發布時間：2023-03-22 17:39:59
序言：寫作是分享個人見解和探索未知領域的橋梁，我們為您精選了8篇的有限元分析論文樣本，期待這些樣本能夠為您提供豐富的參考和啟發，請盡情閱讀。
關鍵詞：有限元法；課程；案例教學
中圖分類號：G642.4？搖 文獻標志碼：A？搖 文章編號：1674-9324（2013）46-0093-03
當前中國高等教育面臨兩個緊迫局面：一個來自“全面建成小康社會”，另一個來自高校人才培養自身。黨的十提出的“2020年全面建成小康社會”的發展目標，使得以培養人才、服務社會為己任的高等教育，倍感責任重大，情勢急迫。目前，大學本科生已全為“90后”。“90后”在校大學生一方面善于求新求變，不斷擴大信息量和知識面，另一方面卻更注重實際、利害、功用[1]。如何根據“90后”大學生的特征，將他們培養成為國家急需人才，這是高等教育迫在眉睫的現實課題。
現代先進設計制造技術（CAE/CAM）是我國實現從制造業大國向制造業強國跨越的關鍵。有限元法作為計算機輔助工程分析（CAE）的先進方法之一，是工程結構設計不可缺少的重要手段。有限元法基于先進的數字模型，通過數值模擬技術能夠在產品設計階段預測產品各方面性能，避免了加工物理樣機并通過試驗測試產品性能所帶來的高成本低效率問題，大大縮短了產品的研發周期和研發費用。在我國實現從制造業大國向制造業強國跨越的趨勢下，企業對具備有限元分析能力的畢業生需求越來越大。有限元法課程作為機械、土木等工程本科專業的重要選修課之一，對于培養高素質、高質量的高級專門人才有著重要作用。根據“90后”大學生的求知特征，開展有限元法課程教學改革，是培養和提高學生解決實際問題能力的重要途徑，也是實現高等教育人才培養戰略必然要求。
一、有限元法課程的教學特點
有限元分析技術涉及數學力學基礎、單元技術、計算機應用技術、工程中的應用四個方面。“數力基礎+單元技術+軟件工具+應用對象”是工程有限元法課程的四個主要特征[2]。有限元法課程的教與學必須抓住“理解基礎理論，熟練掌握軟件工具應用，廣泛涉獵工程應用對象”這一主線。
二、有限元法課程教學中的問題
有限元法的基本思想是離散和分片插值，其理論涉及泛函分析、矩陣理論、數值計算、計算機技術以及各應用領域（結構、熱、電、磁、光等）基本理論。有限元教學如果只是一味強調理論分析，就無法使既“求新求變”又“注重實際、利害、功用”的“90后”大學生切實感受到先進方法的魅力，反而因為繁瑣的公式推導而對有限元法產生望而生畏的感覺[3]。當前有限元法課程教學的主要問題有兩個方面。一方面是，過分強調有限元分析的基礎理論教學，卻又局限于課程學時少、學生數學力學基礎不足而流于形式。學生覺得理論深奧、晦澀難懂，半生不熟，事倍功半。另一方面，實踐環節片面地強調對有限元分析軟件的掌握，對工程應用對象涉獵不足，上機實驗根據指導書按部就班完成，學生缺少自主性、探索性實踐鍛煉。使學生覺得上手容易，用起來茫然，無法自主完成實際問題的研究、探索性分析過程。
1.對有限元法基礎理論理解不透徹。目前有限元法教材及課程教學內容，大多以大量篇幅和課時講授有限元法和各種單元的力學原理。課堂講授花費很多時間進行數學力學推導，而用很少時間講授應用。實踐表明，教學效果很差，多數學生感覺深奧難懂，枯燥乏味且不懂應用。
2.對分析對象的工程背景不熟悉。有限元課程教學的最終目標就是引導學生“廣泛涉獵工程應用對象”，提高學生對實際問題進行研究、探索性分析的能力。實現這一目標的途徑就是做實實踐環節。目前有限元課程實踐教學環節主要形式有：⑴課堂實例分析演示；⑵上機實驗；⑶課外工程實例研究分析。這些實踐過程基本都是學生根據指導書完成，缺少自主性、探索性實踐鍛煉。由于缺少自主性，多數學生對分析對象的工程背景不熟悉。不清楚研究對象模型如何簡化，導致分析過程中不能合理的設置參數，對分析中出現的問題找不出原因予以解決或者對分析結果不能做出合理的解釋。無法培養和有效提高學生用有限元法分析實際問題能力。
3.對分析軟件功能模塊應用不熟練。對于復雜的實際問題，很少有學生能夠通過直接編程完成對結構的分析過程。利用商業軟件進行工程問題有限元分析，“熟練掌握軟件工具應用”是目前有限元課程實踐教學的基本要求。目前教學實踐環節存在的問題是，上機實習題目少，涉及的工程問題較簡單，使得學生對軟件功能模塊的應用不熟練。在遇到實際問題時，不清楚先后步驟；不會合理的設置參數，導致問題不能求解或求解結果不正確。分析解決實際問題的能力受到限制。
三、有限元法課程教學改革實踐
教學過程中如何貫徹“理解基礎理論，熟練掌握軟件工具應用，廣泛涉獵工程應用對象”這一主線，是有限元法教學成與敗的關鍵。加強基礎理論教學理解性教學，強化實踐教學環節，增強學生分析解決工程實際問題的能力是教學改革的大方向。因此，針對目前有限元課程教學中的問題，我們對課程教學內容與教學方法進行了改革。
1.基礎理論教學化繁為簡，虛實結合。基礎理論從平面桿系結構開始，再到彈性體平面問題，把有限元法基本原理和分析過程循序漸進、完整、清晰地講授出來。簡化理論推導過程，提高了學生的理解和接受程度。講授平面桿系結構有限元分析過程時，以圖1所示的簡單靜定桁架內力分析為例；講授彈性體平面問題時，以圖2所示的兩端固定平面深梁為例。用這些實例，把結構離散，單元分析，整體剛度矩陣集成，整體結點平衡方程，位移邊界條件應用，有限元最終解等完整的分析過程展現給學生。虛實結合，這一方法有效地提高了學生對基礎理論的理解和接受程度。
