发布时间：2023-03-22 17:39:59
序言：写作是分享个人见解和探索未知领域的桥梁，我们为您精选了8篇的有限元分析论文样本，期待这些样本能够为您提供丰富的参考和启发，请尽情阅读。
关键词：有限元法；课程；案例教学
中图分类号：G642.4？摇 文献标志码：A？摇 文章编号：1674-9324（2013）46-0093-03
当前中国高等教育面临两个紧迫局面：一个来自“全面建成小康社会”，另一个来自高校人才培养自身。党的十提出的“2020年全面建成小康社会”的发展目标，使得以培养人才、服务社会为己任的高等教育，倍感责任重大，情势急迫。目前，大学本科生已全为“90后”。“90后”在校大学生一方面善于求新求变，不断扩大信息量和知识面，另一方面却更注重实际、利害、功用[1]。如何根据“90后”大学生的特征，将他们培养成为国家急需人才，这是高等教育迫在眉睫的现实课题。
现代先进设计制造技术（CAE/CAM）是我国实现从制造业大国向制造业强国跨越的关键。有限元法作为计算机辅助工程分析（CAE）的先进方法之一，是工程结构设计不可缺少的重要手段。有限元法基于先进的数字模型，通过数值模拟技术能够在产品设计阶段预测产品各方面性能，避免了加工物理样机并通过试验测试产品性能所带来的高成本低效率问题，大大缩短了产品的研发周期和研发费用。在我国实现从制造业大国向制造业强国跨越的趋势下，企业对具备有限元分析能力的毕业生需求越来越大。有限元法课程作为机械、土木等工程本科专业的重要选修课之一，对于培养高素质、高质量的高级专门人才有着重要作用。根据“90后”大学生的求知特征，开展有限元法课程教学改革，是培养和提高学生解决实际问题能力的重要途径，也是实现高等教育人才培养战略必然要求。
一、有限元法课程的教学特点
有限元分析技术涉及数学力学基础、单元技术、计算机应用技术、工程中的应用四个方面。“数力基础+单元技术+软件工具+应用对象”是工程有限元法课程的四个主要特征[2]。有限元法课程的教与学必须抓住“理解基础理论，熟练掌握软件工具应用，广泛涉猎工程应用对象”这一主线。
二、有限元法课程教学中的问题
有限元法的基本思想是离散和分片插值，其理论涉及泛函分析、矩阵理论、数值计算、计算机技术以及各应用领域（结构、热、电、磁、光等）基本理论。有限元教学如果只是一味强调理论分析，就无法使既“求新求变”又“注重实际、利害、功用”的“90后”大学生切实感受到先进方法的魅力，反而因为繁琐的公式推导而对有限元法产生望而生畏的感觉[3]。当前有限元法课程教学的主要问题有两个方面。一方面是，过分强调有限元分析的基础理论教学，却又局限于课程学时少、学生数学力学基础不足而流于形式。学生觉得理论深奥、晦涩难懂，半生不熟，事倍功半。另一方面，实践环节片面地强调对有限元分析软件的掌握，对工程应用对象涉猎不足，上机实验根据指导书按部就班完成，学生缺少自主性、探索性实践锻炼。使学生觉得上手容易，用起来茫然，无法自主完成实际问题的研究、探索性分析过程。
1.对有限元法基础理论理解不透彻。目前有限元法教材及课程教学内容，大多以大量篇幅和课时讲授有限元法和各种单元的力学原理。课堂讲授花费很多时间进行数学力学推导，而用很少时间讲授应用。实践表明，教学效果很差，多数学生感觉深奥难懂，枯燥乏味且不懂应用。
2.对分析对象的工程背景不熟悉。有限元课程教学的最终目标就是引导学生“广泛涉猎工程应用对象”，提高学生对实际问题进行研究、探索性分析的能力。实现这一目标的途径就是做实实践环节。目前有限元课程实践教学环节主要形式有：⑴课堂实例分析演示；⑵上机实验；⑶课外工程实例研究分析。这些实践过程基本都是学生根据指导书完成，缺少自主性、探索性实践锻炼。由于缺少自主性，多数学生对分析对象的工程背景不熟悉。不清楚研究对象模型如何简化，导致分析过程中不能合理的设置参数，对分析中出现的问题找不出原因予以解决或者对分析结果不能做出合理的解释。无法培养和有效提高学生用有限元法分析实际问题能力。
