāi)展觀(guān)摩試驗(yàn)教學(xué)課程，通過(guò)理論和實(shí)際學(xué)習(xí)，加深對(duì)該課程的理解。
（3）加強(qiáng)軟硬件實(shí)力。首先，采用新版軟件，并與軟件公司積極聯(lián)系，爭(zhēng)取獲得更多的高校版節(jié)點(diǎn)和相關(guān)資源；其次在數(shù)據(jù)建模上，學(xué)院投入資金，購(gòu)買(mǎi)ATOS三維掃描儀，解決汽車(chē)零部件數(shù)據(jù)建模方面的困難；另外，設(shè)立專(zhuān)項(xiàng)經(jīng)費(fèi)，建立汽車(chē)零部件先進(jìn)制造實(shí)驗(yàn)室，新購(gòu)2臺(tái)教師機(jī)終端和45臺(tái)學(xué)生機(jī)終端，從配置上滿(mǎn)足有限元仿真運(yùn)算要求；學(xué)院近期擬對(duì)接觸全場(chǎng)應(yīng)變測(cè)量?jī)x器進(jìn)行招標(biāo)；從軟件到硬件環(huán)境上滿(mǎn)足該課程開(kāi)展的需求。
（4）探索開(kāi)發(fā)車(chē)輛結(jié)構(gòu)有限元試驗(yàn)課程。根據(jù)課程大綱要求，重點(diǎn)是將有限元軟件仿真結(jié)果與實(shí)際測(cè)量結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，將理論與實(shí)際聯(lián)合，充分加深學(xué)生對(duì)該課程的理解，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。目前開(kāi)展的試驗(yàn)課程有重型車(chē)橋殼理論與實(shí)踐觀(guān)摩教學(xué)、推力桿故障有限元分析教學(xué)。近期還將開(kāi)展轎車(chē)車(chē)門(mén)理論與試驗(yàn)教學(xué)、發(fā)動(dòng)機(jī)支架受力分析試驗(yàn)教學(xué)、傳動(dòng)軸受扭分析試驗(yàn)教學(xué)等試驗(yàn)課程。
四、車(chē)輛有限元試驗(yàn)課程介紹
目前開(kāi)展的試驗(yàn)課程偏少，主要是因?yàn)檎n題組在2016年3月初剛剛成立；另外一些設(shè)備和儀器處于項(xiàng)目驗(yàn)收或購(gòu)買(mǎi)過(guò)程中，導(dǎo)致一些試驗(yàn)課程并未實(shí)施。目前是已開(kāi)展的課程主要有以下兩個(gè)方面：
（1）重型車(chē)橋殼理論與實(shí)踐觀(guān)摩教學(xué)。通過(guò)理論課程的操作教學(xué)，先確保每位同學(xué)能夠在軟件平臺(tái)上完成重型車(chē)橋殼的有限元仿真分析，由軟件觀(guān)察橋殼幾個(gè)部位的變形量情況。圖1為重型車(chē)橋殼臺(tái)架觀(guān)摩試驗(yàn)，通過(guò)不同載荷加載并記錄多個(gè)測(cè)量監(jiān)控點(diǎn)位的變形；通過(guò)多種載荷進(jìn)行有限元分析和實(shí)際加載過(guò)程的對(duì)比，了解軟件仿真過(guò)程和實(shí)際測(cè)量過(guò)程中的各部位變形量情況。
（2）推力桿故障有限元分析教學(xué)。由企業(yè)提供的推力桿三維，課題小組共同完成的推力桿有限元軟件仿真分析。該教學(xué)主要是通過(guò)有限元軟件模擬靜力學(xué)和屈曲分析[2]，使學(xué)生了解推力桿在使用過(guò)程中易失效故障部位。
通過(guò)軟件分析后，由學(xué)生討論推力桿分析可能會(huì)發(fā)生故障的部位，最后通過(guò)推力桿故障圖例，如圖2所示，分析并討論結(jié)果。通過(guò)研究和觀(guān)察實(shí)際故障件的實(shí)踐教學(xué)模式，加深對(duì)該課程的認(rèn)識(shí)，讓學(xué)生意識(shí)到該課程的作用和意義。
五、車(chē)輛有限元課程試驗(yàn)課程規(guī)劃和展望
目前，ATOS三維掃描儀已經(jīng)到位，接觸全場(chǎng)應(yīng)變測(cè)量?jī)x器正在招標(biāo)過(guò)程中，待該儀器到位，即將開(kāi)展轎車(chē)車(chē)門(mén)理論與試驗(yàn)教學(xué)、發(fā)動(dòng)機(jī)支架受力分析試驗(yàn)教學(xué)、傳動(dòng)軸受扭分析試驗(yàn)教學(xué)。通過(guò)ATOS三維掃描儀對(duì)汽車(chē)零部件進(jìn)行逆向設(shè)計(jì)，采用手持加載儀器對(duì)汽車(chē)零部件進(jìn)行加載，然后通過(guò)接觸全場(chǎng)應(yīng)變測(cè)量?jī)x器對(duì)試驗(yàn)的汽車(chē)零部件進(jìn)行應(yīng)變掃描分析，通過(guò)變形或轉(zhuǎn)化后的應(yīng)力與有限元軟件分析情況進(jìn)行對(duì)比。課題小組通過(guò)增加有限元試驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)該課程的興趣，擴(kuò)大學(xué)生的知識(shí)面；通過(guò)學(xué)習(xí)該課程，不僅掌握軟件操作使用，而且了解如何確認(rèn)分析結(jié)果正確性以及修正過(guò)程。