2.采用案例教學，廣泛涉獵分析對象的工程背景。基于ANSYS軟件平臺，精選機械工程中應用實例，如齒輪、飛輪、主軸等零部件進行課堂有限元分析演示，廣泛涉獵分析對象的工程背景，使學生認識到該課程的廣闊應用前景。講授單元類型時，結合具體工程實例來介紹軸對稱單元、板殼單元、實體單元等類型單元的應用。講授單元位移模式和結構分析的h方法與p方法時，結合工程實例分析演示，采用討論式、啟發式的教學方式，讓學生從中體會不同分析方法的優缺點。案例教學法，使學生逐步體會到如何將一個工程實際問題轉換為有限元求解模型，樹立了牢固的工程觀。
3.強化實踐教學環節，使學生對分析軟件“練中學，學中用”。“練中學”。安排16學時的課程上機實習環節，提供8個左右的實際問題有限元分析題目，使學生在上機練習中逐步熟悉和掌握ANSYS軟件的功能模塊應用。同時，通過這些練習，使學生逐步學會將一個工程實際問題轉換為有限元求解模型的技能，初步具備解決實際問題的能力。“學中用”。課程教學的終極目標是使學生學以致用。因此，課程實踐環節考核的最有效指標就是學生能否“學中用”。在教學實踐環節改革中，我們在上機實習之外增加了課程論文考核環節，同時增大這一自主實踐環節的考核權重。課程結束時，教師給出15個左右工程實際問題題目，讓學生按小組選題并完成分析過程，提交課程論文。學生也可以自己尋找工程中實際問題作為課程論文題目，藉此可以鍛煉學生發現問題、分析解決問題的能力。通過幾年教學改革實踐，效果顯著。學生利用課程論文這個實踐環節，熟練、系統地對所學知識和分析軟件進行應用。一部分學生結合教師的科研項目，自找題目完成課程論文。例如，有學生自擬“不同筋板結構井蓋的有限元分析”題目并以優異成績完成課程論文；也有學生結合教師科研項目開創性地完成“馬鈴薯覆膜穴播種機機架有限元分析”課程論文。“學中用”的目標，通過課程論文題目這一實踐環節得到充分體現。
通過幾年來有限元法課程教學改革實踐，本科生對有限元法基礎理論理解加深，軟件的操作應用熟練掌握。同時，通過課程論文環節的實踐鍛煉，學生對有限元法有了更深刻的認識，達到了“學中用”的教學目標。通過有限元課程教與學，極大提高了學生的數值計算應用能力，為將來從事CAE相關研究工作打下了堅實的基礎。
參考文獻：
[1]高文兵.聚焦90后——高校當前的人才培養[N].光明日報，2012-12-5（14）.
[2]向家偉.機械類工程有限元法課程新體系的建設與實踐[J].桂林電子科技大學學報，2008，28（2）：150-152.
[3]于亞婷，杜平安.有限元法課程實踐教學方法探索[J].實驗科學與技術，2008，（2）：108-110.
關鍵詞：超大型平頭塔式起重機；平衡臂；優化設計；有限元
中圖分類號：TH2文獻標識碼：A
Abstract：Taking the counterjib of T3000160 super large flattop tower crane as the research object，the structure is optimized. Firstly，the finite element simulation model of the counterjib is established. Then，the APDL algorithm language and parametric technique in Ansys are used to parameterize the design dimensions of the counterjib structure. Through the structural optimization，the optimal crosssectional dimension of the main structure of the counterjib is obtained，The results show that the overall strength and rigidity of the counterjib meet the design requirements，and the parametric design can improve the design quality of the construction machinery.
Key words：super large flattop tower crane，counterjib，optimized design，finite element
1引言
S著有限元技術的不斷發展，計算機輔助設計在塔式起重機關鍵組成部件的優化分析設計中得到了廣泛應用。計算機輔助設計及有限元分析技術的引進使用，使得塔機產品使用起來更加安全和高效。超大型平頭塔式起重機作為塔機發展的方向，其結構復雜，工況多樣，僅僅對其進行整體的綜合系統設計是不夠的，更應該關注其細節結構設計分析，關注計算機優化設計。
本論文選取T3000160超大型平頭塔式起重機作為研究對象，利用計算機輔助設計技術對平衡臂結構進行有限元建模分析，使用APDL算法完成平衡臂結構的優化設計，達到降本增效的目的。
2Ansys有限元分析優化設計的有關概念121設計變量設計方案完成后，其中的設計元素可以用一組基本參數數值來表示，這一組參數數值就是所謂的設計變量。
22目標函數
在產品結構設計中，可以利用一些設計指標衡量一項設計方案的好壞，通過把設計指標參數化得到相關函數來表示這些指標，這些相關函數即是優化設計的目標函數。
計算技術與自動化2017年6月第36卷第2期郭紀斌等：基于Ansys的超大型平頭塔式起重機平衡臂優化設計23約束性條件
所謂約束性條件是在對與目標函數相關的設計變量進行取值時加入的限制性條件。約束類型按照目標函數中設計變量的不同性質可分為邊界性約束和性能性約束。
24合理性設計