3.对分析软件功能模块应用不熟练。对于复杂的实际问题，很少有学生能够通过直接编程完成对结构的分析过程。利用商业软件进行工程问题有限元分析，“熟练掌握软件工具应用”是目前有限元课程实践教学的基本要求。目前教学实践环节存在的问题是，上机实习题目少，涉及的工程问题较简单，使得学生对软件功能模块的应用不熟练。在遇到实际问题时，不清楚先后步骤；不会合理的设置参数，导致问题不能求解或求解结果不正确。分析解决实际问题的能力受到限制。
三、有限元法课程教学改革实践
教学过程中如何贯彻“理解基础理论，熟练掌握软件工具应用，广泛涉猎工程应用对象”这一主线，是有限元法教学成与败的关键。加强基础理论教学理解性教学，强化实践教学环节，增强学生分析解决工程实际问题的能力是教学改革的大方向。因此，针对目前有限元课程教学中的问题，我们对课程教学内容与教学方法进行了改革。
1.基础理论教学化繁为简，虚实结合。基础理论从平面杆系结构开始，再到弹性体平面问题，把有限元法基本原理和分析过程循序渐进、完整、清晰地讲授出来。简化理论推导过程，提高了学生的理解和接受程度。讲授平面杆系结构有限元分析过程时，以图1所示的简单静定桁架内力分析为例；讲授弹性体平面问题时，以图2所示的两端固定平面深梁为例。用这些实例，把结构离散，单元分析，整体刚度矩阵集成，整体结点平衡方程，位移边界条件应用，有限元最终解等完整的分析过程展现给学生。虚实结合，这一方法有效地提高了学生对基础理论的理解和接受程度。
2.采用案例教学，广泛涉猎分析对象的工程背景。基于ANSYS软件平台，精选机械工程中应用实例，如齿轮、飞轮、主轴等零部件进行课堂有限元分析演示，广泛涉猎分析对象的工程背景，使学生认识到该课程的广阔应用前景。讲授单元类型时，结合具体工程实例来介绍轴对称单元、板壳单元、实体单元等类型单元的应用。讲授单元位移模式和结构分析的h方法与p方法时，结合工程实例分析演示，采用讨论式、启发式的教学方式，让学生从中体会不同分析方法的优缺点。案例教学法，使学生逐步体会到如何将一个工程实际问题转换为有限元求解模型，树立了牢固的工程观。
3.强化实践教学环节，使学生对分析软件“练中学，学中用”。“练中学”。安排16学时的课程上机实习环节，提供8个左右的实际问题有限元分析题目，使学生在上机练习中逐步熟悉和掌握ANSYS软件的功能模块应用。同时，通过这些练习，使学生逐步学会将一个工程实际问题转换为有限元求解模型的技能，初步具备解决实际问题的能力。“学中用”。课程教学的终极目标是使学生学以致用。因此，课程实践环节考核的最有效指标就是学生能否“学中用”。在教学实践环节改革中，我们在上机实习之外增加了课程论文考核环节，同时增大这一自主实践环节的考核权重。课程结束时，教师给出15个左右工程实际问题题目，让学生按小组选题并完成分析过程，提交课程论文。学生也可以自己寻找工程中实际问题作为课程论文题目，藉此可以锻炼学生发现问题、分析解决问题的能力。通过几年教学改革实践，效果显著。学生利用课程论文这个实践环节，熟练、系统地对所学知识和分析软件进行应用。一部分学生结合教师的科研项目，自找题目完成课程论文。例如，有学生自拟“不同筋板结构井盖的有限元分析”题目并以优异成绩完成课程论文；也有学生结合教师科研项目开创性地完成“马铃薯覆膜穴播种机机架有限元分析”课程论文。“学中用”的目标，通过课程论文题目这一实践环节得到充分体现。
通过几年来有限元法课程教学改革实践，本科生对有限元法基础理论理解加深，软件的操作应用熟练掌握。同时，通过课程论文环节的实践锻炼，学生对有限元法有了更深刻的认识，达到了“学中用”的教学目标。通过有限元课程教与学，极大提高了学生的数值计算应用能力，为将来从事CAE相关研究工作打下了坚实的基础。
参考文献：
[1]高文兵.聚焦90后——高校当前的人才培养[N].光明日报，2012-12-5（14）.