六、總結(jié)
學(xué)院在開(kāi)展車(chē)輛結(jié)構(gòu)有限元課程方面，通過(guò)成立課題小組，在教學(xué)改革方面群策群力。并在教學(xué)軟硬件環(huán)境方面大力投資，積極主動(dòng)與企業(yè)聯(lián)系，開(kāi)展的課程實(shí)例都來(lái)自于行業(yè)內(nèi)的汽車(chē)零部件，課程與行業(yè)實(shí)際情況緊密聯(lián)系；通過(guò)實(shí)踐觀(guān)摩、故障研究討論等方式，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，增加學(xué)習(xí)的樂(lè)趣。并在后期增加了試驗(yàn)課程的課時(shí)數(shù)，使學(xué)生能夠更直觀(guān)的了解該課程和實(shí)際受力情況的對(duì)比，充分認(rèn)識(shí)到該課程的實(shí)用性。
參考論文：
關(guān)鍵詞：
汽車(chē)?yán)龋?支架； 離合器踏板； NVH； 振動(dòng)； 傳遞函數(shù)； 優(yōu)化
中圖分類(lèi)號(hào)： U463.82; TB115.2
文獻(xiàn)標(biāo)志碼： B
Structure optimization of automobile horn bracket based on transfer function
HU Huabin, YANG Jin, TIAN Guannan, ZHAO Suoqiang
(Chery Automobile Co., Ltd., Wuhu 241009, Anhui, China)
Abstract： As to the vibration of a prototype vehicle clutch pedal under horn working condition, the acceleration frequency response function for transfer path is obtained by finite element analysis and experimental test. The acceleration frequency responses at clutch pedal obtained by NVH test are in good consistence with the results of transfer function calculated by finite element method. The horn bracket structure is optimized in the existing design space, and the acceleration frequency responses at clutch pedal before and after horn bracket optimization are compared. The test results of acceleration frequency responses at clutch pedal after horn bracket optimization show that the vibration problem of clutch pedal is almost solved.
Key words： automobile horn; bracket; clutch pedal; NVH; vibration; transfer function; optimization
0 引 言
隨著人們對(duì)汽車(chē)乘坐舒適性要求的不斷提高，汽車(chē)駕駛室內(nèi)的振動(dòng)噪聲問(wèn)題越來(lái)越受到重視.方向盤(pán)、座椅以及離合器踏板等的振動(dòng)與乘客的感受直接相關(guān)，是乘客能感受到的整車(chē)NVH性能的重要指標(biāo).汽車(chē)上的一些發(fā)聲電器部件在工作時(shí)產(chǎn)生的激勵(lì)會(huì)給整車(chē)帶來(lái)許多NVH問(wèn)題，如警報(bào)裝置-喇叭、音響系統(tǒng)等.汽車(chē)是由多個(gè)子結(jié)構(gòu)組成的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，某一特定位置的振動(dòng)往往是受一個(gè)遠(yuǎn)處的振動(dòng)源激勵(lì)引起的，因此，在汽車(chē)NVH分析過(guò)程中常將汽車(chē)簡(jiǎn)化為由激勵(lì)源、傳遞路徑和響應(yīng)點(diǎn)等組成的動(dòng)態(tài)系統(tǒng).［1］
針對(duì)某款試驗(yàn)樣車(chē)在喇叭工作時(shí)離合器踏板處有明顯振動(dòng)的問(wèn)題，通過(guò)試驗(yàn)測(cè)試和CAE仿真2種方法的綜合應(yīng)用，優(yōu)化喇叭支架，進(jìn)一步提高整車(chē)NVH性能.