所謂合理性設計是指滿足設計方案所有給定約束條件（包括設計變量的約束和狀態變量的約束）的設計。倘若給定約束條件中的任一條未滿足，該設計就被認為是不合理的。而最優設計就是既能滿足所有約束條件同時目標函數值又是最小的設計。
3超大型平頭塔機平衡臂優化設計的步驟
在Ansys軟件中可以用兩種方式進行結構優化設計：圖形交互式或者數據批處理來完成。在本論文中，選用數據批處理方式來進行平衡臂結構優化設計，以期提高優化設計效率。
由于用戶采用優化方式的差異（批處理或GUI方式），Ansys優化設計步驟會有些許差別。本論文中平衡臂優化設計步驟如下：
31分析文件的生成1311參數化建立模型通過Ansys軟件/PREP7命令把設計方案中的設計變量參數化建立數據模型的工作完成。對于本論文選定的T3000160超大型平頭塔式起重機平衡臂，設計變量是拉桿和臂架弦桿的尺寸，如表1所示。
表1設計變量
設計變量1初值（mm）1變量含義X112001平衡臂下弦桿角鋼L200X36的截面長度X21361平衡臂下弦桿角鋼L200X36的截面長度X31651平衡臂拉桿圓鋼Φ130的半徑
312計算求解
Ansys中的求解器主要是對分析類型和分析選項在優化過程中進行定義，并完成載荷的施加，及對載荷步的指定，最后進行有限元分析計算，同時在分析過程中需要的數據都要在計算求解過程中指出。
在本論文平衡臂的優化分析中，solution 部分輸入如下：
/SOLU
PREP7，
…
BEAM，P21X，5，PRES，-0.2c-5，…
Acc1，0，10000，0，
AUTO CP，0，0.65*2，
SOLVE，
FINISH。
313提取參數化分析結果
對分析結果進行提取并給相應的參數賦值，這些參數通常情況下包括目標函數和狀態變量。完成本步操作使用POST1命令，尤其是與數據的存儲、加減或者其他操作相關時，而對數據的提取通常用*GET命令（Utility Menu>Parameters>Get Scalar Data）來完成。
在本論文研究中，設置平衡臂總重量為目標函數。因為重量和體積成比例關系，對產品總體積的減小就相當于總重量的減少，因此把總體積設計為目標函數。在優化研究中，把軸向應力、節點位移設置為狀態變量。這些參數的設定可以用下面的方法進行定義：
/POST1
ETABLE，evolume，VOLU，
QR SSUM
*GET，VOLUME，SSUM，DEFORMED，EVOLUME
…
QR，SMAX_E，LS，0，1
CP，ETAB，SMAX_E，0，1，
*GET，SMAX_E，SORT，MAX
…
*GETT，DYMAX1，NODE，1528，Z，Y
…
32對計算結果優化分析
建立完成分析文件之后，就可以利用計算機進行優化分析。在優化處理器中，這些相關參數的值被假定為一個設計序列，所有參數會在Ansys數據庫中被自動設置為設計序列1。
4超大型平頭塔機平衡臂優化設計結果
通過10次迭代計算完成對模型參數的優化，目標函數與設計變量的變化如圖1―圖3所示。
圖1設計變量X1優化示意圖圖2設計變量X2優化示意圖圖3設計變量X3優化示意圖通過上面的優化示意圖可以看出，三個設計變量都是平衡臂主結構件的截面尺寸，經過優化計算，截面尺寸都得以減小，而與其相關的目標函數（平衡臂總體積）有總體減小的趨勢。
在優化計算時不僅要減少平衡臂體積，同時其結構對強度和剛度的設計要求也要滿足，所以本研究增設狀態變量1（平衡臂端部位移）和狀態變量2（截面危險節點的應力值）為研究對象，其優化過程如圖4―圖5所示。
圖4狀態變量1優化示意圖圖5狀態變量2優化示意圖從兩個狀態變量的優化過程可以看出，在經過多次迭代優化后各狀態變量值變量均在設定值范圍內變化，變化非常小。
目標函數的最優解在Ansys優化設計過程可以自動選出，在本論文中得出的最優解見表2。
由優化計算結果可以看出，平衡臂總質量由18.87噸優化到了17.13噸，p少了1.74噸，減重百分比為9.22%。與初始設計方案相對比，優化后主體結構件截面尺寸減小，從而降低了平衡臂總質量，達到了減輕平衡臂總重量的優化設計目標。通過對優化模型有限元分析結果的檢查，其結構剛度、強度均符合設計要求，如表2所示。
本論文選用Ansys一階優化方法對以平衡臂總質量為目標函數的方案進行計算優化，優化后平衡臂結構強度剛度均在設計允許值范圍內。通過定義主要結構件尺寸的優化，平衡臂總重量減少1.74噸，降幅9.22%。
5結論
本論文以T3000160超大型平頭塔式起重機平衡臂的優化設計為研究對象，采用現代設計理論和方法，使用主流有限元分析軟件Ansys完成對平衡臂結構的優化分析，其過程主要如下。
（1）建立T3000160塔機平衡臂有限元分析模型，選用BEAM188，MASS21等作為模型分析單元，確保有限元模型結構、重量等參數的設置符合實際情況。
（2）各項參數滿足設計方案要求。通過優化分析，得到平衡臂主體結構件的最優截面尺寸，同時有限元分析結果表明整體結構強度和剛度滿足設計方案需求。
（3）本論文選取T3000160超大型平頭塔式起重機的平衡臂進行有限元分析優化設計，為超大型平頭塔式起重機平衡臂及其他相關部件結構的強度分析和設計提供一個理論性的支撐，同時提高工程機械設計質量，縮短設計周期，促進優化設計法在起重機設計中的應用。
參考文獻
[1]張洪信.ANSYS基礎與實例教程[M].北京：機械工業出版社.2013.
[2]周寧. ANSYS APDL高級工程應用實例分析與二次開發[M].北京：中國水利水電出版社. 2007.
[3]起重機設計規范GB/T38112008[S].中華人民共和國質量監督檢驗檢疫總局.2009.