[2]向家伟.机械类工程有限元法课程新体系的建设与实践[J].桂林电子科技大学学报，2008，28（2）：150-152.
[3]于亚婷，杜平安.有限元法课程实践教学方法探索[J].实验科学与技术，2008，（2）：108-110.
关键词：超大型平头塔式起重机；平衡臂；优化设计；有限元
中图分类号：TH2文献标识码：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着有限元技术的不断发展，计算机辅助设计在塔式起重机关键组成部件的优化分析设计中得到了广泛应用。计算机辅助设计及有限元分析技术的引进使用，使得塔机产品使用起来更加安全和高效。超大型平头塔式起重机作为塔机发展的方向，其结构复杂，工况多样，仅仅对其进行整体的综合系统设计是不够的，更应该关注其细节结构设计分析，关注计算机优化设计。
本论文选取T3000160超大型平头塔式起重机作为研究对象，利用计算机辅助设计技术对平衡臂结构进行有限元建模分析，使用APDL算法完成平衡臂结构的优化设计，达到降本增效的目的。
2Ansys有限元分析优化设计的有关概念121设计变量设计方案完成后，其中的设计元素可以用一组基本参数数值来表示，这一组参数数值就是所谓的设计变量。
22目标函数
在产品结构设计中，可以利用一些设计指标衡量一项设计方案的好坏，通过把设计指标参数化得到相关函数来表示这些指标，这些相关函数即是优化设计的目标函数。
计算技术与自动化2017年6月第36卷第2期郭纪斌等：基于Ansys的超大型平头塔式起重机平衡臂优化设计23约束性条件
所谓约束性条件是在对与目标函数相关的设计变量进行取值时加入的限制性条件。约束类型按照目标函数中设计变量的不同性质可分为边界性约束和性能性约束。
24合理性设计
所谓合理性设计是指满足设计方案所有给定约束条件（包括设计变量的约束和状态变量的约束）的设计。倘若给定约束条件中的任一条未满足，该设计就被认为是不合理的。而最优设计就是既能满足所有约束条件同时目标函数值又是最小的设计。
3超大型平头塔机平衡臂优化设计的步骤
在Ansys软件中可以用两种方式进行结构优化设计：图形交互式或者数据批处理来完成。在本论文中，选用数据批处理方式来进行平衡臂结构优化设计，以期提高优化设计效率。
由于用户采用优化方式的差异（批处理或GUI方式），Ansys优化设计步骤会有些许差别。本论文中平衡臂优化设计步骤如下：
31分析文件的生成1311参数化建立模型通过Ansys软件/PREP7命令把设计方案中的设计变量参数化建立数据模型的工作完成。对于本论文选定的T3000160超大型平头塔式起重机平衡臂，设计变量是拉杆和臂架弦杆的尺寸，如表1所示。
表1设计变量
设计变量1初值（mm）1变量含义X112001平衡臂下弦杆角钢L200X36的截面长度X21361平衡臂下弦杆角钢L200X36的截面长度X31651平衡臂拉杆圆钢Φ130的半径
312计算求解
Ansys中的求解器主要是对分析类型和分析选项在优化过程中进行定义，并完成载荷的施加，及对载荷步的指定，最后进行有限元分析计算，同时在分析过程中需要的数据都要在计算求解过程中指出。
在本论文平衡臂的优化分析中，solution 部分输入如下：
/SOLU
PREP7，
…
BEAM，P21X，5，PRES，-0.2c-5，…
Acc1，0，10000，0，
AUTO CP，0，0.65*2，
SOLVE，
FINISH。
313提取参数化分析结果
对分析结果进行提取并给相应的参数赋值，这些参数通常情况下包括目标函数和状态变量。完成本步操作使用POST1命令，尤其是与数据的存储、加减或者其他操作相关时，而对数据的提取通常用*GET命令（Utility Menu>Parameters>Get Scalar Data）来完成。