1 傳遞函數(shù)的基本理論
黏性阻尼多自由度系統(tǒng)的平衡方程式為
Mx¨+Cx?+Kx=f
（1）
式中：M,C,K,f和x分別為質(zhì)量矩陣、阻尼矩陣、剛度矩陣、力向量和響應(yīng)向量［2］.
對(duì)式(1)進(jìn)行拉氏變換，并假設(shè)初始位移和初始速度為0，可得
(s2M+sC+K)X(x)=F(s)
（2）
式中：s為拉氏變換因子.
式(2)可寫(xiě)為
Z(s)X(s)=F(s)
(3)
式中：Z(s)為動(dòng)剛度矩陣，其倒數(shù)稱(chēng)為機(jī)械導(dǎo)納，也稱(chēng)為傳遞函數(shù)H(s).
式(3)可變換為
X(s)=H(s)F(s)
(4)
對(duì)于實(shí)際的振動(dòng)系統(tǒng)，用jω代替s不會(huì)失去有用信息，對(duì)方程兩邊進(jìn)行傅里葉變換，得
X(ω)=H(ω)F(ω)
(5)
式中：H(ω)為頻率響應(yīng)函數(shù).
系統(tǒng)的頻率響應(yīng)矩陣為阻抗矩陣的逆矩陣，可用傅氏域內(nèi)的H(ω)代替拉氏域內(nèi)的傳遞函數(shù)
H(s).在一定的激勵(lì)作用下，頻率響應(yīng)函數(shù)與系統(tǒng)的響應(yīng)成正比，動(dòng)剛度與系統(tǒng)的響應(yīng)成反比.［3-4］在實(shí)際工程應(yīng)用中，可用有限元分析軟件（如MD Nastran）計(jì)算出單位載荷激勵(lì)下目標(biāo)位置的頻率響應(yīng)函數(shù)，或用試驗(yàn)設(shè)備測(cè)出其傳遞函數(shù).
2 支架優(yōu)化流程
試驗(yàn)樣車(chē)的喇叭為蝸牛電子喇叭，分別布置在左、右前縱梁側(cè)面處.左前縱梁處為低音喇叭，工作頻率為400～440 Hz；右前縱梁處為高音喇叭，工作頻率為500～540 Hz.喇叭安裝示意見(jiàn)圖1，其支架一端與喇叭本體螺栓連接，另一端與車(chē)身螺栓連接.
2.1 原因分析
在喇叭工作時(shí)，離合器踏板處加速度頻率響應(yīng)測(cè)試結(jié)果見(jiàn)圖3，在495 Hz處x向和y向踏板響應(yīng)峰值明顯，y向和z向峰值分別為13.9g和7.6g，而x向峰值過(guò)小，在圖上無(wú)法顯示.可知，在喇叭工作頻率下，踏板處振動(dòng)響應(yīng)過(guò)大，可判斷離合器踏板的振動(dòng)源為喇叭.在喇叭工作時(shí)，較大的振動(dòng)能量通過(guò)一定剛度的白車(chē)身傳遞到踏板，振動(dòng)傳遞路徑為喇叭喇叭安裝支架前縱梁前圍板踏板.
2.2 有限元模擬結(jié)果
采用HyperMesh建立結(jié)構(gòu)有限元模型，選用基本尺寸為10 mm的殼單元進(jìn)行網(wǎng)格劃分.模型主要包括白車(chē)身、踏板總成和喇叭總成(包含喇叭支架，其中喇叭本體用質(zhì)量單元CONM 2代替)等.最終的模型包括557 773個(gè)單元，三角形單元比例為3.5%.