[4]馬東輝，趙東.基于ANSYS和MATLAB的結構優化設計[J].制造業自動化.2013.35（10）：106-108.
[5]李新華，張毅，戴琳.塔式起重機起重臂的模糊優化設計[J].機械與電子.2010（9）：92-93.
[6]孫運見，孫樂.基于Jaumin的等參單元算法框架設計[J].計算機輔助工程.2015（1）：63-67.
論文關鍵詞：光碟機,熱量,ANSYS,分析
隨著機電產品使用時間的增加，通電時間越長必然導致集成芯片發熱量增大，其散熱問題是一個必須要考慮的問題。如果熱量不能以合適的方式及時的散出去，必將影響機電產品的功能。光碟機就是一個比較典型的機電產品，其散熱問題的考慮是一個很經典的設計。ANSYS是目前應用比較廣泛的有限元分析軟件，具有強大的有限元分析功能和人性化的人機交互界面，使用該軟件，能夠有效地降低分析成本，縮短設計時間[1]。本文通過對這一問題的分析研究，對光碟機的熱分析問題進行了深入的分析，采取了合情合理的散熱方式，采用有限元分析軟件ANSYS9.0對散熱墊的散熱狀況進行散熱模擬，并對分析結果進行對比。
1 散熱理論
熱分析是基于能量守恒原理的熱平衡方程[2]：
1．1輻射
輻射是指機體以發射紅外線方式來散熱，物體發射能量并被其他物體吸收轉化為熱量能量交換[2]。當皮膚溫高于環境溫度時，機體的熱量以輻射方式散失。輻射散熱量與皮膚溫、環境溫度和機體有效輻射面積等因素有關。在一般情況下，輻射散熱量占總散熱量的40%。當然，如果環境溫度高于皮膚溫，機體就會吸收輻射熱。
1．2傳導
傳導就是機體通過傳遞分子動能的方式散發熱量，幾個完全接觸的物體之間或同一物體不同部分之間由于溫度梯度而引起的熱量交換[2]。當人體與比皮膚溫低的物體（如衣服、床、椅等）直接接觸時，熱量自身體傳給這些物體。臨床上，用冰帽、冰袋冷敷等方法給高熱病人降溫，就是利用這個原理，CPU上的平板式散熱片[3]也是利用了傳導的原理。
1．3對流
對流就是空氣的流動，這是以空氣分子為介質的一種散熱方式，物體表面與周圍環境之間，由于溫度差而引起的熱量交換[2]。與身體最接近的一層空氣被體溫加熱而上升，周圍較冷的空氣隨之流入。這樣，空氣不斷地對流體熱就不斷地向空氣中散發。對流散熱量的大小，取決于皮膚溫與環境溫度之差和風速。
1．4蒸發
液體汽化需要熱量，自人體表面每蒸發1ml水，可帶走2.32/kJ熱量。當氣溫高于皮溫時，其他幾種散熱方式都失去作用，蒸發便成為唯一的散熱途徑。
2 光碟機介紹
2.1 光碟機組成
光碟機組成按結構功能來劃分主要有三大部分，一是機芯，二是PCBA，三是承載機構和外殼等，如圖1所示:
圖1 碟機結構
Fig1. ODD structure
2.2光碟機熱量散發系統
散熱系統主要有：下蓋（BC），散熱墊（Heat sink），集成芯片（IC）和PCB四部分相接觸的物體組成，如圖2所示：
圖2 散熱系統
Fig2. Heat dissipating system
3 熱傳導散熱分析
ANSYS的熱分析是基于能量守恒原理的熱平衡方程，通過有限元法計算各節點的溫度分布，并由次導出其他熱物理量參數[2]。電子元器件功率的不斷提升導致了更多熱量的產生[3]，因而散熱顯的極為重要[4]。本例中采用穩態分析，參數設定：自然對流條件(10W/m2.K)，熱源設定6W(12V*0.5A)，光碟機內部環境溫度設定為42℃，光碟機器外部環境溫度設定為30℃。各零件的熱傳導系數如表1：
表 1
零件縮寫
熱傳導系數k(W/m.K)
BC
18.5
Heat sink
3.2
IC
50
PCB
0.36
4 分析結果
經過上述設置后，可得到散熱墊的溫度場分布圖，如圖3所示：從圖中可看出，使用該散熱墊后最高溫度可達165.92℃。
圖3 溫度場分布
Fig3.Temperature field distribute
5 結束語
ANSYS不僅能用于常規工程結構問題的靜態或動態有限元分析，還能在諸如流體力學，熱力學（溫度場）、電磁場等方面進行有限元的模擬與計算[5]。一個成熟的熱設計可以為為我們帶來一個可靠的產品,同時也為我們的使用創造舒適性[6]。本例中通過對散熱墊模擬現場情況的分析，得出散熱墊的溫度場分布，進而可比較不同散熱墊帶來的不同散熱效果,選擇合適的散熱墊來散熱，為碟機的散熱設計提供了有力的數據支撐。同時也值得其它需要散熱的產品設計者借鑒學習。
參考文獻：
[1]郝兆明．基于ANSYS組合模具過盈配合有限元分析[J]. 機械工程師,2008(5)
[2]王建江，胡仁喜，劉英林．結構與熱力學有限元分析[M]．機械工業出版社,2008(3)
[3]張遠波.CPU散熱片結構優化設計[J].華中科技大學學報.2008年第4期
[4] 盧中林．電子產品的散熱設計［J］．可靠性分析與研究(集成電路與元器件卷)，2004，（12）
[5]Saeed Moaveni．ANSYS理論與應用[M]．電子工業出版社,2003(6)
論文關鍵詞：方鋼管混凝土柱,長細比,有限元
1 引言
方鋼管混凝土的研究開展的較晚，各方面的理論還不夠成熟和完善，以往的研究主要集中在試驗研究上，本文采用有限元分析對方鋼管混凝土柱的設計和施工提出合理建議，克服試驗的不足。考慮到鋼管混凝土是由鋼管和混凝土兩種不同材料所組成，混凝土和鋼管之間有相對滑移，引入一種能反映鋼管和混凝土兩者間界面性能的單元----粘結單元，它能比較真實地反映方鋼管混凝土柱的受力性能。
2 有限元模型的建立
本文模擬框架結構中間層的中柱，截取了方鋼管混凝土柱從梁頂面到柱反彎點處的部分為研究對象。為了深入分析鋼管混凝土柱的受力性能，充分考慮我國有關規范的規定，依據常見的工程實例設計了4個試件，采用大型商用有限元軟件ANSYS對其受力性能進行了非線性有限元模擬。
2.1模型的幾何尺寸
為了研究長細比對方鋼管混凝土柱的受力性能影響，以BASE試件為基礎，設計了ZG系列試件，詳細尺寸見表1。
表1 試件尺寸明細表
試件名稱
柱寬度
（mm）
柱高度
（mm）
管壁厚度（mm）
混凝土強
度等級
軸壓比
鋼 材
牌 號
ZG-1
500
1650
16
C50
0.5
Q345
BASE
500
1800
16
C50
0.5
Q345
ZG-2
500
1950
16
C50
0.5
Q345
ZG-3
500
2100
16
C50
【關鍵詞】濕法脫硫；有限元；無支撐鋼梁
前言
隨著國家SO2排放標準的嚴格控制及國內脫硫市場的發展，石灰石―石膏濕法噴淋脫硫作為一種脫硫效率較高、運行穩定可靠的脫硫技術得到了廣泛的應用。在火電廠大型機組煙氣脫硫裝置中，吸收塔是整個裝置的關鍵部分，噴淋塔是濕法脫硫吸收塔的主流塔形，對作為該塔重要組成部分的噴淋管道進行結構安全分析及優化設計具有重要的應用價值[1][2]。
石灰石濕法脫硫工藝的噴淋管道布置復雜，周邊環境惡劣，如何保證噴淋塔在運行期間的安全是設計中要考慮的首要問題[3]。葉獻國、趙書鋒等[4]利用NASTRAN結構分析軟件建立了煙氣脫硫吸收塔的三維有限元分析模型，計算了該結構的固有動力特性。侯慶偉，鐘毅等人也利用有限元數值分析軟件對脫硫系統結構進行過分析與優化方向的嘗試[5][6]。
本文通過采用國際通用的大型結構分析有限元軟件ABAQUS對吸收塔內徑為9500mm的平頂山電廠2×200MW機組石灰石濕法脫硫噴淋系統進行剛度和強度校核，進而對其進行結構優化，提高噴淋系統的安全系數，降低生產成本。
2 有限元模型的建立
2.1 幾何模型與材料參數
依據常規有支撐鋼梁設計，建立吸收塔內徑為9500mm噴淋系統的幾何模型，如圖1所示。在此基礎上賦予各個構件的材料屬性：管道為FRP材料，支撐梁為Q235號鋼，用于支撐的支座為FRP材料。
圖1 平頂山噴淋系統三維模型（含支撐鋼梁）
2.2 連接、邊界條件與載荷
根據噴淋系統工作的環境：設定噴淋管道內側漿液的溫度60℃，管道外側煙氣溫度180℃，漿液的傳熱系數（近似成水）為15000W/m2 ℃，煙氣側傳熱系數86為 W/m2 ℃。溫度的選取為系統運行時周圍環境的最高溫度，傳熱系數為類似文獻中的取值[7]。
根據噴淋系統的在施工過程中的工藝性質（采用膠粘），在有限元模型中支撐梁與管道之間是采用綁定（tie）約束。
噴淋系統的位移邊界條件按如下方式定義：在管道或者梁與吸收塔內壁連接處，采用固定所有方向的位移，在對稱面上施加對稱結構的約束。
施加的主要載荷有：1）結構重力（包括噴嘴重力），2）漿液重力，3）管道漿液壓力。施加在管道內部壓力0.1MPa。由于管道中充滿了漿液，不能忽略，故將漿液的重力等效成壓力載荷施加在圓形管道下半部分的內表面，管壁內各點的壓力符合以下關系： 。 其中ylocal表示在局部坐標系沿著重力方向的坐標值。為漿液的密度，g為重力加速度。
3 平頂山噴淋系統的有限元優化結果與討論
3.1 平頂山噴淋系統無支撐梁分析
圖2為吸收塔內徑9500mm噴淋系統（無支撐）位移分布云圖，最大位移值為20.28mm，大于規范計算得到的最大允許位移19mm，結構剛度不符合標準。圖3中管道里應力的最低安全系數為4.867與由規范[8]得到的安全系數值8.5相比偏小，不符合強度設計要求。
圖2 平頂山噴淋系統（無支撐）的位移場（變形放大50倍）（單位：mm）
圖3 平頂山噴淋系統（無支撐）的安全系數
根據上述的計算得到的變形圖可以看出，噴淋層在取消支撐鋼梁后，整個系統的薄弱部位在主管道直徑較小的一端，結構的整體剛度也較小。
3.2 平頂山噴淋系統無支撐鋼梁方案設計
為取消系統支撐鋼梁，必須增加系統薄弱部分的剛度，因此，增大細小端的管徑，將主管道兩端使用相同直徑的管，且整個結構是關于中心支管對稱，建立有限元模型，如圖4所示。
圖4 優化設計后的平頂山噴淋系統（無支撐）模型
3.3 優化后的平頂山無支撐噴淋系統分析
對上述結構進行有限元分析，得到其在自身重力作用下產生的位移及應力安全系數云圖，如圖5～6所示。
圖5 優化后的平頂山無支撐噴淋系統位移云圖
（變形放大50倍）（單位：mm）
圖6 優化后的平頂山無支撐噴淋系統應力安全系數云圖
通過計算可以發現，最大位移為10.78mm，將屈服接近度換算成安全系數得最低的安全系數約為8.5，與規范[8]基本相同，結構的剛度、強度均符合規范要求。
4 結論
采用有限元分析軟件ABAQUS對平頂山電廠2 ×200MW機組石灰石濕法脫硫噴淋系統進行了結構分析，綜合考慮溫度及重力的影響，通過數值計算得到如下結論：基于ABAQUS軟件的有限元分析方法有利于脫硫塔噴淋層結構的精準設計。采用該方法進行優化設計后不僅可以取消噴淋層的支撐鋼梁，節約建設成本，適應國內運行方式；而且噴淋系統整體的強度、剛度均符合規范要求，噴淋系統安全、可靠。
參考文獻：
[1]劉錦，高炳軍，趙慧磊.脫硫塔的強度和穩定性有限元分析[J].遼寧工程技術大學學報，2008.