傳遞函數(shù)的分析方法為在喇叭安裝處采用強(qiáng)制單位位移激勵(lì)，在離合器踏板處輸出其加速度響應(yīng)值，分析頻域?yàn)?00～600 Hz.為提高分析效率，采用模態(tài)法計(jì)算加速度頻率響應(yīng)［5］，離合器踏板處加速度頻率響應(yīng)有限元分析結(jié)果見(jiàn)圖4，可知，在頻率為475 Hz左右時(shí)，離合器踏板y向加速度響應(yīng)最大.結(jié)構(gòu)的頻率響應(yīng)函數(shù)完全由結(jié)構(gòu)的共振特性決定，而結(jié)構(gòu)共振是因?yàn)檩斎胼d荷頻率達(dá)到結(jié)構(gòu)的固有模態(tài)頻率時(shí)，結(jié)構(gòu)固有模態(tài)因儲(chǔ)存能量而將輸入載荷放大的一種結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)狀態(tài).本文喇叭支架為懸臂結(jié)構(gòu)，很難保證與高、低音喇叭激勵(lì)完全解耦，導(dǎo)致喇叭工作時(shí)在其激勵(lì)方向引起喇叭支架同向振動(dòng)，較大的振動(dòng)能量通過(guò)縱梁傳遞，在得到一定衰減的同時(shí)傳遞至踏板處，引起本文NVH問(wèn)題的產(chǎn)生.
圖 4 離合器踏板處加速度頻率響應(yīng)有限元分析結(jié)果
Fig.4 Finite element analysis result of acceleration frequency response at clutch pedal
2.3 優(yōu)化方案
控制傳遞函數(shù)需要考慮激勵(lì)源、路徑頻率響應(yīng)函數(shù)和響應(yīng)合成等3個(gè)因素.在不改變車(chē)身結(jié)構(gòu)件的情況下，只能通過(guò)改變喇叭安裝支架的剛度來(lái)衰減振動(dòng)能量的傳遞，使喇叭安裝支架在支撐喇叭的同時(shí)承擔(dān)振動(dòng)衰減的功能，并滿(mǎn)足疲勞強(qiáng)度的要求.衰減振動(dòng)與疲勞強(qiáng)度互相沖突：衰減振動(dòng)要求支架剛度小，疲勞強(qiáng)度要求支架剛度大.本文結(jié)合喇叭實(shí)際工作原理（膜片振動(dòng)）及其激勵(lì)與響應(yīng)方向，對(duì)喇叭支架進(jìn)行優(yōu)化，優(yōu)化后的喇叭支架見(jiàn)圖5.
(a)優(yōu)化前
(b)優(yōu)化后
圖 5 優(yōu)化前、后的喇叭支架
Fig.5 Horn bracket before and after optimization
喇叭支架優(yōu)化前、后加速度頻率響應(yīng)有限元分析結(jié)果對(duì)比見(jiàn)圖6，可知，離合器踏板處加速度響應(yīng)值大幅降低（x向0.17g，y向0.09g，z向0.08g），確認(rèn)其改進(jìn)方案有效.通過(guò)對(duì)優(yōu)化后的喇叭支架進(jìn)行手工樣件制作和實(shí)車(chē)驗(yàn)證，喇叭支架優(yōu)化后離合器踏板處加速度頻率響應(yīng)測(cè)試結(jié)果見(jiàn)圖7.通過(guò)主觀(guān)評(píng)價(jià)和客觀(guān)測(cè)試，離合器踏板處振動(dòng)現(xiàn)象基本消除.
圖 6 喇叭支架優(yōu)化前、后加速度頻率響應(yīng)有限元分析結(jié)果對(duì)比
Fig.6 Finite element analysis result comparison of acceleration frequency response of horn bracket before and after optimization
圖 7 喇叭支架優(yōu)化后離合器踏板處加速度頻率響應(yīng)
測(cè)試結(jié)果
Fig.7 Test result of acceleration frequency response at clutch pedal after optimizing horn bracket
3 結(jié)束語(yǔ)
在整車(chē)設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮各種激勵(lì)因素對(duì)NVH性能的影響，特別是中、高頻激勵(lì)問(wèn)題，不僅車(chē)身模態(tài)密度較高，而且振動(dòng)能量也較大.在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)階段，合理設(shè)計(jì)振動(dòng)激勵(lì)源和響應(yīng)傳遞路徑，對(duì)確保整車(chē)NVH性能有極大意義.