[2]趙書鋒，張霞.脫硫吸收塔動力特性三維數值模擬分析[J].平頂山工學院學報，2008.
[3]秦福初，王厚林，劉艷榮.脫硫吸收塔噴淋系統的結構優化分析[J].中國資源綜合利用，2013（7）.
[4]葉獻國，趙書鋒，鐘維軍.基于NASTRAN分析的脫硫吸收塔動力特性及地震反應[J].特種結構，2008（1）.
[5]侯慶偉，李永臣，高善彬.基于 ANSYS的脫硫煙道結構有限元分析[J].電力環境保護，2007（4）.
[6]鐘毅，高翔，王惠挺.等.基于CFD技術的濕法煙氣脫硫系統性能優化[J].中國電機工程學報，2008（32）.
[7]林永明.大型石灰石―石膏濕法噴淋脫硫技術研究及工程應用[D].浙江大學博士學位論文，2006.
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汽車輪胎論文參考文獻：
[1]張宏林.淺析汽車的保養與維護[J].科技資訊，2011，（04）：175
[2]周相鋼.淺議汽車輪胎的保養及使用[J].科技與企業，2013，（05）：249
[3]吳沛樺.試論汽車輪胎的保養與維護[J].公路與汽運，2011，（06）：27-29
[4] 莊繼德.汽車輪胎學[M].北京：北京理工大學出版社，1996.
[5] 谷葉水，石琴.子午線輪胎模態分析的有限元方法[J].安徽：合肥工業大學學報，2005.
[6] 安登峰，張建，王國林，等.全鋼載重子午線輪胎模態的有限元分析[J].輪胎工業，2008.
[7] 劉長國.全鋼載重子午線輪胎穩態力學特性有限元分析[D].吉林大學，2006.
汽車輪胎論文參考文獻：
[1]何杰.基于道路友好性的汽車主動懸架LQG最優控制方法[J].武漢理工大學學報（交通科學與工程版），2013，15（05）：989-993.
[2]馮傳榮.由交通事故引發對汽車檢測維修質量的深思[J].汽車維修與保養，2013，24（12）：100-101.
[3]王力.淺析汽車制動性能檢測數據的準確性與一致性[J].汽車維護與修理，2014，34（04）：66-67.
[4]張榮貴，許炳照.基于車輪發射器模塊的輪胎氣壓監測系統[J].機電技術，2013（06）.
[5]呂鳳軍.基于無線傳輸機理的輪胎監測系統的研究[J].現代電子技術，2012（09）.
[6]于凌云，戰仁軍.汽車輪胎壓力監測系統的發展動態[J].道路交通與安全，2009（02）.
汽車輪胎論文參考文獻：
[1]王吉忠.輪胎與路面之間的摩擦和附著[J].輪胎工業，2002(2).
[2]高延齡.汽車運用工程[M].北京：人民交通出版社，1999.
[3]莊繼德.汽車輪胎學[M].北京：北京理工大學出版社，1996.
[4]趙雪竹，周芳華.車輛輪胎的使用保養[J].農機使用與維修，2007(4).
[5]祈文華.汽車輪胎早期磨損的原因分析[J].汽車科技，2006(2).