參考文獻(xiàn)：
［1］ 李傳兵, 徐曉敏, 王新文, 等. 傳遞路徑分析法進(jìn)行車(chē)內(nèi)噪聲優(yōu)化的應(yīng)用研究［C］ // LMS第2屆中國(guó)用戶(hù)大會(huì)論文集, 北京, 2007.
［2］ 沃德?海倫，斯蒂芬?拉門(mén)茲，波爾?薩斯. 模態(tài)分析理論及實(shí)驗(yàn)［M］. 白同化, 郭繼忠, 譯. 北京: 北京理工大學(xué)出版社, 2001: 10-11.
［3］ 方同, 薛璞. 振動(dòng)理論及應(yīng)用［M］. 西安: 西北工業(yè)大學(xué)出版社, 1998: 44-50.
關(guān)鍵詞：錨桿托盤(pán)；ANSYS；強(qiáng)度分析
中圖分類(lèi)號(hào)：TH122文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A
錨桿托盤(pán)支護(hù)是煤礦掘進(jìn)巷道支護(hù)中常用的方法之一，由于受頂板圍巖類(lèi)型及其受力狀況、錨桿選型與規(guī)格及巷道斷面等因素的影響，合理設(shè)計(jì)托盤(pán)結(jié)構(gòu)、選用托盤(pán)用材料是支護(hù)技術(shù)的關(guān)鍵所在，對(duì)井下的安全起著舉足輕重的作用[1]。隨著煤礦深部開(kāi)采的推進(jìn)，支護(hù)材料面臨強(qiáng)度升級(jí)，錨桿桿體在其直徑不變的情況下材料由原來(lái)的MG335升級(jí)到MG500。根據(jù)MT146.2-2011《樹(shù)脂錨桿》標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定[2]，錨桿托盤(pán)的承載力不小于與之配套的桿體屈服力標(biāo)準(zhǔn)值的1.3倍，所以錨桿托盤(pán)也面臨強(qiáng)度升級(jí)的問(wèn)題。因而，提升現(xiàn)有托盤(pán)的Q235材質(zhì)為Q345，其屈服強(qiáng)度有所提高、塑性保持不變。在滿(mǎn)足使用要求的前提下，由于強(qiáng)度增加的幅度較大，可以把錨桿托盤(pán)的厚度下降。利用ANSYS軟件自帶的優(yōu)化分析模塊對(duì)錨桿托盤(pán)進(jìn)行了優(yōu)化分析。分析得到在托盤(pán)厚度達(dá)到8.186 mm時(shí)， 托盤(pán)圓環(huán)處最大應(yīng)力達(dá)到材料屈服強(qiáng)度值為345 MPa。保守估計(jì)，托盤(pán)屈服強(qiáng)度設(shè)定為320 MPa時(shí)，托盤(pán)厚度將達(dá)到8.516 mm。目前國(guó)內(nèi)礦井錨桿托盤(pán)最大厚度保持在12 mm，為此論文將通過(guò)分析研究，在滿(mǎn)足承載強(qiáng)度的條件下，驗(yàn)證厚度降為8 mm的結(jié)構(gòu)的實(shí)用性。
1錨桿托盤(pán)模型建立
如圖1所示的球形螺母托盤(pán)的二維結(jié)構(gòu)，利用Solidworks建立其三維模型如圖2所示。
5結(jié)束語(yǔ)
通過(guò)對(duì)錨桿托盤(pán)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、強(qiáng)度分析與實(shí)驗(yàn)論證可以得到如下結(jié)論：在材料強(qiáng)度升級(jí)后，可以對(duì)錨桿托盤(pán)進(jìn)行改進(jìn)結(jié)構(gòu)尺寸、降低托盤(pán)厚度，即將在用10 mm厚度的錨桿托盤(pán)改變?yōu)? mm厚度。經(jīng)過(guò)對(duì)上述對(duì)錨桿托盤(pán)有限元分析，采用Q345材料8 mm厚度的錨桿托盤(pán)在壓力247 kN下的強(qiáng)度是完全滿(mǎn)足，壓力實(shí)驗(yàn)再次論證了這個(gè)結(jié)論。因此改變材料，升級(jí)材料強(qiáng)度，可以減輕礦用錨桿托盤(pán)的質(zhì)量，從而節(jié)約材料，大大降低成本。
參考文獻(xiàn)：
[1]李洪占.錨網(wǎng)支護(hù)技術(shù)在回采巷道中的應(yīng)用[J].煤炭技術(shù)，2003（3）：1-2.