關鍵詞：火災下，托梁轉換，溫度場，有限元分析
中圖分類號：TU37文獻標識碼：A文章編號：
一、引言
鋼筋混凝土托梁轉換結構被廣泛應用于剪力墻結構、框架-剪力墻結構和框架結構等結構形式中。隨著城市進程的發展，作為主要災害之一的火災威脅已變得越來越大，在鋼筋混凝土結構抗火性能方面的研究僅限于梁、板、柱等簡單構件在火災下的受力和變形問題，更多的把重點放在一般結構耐火等級方面，對鋼筋混凝土結構特別是托梁轉換結構則涉足不夠。因此，針對鋼筋混凝土托梁轉換結構，開展其火災行為和耐火性能的研究顯得十分必要。
二、有限元分析模型
1、托梁轉換框架模型
該框架為四層框架結構，其中底層設置轉換梁而形成大空間。一層層高6米，以上各層為4米；跨度6.6米。材料為鋼筋混凝土，混凝土采用C30，鋼筋采用HRB400。利用PKPM對其進行了配筋。
2、火災曲線
本文采用國際標準化組織（ISO834）建議的結構構件抗火試驗曲線[1]進行分析，公式見下式。
3、火災工況設計
本文主要考察托換梁的溫度場分布，文獻[2]認為框架結構在局部火災條件下進行結構的抗火分析時，可只考慮著火房間的溫度升高，其他房間按常溫考慮。
本研究受火工況為底層大空間單室火災，柱設計為三面受火，受火區上部梁為三面受火。
4、火災下的材料性能
混凝土熱工的熱工性能參數主要有熱傳導系數、比熱容、熱膨脹系數和質量密度
，均采用歐洲規范EC4[3]建議的公式。
三、有限元分析及結果
通過ABAQUS有限元軟件對托梁轉換結構框架模型底層大空間受火進行非線性分析，將托梁截面內設計了5個測點，在托梁縱向設計了3個測點，其溫度隨時間的變化曲線如圖1。
在升溫的前期，由于混凝土還沒有受熱滯后性，所有曲線在升溫前期0-25min都有一個較短的平直段.25min開始，各測點隨時間大致呈線性增長直至分析結束，溫度達到400-500℃。曲線5-7為托梁縱向同一截面高度的3個測點，從圖中可以看出，3條曲線在整個受火過程時間段內幾乎重合，這說明：溫度場沿著托梁縱向變化不大，因此，在進行局部火災條件下整體結構的抗
圖1 托梁溫度-時間曲線
火分析時，對著火房間的構件可采用沿軸向均勻分布的截面溫度場，這與簡支梁受火時溫度場分布規律是一致的。
火災發生后，由于混凝土受熱膨脹，越接近外表面升溫速度越快。曲線1為托梁下部最靠近外截面的測點，從圖上可以看出從25min后升溫速度急劇增加，是各測點升溫最快的，以至于表面的溫度梯度也大，達到的溫度為520℃左右。其他曲線在75min之前是大致重合的，這是由于溫度滯后性，75min之后各曲線能夠較清晰分別出，離外部最近的4測點，升溫速率最快，相應的在這一區域的溫度梯度也就最大，達到的溫度為400℃左右。對應的離外部最遠的7測點，升溫速度最慢，相應的溫度梯度最低，達到的溫度為350℃左右。其余各測點達到的最高溫在350-400℃左右。這說明：離外部最遠點升溫最慢，達到的溫度也最低。離外部最近點升溫最快，達到的溫度最高。溫度梯度越靠近外部越大，越靠近截面內部越小。
四、結論
通過ABAQUS有限元軟件對托梁轉換結構框架模型底層大空間受火進行非線性分析：
升溫過程中，混凝土受熱的滯后時間約為25min左右。
溫度場沿著托梁縱向變化不大，因此，在進行局部火災條件下整體結構的抗火分析時，對著火房間的構件可采用沿軸向均勻分布的截面溫度場，這與簡支梁受火時溫度場分布規律是一致的。
離外部最遠點升溫最慢，達到的溫度也最低。離外部最近點升溫最快，達到的溫度最高。溫度梯度越靠近外部越大，越靠近截面內部越小。
參考文獻：
[1]International Standard ISO834,Frie-Resistance Tests Elements of Building Consrection,Amendment 1,Amendment2,1980.
【關鍵詞】寬肢異形柱框架；砌塊墻組合結構；開洞墻體；抗震性能；非線性有限元分析
1.引言
隨著人們生活水平的不斷提高，10多層的小高層住宅得到大多數人的青睞。然而，依據規范來講，異形柱框架結構已經不能滿足要求；剪力墻結構由于其自身的兩大缺陷（剛度過大；配筋主要是構造筋）也無法滿足要求；短肢剪力墻雖然克服了剪力墻自身兩大缺陷并且有利于空間布置，但是若要應用在高層建筑中，規范[1]中明確指出，當短肢剪力墻較多時，必須布置為筒體，這樣能形成短肢剪力墻與筒體共同抵抗水平力的剪力墻結構，也就是說，這樣的建筑中不允許采用全部是短肢剪力墻結構。綜上所述，如若能將短肢剪力墻和混凝土小型砌塊墻二者相結合，適當提高肢高肢厚比并考慮填充墻與異形柱框架共同工作，形成寬肢異形柱-混凝土砌塊組合結構。
寬肢異形柱框架-混凝土小型砌塊墻組合結構在施工時，采取先砌墻后澆注混凝土框架梁柱，考慮砌塊填充墻與異形柱框架共同工作，適當提高異形柱肢高肢厚比（墻截面各肢的肢高肢厚比在4左右），沿小型砌塊墻砌體高度方向，利用U形砌塊設置若干道橫向構造圈梁，以約束砌塊砌體，從而形成寬肢異形柱-混凝土砌塊組合結構。
2.開洞鋼筋混凝土寬肢異形柱框架-砌塊組合墻結構的有限元分析
2.1 模型材料參數設置
本文在不作試驗的前提下，與已有的試驗[2]進行對比分析。計算模型共計兩榀，其中一榀選取單層單跨寬肢異形柱-砌塊墻組合結構，采用T形截面異形柱，砌塊墻內開洞（以下簡稱F-1）；另一榀砌塊墻內不開洞（以下簡稱F-2），二者都與實際尺寸幾何比例為1：2，框架梁截面為100x300mm，門的尺寸為1050x600mm，砌塊墻尺寸為2500x 1500mm，模型形狀、尺寸如圖2-1所示。
圖2-1計算模型尺寸圖 單位mm
本文有限元模型設計中，框架梁柱采用Solid65三維空間實體單元，砌塊墻采用Solid45單元，鋼筋采用Pipe20單元。其中，Solid45單元實常數采用ANSYS默認值，鋼筋為雙線性隨動硬化材料。
2.2有限元模型建立
實體建模采用ANSYS軟件，之后須進行網格劃分。網格的大小、形狀會直接影響受力分析的結果。本文對異形柱框架梁和砌塊墻劃分網格時都采用六面體單元，鋼筋用兩節點梁單元，假設鋼筋和混凝土粘結良好，采用組合方式，不考慮鋼筋和混凝土之間的滑移。
2.3有限元模型加載設置
在實際砌塊建筑墻體中，主要是承受材料自重、樓面活荷載等垂直荷載以及地震、風等水平荷載，因此在非線性有限元分析加載時，模型下端為固定端，在柱頂兩端施加500kN的垂直荷載，并在整個過程中保持不變，直到試件破壞；水平荷載分為若干個子步進行，施加在柱頂，非線性求解采用牛頓-拉普森法。
3.有限元計算結果分析
3.1有限元模型破壞形態
對T形寬肢異形柱框架-砌塊墻結構來說，施加水平荷載至開裂前，框架處于彈性狀態，應力云圖幾乎沒有變化，當水平荷載加至106kN時，砌塊墻左上角出現應力集中，砌塊墻則在右側上端出現較大應力，水平位移為1.01mm。如圖3-1（a）所示。
隨著水平荷載的不斷增加，應力集中區域沿著砌塊墻斜向約450角逐漸向門柱擴展，當荷載達到273kN時，集中區域已經發展到門柱左下角，位移繼續增大為4.45mm。如圖3-1（b）所示。
當水平荷載為326kN時，砌塊墻左側應力區域擴大的同時水平方向也出現應力集中區域，此時，門柱左下角應力變大，并且右上角逐漸出現應力集中，墻體右側底端應力明顯，這時位移達到11.82mm。如圖3-1（c）所示。
當水平荷載循環加至277kN時，水平方向應力區繼續擴大，門柱四角與墻體四角同時出現應力集中，450斜裂縫貫通墻體左側一部分區域，此時水平位移為19.83mm，如圖3-1（d）所示。
圖3-1（a）
圖3-1（b）
圖3-1（c）
圖3-1（d）
圖3-2（a）-圖4-8（d）則給出了有限元模型F-2的砌塊墻應力云圖（注：模型F-2水平荷載加載點選擇在右邊）。
圖3-2（a）
圖3-2（b）
圖3-2（c）
圖3-2（d）
3.2模型承載力分析
通過兩個模型應力云圖可知，非線性有限元分析結果與試驗[2]現象在開裂點、屈服點、極限荷載點及破壞點變化情況幾乎一致，說明有限元已經很好的模擬了試驗現象。計算中，倘若荷載-位移曲線中出現明顯的拐點或水平位移增大時，對應的荷載就是開裂荷載；而當水平位移快速增大時，荷載幾乎保持不變，這時對應的荷載為極限荷載（即最大荷載）。圖3-3給出有限元模型計算結果與試驗結果的荷載-位移曲線對比圖。
對比開門洞模型F-1和不開門洞模型F-2，我們可以看出，開門洞墻體模型（即F-1）的初裂荷載和極限荷載均低于不開門洞模型（即F-2），開裂荷載低于2.8%，屈服荷載低于5.5%，極限荷載低于6.1%，破壞荷載低于5.4%，說明門洞對墻體有顯著的削弱作用。
比較二者位移來說，開裂荷載位移都很小，約1mm左右，這說明砌塊墻體在水平側移很小的情況下就會出現裂縫，隨著荷載的增大，位移側移幅度增大很快，這說明引起墻體開裂的主要因素是水平側移過大造成的。
3.3剛度退化分析
試件剛度計算公式為：
（3-1）
其中， 為水平荷載； 為水平位移。為了能更好的比較出帶砌塊墻框架的剛度，這里將與本模型同尺寸的純框架結構進行比較，三種模型的剛度計算結果見表3-3所示。
表3-3 模型剛度計算結果
模型編號 剛度計算結果
模型F-1（開洞） 104.95 27.58 13.97
模型F-2（無洞） 73.65 14.71 10.28
純框架 27.33 10.96 9.12
由上表可以看出，模型F-1、F-2相對于純框架的開裂剛度分別提高了3.84倍和2.69倍；極限剛度提高了2.52倍和1.34倍；破壞剛度提高了1.53倍和1.12倍。從開裂到最大荷載階段，帶砌塊墻的異形柱框架明顯高于純框架結構，而破壞時剛度相差值較小，表明模型F-1和F-2剛度退化速度較快。圖3-5給出了從彈性階段直到破壞整個過程中剛度與位移角的曲線變化圖。
圖3-5 有限元模型剛度與位移角
曲線變化圖
4.結論及建議
本篇論文采用理論分析，通過利用ANSYS11.0軟件，模擬了單層鋼筋混凝土寬肢異形柱框架-砌塊組合墻開洞與無洞兩種結構的破壞全過程，最后得出以下幾點結論：
（1）由寬肢異形柱框架與混凝土砌塊墻組成的結構，具有很好的協同工作性能；
（2）在開裂點、屈服點、極限荷載點及破壞荷載點四種狀態下可以看出，有限元計算荷載與試驗現象相差不大，但位移出現較大差值，主要是由于有限元建模未考慮墻體間的縫隙所造成的；
（3）通過有限元分析的應力云圖可知，模型從開裂到破環的順序是先砌塊墻，后梁柱，在實際工程中可將砌塊墻作為抗震第一道防線；
（4）帶墻體框架承載能遠高于純框架結構，但墻體開洞會對整體結構剛度及承載力造成明顯的影響，洞口面積越大，相應砌塊墻剛度退化越快，從而導致整體結構承載力越低，因此在實際應用中，可將框架與墻體相連之處或是洞口邊緣進行加固處理，來提高結構的整體承載力；
本文所建立模型僅僅對比了開洞與無洞，沒有考慮其他變化因素，倘若開洞墻體結構加入構造柱會對結果產生什么影響等；寬肢異形柱框架-砌塊墻組合結構的非線性有限元分析還有待提高和完善，并沒有一套自身體系，尤其是砌體結構分析，大多理論還是依賴于鋼筋混凝土有限元的成果。
參考文獻：