[2]中國(guó)煤炭工業(yè)協(xié)會(huì).樹(shù)脂錨桿第2部分.金屬桿體及其附件MT146.2-2011[S].國(guó)家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局.北京：煤炭工業(yè)出版社，2011.
[關(guān)鍵詞]長(zhǎng)輸管道 連續(xù)點(diǎn)蝕 API579準(zhǔn)則 有限元
中圖分類(lèi)號(hào)：TG172 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2014）36-0017-01
引言
長(zhǎng)輸管道是石油和天然氣的主要輸送載體，一旦發(fā)生腐蝕，就有可能造成油氣泄漏甚至發(fā)生爆炸，嚴(yán)重威脅著人們的生命財(cái)產(chǎn)安全。長(zhǎng)輸管道剩余強(qiáng)度是管道評(píng)價(jià)的重要指標(biāo)，計(jì)算管道的剩余強(qiáng)度就能夠確定帶有腐蝕缺陷的管道在給定的工作壓力下的應(yīng)力變化，評(píng)價(jià)管道能否繼續(xù)正常使用，從而科學(xué)的指導(dǎo)現(xiàn)實(shí)工作。
1 API579準(zhǔn)則評(píng)價(jià)連續(xù)點(diǎn)蝕
應(yīng)用API597準(zhǔn)則評(píng)價(jià)點(diǎn)蝕，必須依照一個(gè)準(zhǔn)則，那就是要根據(jù)點(diǎn)蝕的類(lèi)型進(jìn)行分類(lèi)，也就是說(shuō)不同類(lèi)型的點(diǎn)蝕，有不同的評(píng)價(jià)方法。盡管如此，所有的評(píng)價(jià)方法都具有相似的評(píng)價(jià)程序，那就是在確定腐蝕數(shù)據(jù)后，首先進(jìn)入一級(jí)評(píng)價(jià)系統(tǒng)，若數(shù)據(jù)符合一級(jí)評(píng)價(jià)準(zhǔn)則，該管段可以繼續(xù)進(jìn)行相關(guān)計(jì)算，若不滿(mǎn)足一級(jí)評(píng)價(jià)準(zhǔn)則，則直接進(jìn)入二級(jí)評(píng)價(jià)系統(tǒng)，若滿(mǎn)足二級(jí)評(píng)價(jià)準(zhǔn)則，則繼續(xù)服役，否則進(jìn)入三級(jí)評(píng)價(jià)系統(tǒng)。三級(jí)評(píng)價(jià)是最終評(píng)價(jià)體系，完成評(píng)價(jià)之后，對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行總結(jié)。
應(yīng)用API597準(zhǔn)則評(píng)價(jià)點(diǎn)蝕的評(píng)價(jià)流程如下：首先判斷點(diǎn)蝕缺陷的一級(jí)、二級(jí)評(píng)價(jià)方法的適用性，然后測(cè)定缺陷所在的管道材料的各個(gè)性能參數(shù)，以確定腐蝕管段的幾何尺寸和其他參數(shù)，并劃分載荷及其相關(guān)參數(shù)，通過(guò)上述幾方面的內(nèi)容計(jì)算出腐蝕管段的剩余強(qiáng)度系數(shù)。將點(diǎn)蝕分為四類(lèi)，即廣布點(diǎn)蝕、局部點(diǎn)蝕、位于一個(gè)廣布型點(diǎn)蝕區(qū)域內(nèi)的局部腐蝕和位于局部金屬損失區(qū)內(nèi)的點(diǎn)蝕，不同類(lèi)型的點(diǎn)蝕對(duì)應(yīng)不同的計(jì)算方法。對(duì)于廣布點(diǎn)蝕來(lái)說(shuō)，當(dāng)RSF≥RSFa時(shí)，則進(jìn)行單個(gè)缺陷校準(zhǔn)；當(dāng)RSF
2 有限元分析法仿真連續(xù)點(diǎn)蝕
利用有限元分析法對(duì)連續(xù)點(diǎn)蝕管道進(jìn)行仿真計(jì)算，是對(duì)API597理論計(jì)算的有益補(bǔ)充，使得計(jì)算結(jié)果更具科學(xué)性和真實(shí)性。有限元分析法配套相應(yīng)的仿真軟件，ANSYS有限元分析軟件是較為常見(jiàn)的一種，可以用來(lái)仿真分析耦合場(chǎng)、熱、流體等。應(yīng)用該軟件仿真?zhèn)€解決問(wèn)題的過(guò)程主要分為三個(gè)部分，分別為前處理、分析計(jì)算和后處理。前處理主要是指幾何模型的建立和網(wǎng)格的劃分；分析計(jì)算主要是指載荷和約束條件的施加，是在前處理的基礎(chǔ)之上進(jìn)行的數(shù)據(jù)處理過(guò)程，也是ABSYS分析中最為重要的一步；運(yùn)用該軟件求解完成之后，會(huì)自動(dòng)生成一個(gè)結(jié)果文件，后處理則是將這些結(jié)果通過(guò)有顏色的漸變圖顯示出來(lái)，使仿真結(jié)果更加直觀(guān)地展現(xiàn)出來(lái)。對(duì)于連續(xù)點(diǎn)蝕來(lái)說(shuō)，有限元分析模型的建立適合選擇間接法，并采用APDL語(yǔ)言進(jìn)行整個(gè)程序。前處理部分主要設(shè)置材料的一些基本參數(shù)，包括單元類(lèi)型、彈性模量、泊松比和節(jié)點(diǎn)。然后建立連續(xù)點(diǎn)蝕的模型，基本的建模思想為首先建立完好的管道，然后在該管道上進(jìn)行坐標(biāo)定位，建立一系列的連續(xù)點(diǎn)蝕缺陷，再進(jìn)行刻傷。接下來(lái)對(duì)連續(xù)點(diǎn)蝕進(jìn)行網(wǎng)格劃分，采用自由網(wǎng)格劃分的模式，網(wǎng)格生成之后，進(jìn)行加載操作，包括加載載荷和約束條件。最后對(duì)幾何模型進(jìn)行后處理，選擇相應(yīng)的軟件查看后處理的應(yīng)力和應(yīng)力變化情況，其中顏色最深的部分具有連續(xù)點(diǎn)蝕缺陷最大值。將仿真數(shù)據(jù)與API597準(zhǔn)則的計(jì)算數(shù)據(jù)比較，可以得出有限仿真適合仿真連續(xù)點(diǎn)蝕。
3 實(shí)驗(yàn)分析
該實(shí)驗(yàn)分析的主要工具為T(mén)ST3827動(dòng)靜態(tài)應(yīng)變測(cè)試儀，具體的實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程主要分為以下幾步：一、在管道存在連續(xù)點(diǎn)蝕缺陷的情況下，對(duì)點(diǎn)蝕缺陷周?chē)鷱堎N應(yīng)變片；二、將管道的兩端進(jìn)行封閉處理；三、對(duì)實(shí)驗(yàn)管道施加一定的壓力，然后測(cè)量管道的形變和應(yīng)力變化；四、將測(cè)量的數(shù)據(jù)與理論計(jì)算和有限仿真分析的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，以對(duì)有限分析仿真的參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。
4 軟件編程
運(yùn)用C語(yǔ)言編程的方法將繁雜的計(jì)算步驟進(jìn)行簡(jiǎn)化。編程駐澳分為以下幾個(gè)步驟：一、對(duì)已知量點(diǎn)蝕的數(shù)據(jù)類(lèi)型進(jìn)行準(zhǔn)確定義；二、編譯點(diǎn)蝕評(píng)價(jià)準(zhǔn)則；三、輸入評(píng)價(jià)所需的參數(shù)和數(shù)據(jù)。
結(jié)語(yǔ)
本文通過(guò)理論計(jì)算、軟件仿真、實(shí)驗(yàn)分析和軟件編程四個(gè)部分來(lái)建立長(zhǎng)輸管道連續(xù)點(diǎn)蝕評(píng)價(jià)方法體系，每個(gè)部分都采用了先進(jìn)科學(xué)的方法和準(zhǔn)則，改進(jìn)了以往評(píng)價(jià)方法的諸多弊端，簡(jiǎn)化了計(jì)算，節(jié)省了大量的時(shí)間和精力。
參考文獻(xiàn)
[1] 金京福.鋼質(zhì)管道內(nèi)腐蝕剩余強(qiáng)度評(píng)價(jià)的數(shù)值研究：（碩士學(xué)位論文）.黑龍江：大慶石油學(xué)院，2007.