在本论文研究中，设置平衡臂总重量为目标函数。因为重量和体积成比例关系，对产品总体积的减小就相当于总重量的减少，因此把总体积设计为目标函数。在优化研究中，把轴向应力、节点位移设置为状态变量。这些参数的设定可以用下面的方法进行定义：
/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对计算结果优化分析
建立完成分析文件之后，就可以利用计算机进行优化分析。在优化处理器中，这些相关参数的值被假定为一个设计序列，所有参数会在Ansys数据库中被自动设置为设计序列1。
4超大型平头塔机平衡臂优化设计结果
通过10次迭代计算完成对模型参数的优化，目标函数与设计变量的变化如图1―图3所示。
图1设计变量X1优化示意图图2设计变量X2优化示意图图3设计变量X3优化示意图通过上面的优化示意图可以看出，三个设计变量都是平衡臂主结构件的截面尺寸，经过优化计算，截面尺寸都得以减小，而与其相关的目标函数（平衡臂总体积）有总体减小的趋势。
在优化计算时不仅要减少平衡臂体积，同时其结构对强度和刚度的设计要求也要满足，所以本研究增设状态变量1（平衡臂端部位移）和状态变量2（截面危险节点的应力值）为研究对象，其优化过程如图4―图5所示。
图4状态变量1优化示意图图5状态变量2优化示意图从两个状态变量的优化过程可以看出，在经过多次迭代优化后各状态变量值变量均在设定值范围内变化，变化非常小。
目标函数的最优解在Ansys优化设计过程可以自动选出，在本论文中得出的最优解见表2。
由优化计算结果可以看出，平衡臂总质量由18.87吨优化到了17.13吨，p少了1.74吨，减重百分比为9.22%。与初始设计方案相对比，优化后主体结构件截面尺寸减小，从而降低了平衡臂总质量，达到了减轻平衡臂总重量的优化设计目标。通过对优化模型有限元分析结果的检查，其结构刚度、强度均符合设计要求，如表2所示。
本论文选用Ansys一阶优化方法对以平衡臂总质量为目标函数的方案进行计算优化，优化后平衡臂结构强度刚度均在设计允许值范围内。通过定义主要结构件尺寸的优化，平衡臂总重量减少1.74吨，降幅9.22%。
5结论
本论文以T3000160超大型平头塔式起重机平衡臂的优化设计为研究对象，采用现代设计理论和方法，使用主流有限元分析软件Ansys完成对平衡臂结构的优化分析，其过程主要如下。
（1）建立T3000160塔机平衡臂有限元分析模型，选用BEAM188，MASS21等作为模型分析单元，确保有限元模型结构、重量等参数的设置符合实际情况。
（2）各项参数满足设计方案要求。通过优化分析，得到平衡臂主体结构件的最优截面尺寸，同时有限元分析结果表明整体结构强度和刚度满足设计方案需求。
（3）本论文选取T3000160超大型平头塔式起重机的平衡臂进行有限元分析优化设计，为超大型平头塔式起重机平衡臂及其他相关部件结构的强度分析和设计提供一个理论性的支撑，同时提高工程机械设计质量，缩短设计周期，促进优化设计法在起重机设计中的应用。
参考文献
[1]张洪信.ANSYS基础与实例教程[M].北京：机械工业出版社.2013.
[2]周宁. ANSYS APDL高级工程应用实例分析与二次开发[M].北京：中国水利水电出版社. 2007.
[3]起重机设计规范GB/T38112008[S].中华人民共和国质量监督检验检疫总局.2009.
[4]马东辉，赵东.基于ANSYS和MATLAB的结构优化设计[J].制造业自动化.2013.35（10）：106-108.
[5]李新华，张毅，戴琳.塔式起重机起重臂的模糊优化设计[J].机械与电子.2010（9）：92-93.
[6]孙运见，孙乐.基于Jaumin的等参单元算法框架设计[J].计算机辅助工程.2015（1）：63-67.
论文关键词：光碟机,热量,ANSYS,分析
随着机电产品使用时间的增加，通电时间越长必然导致集成芯片发热量增大，其散热问题是一个必须要考虑的问题。如果热量不能以合适的方式及时的散出去，必将影响机电产品的功能。光碟机就是一个比较典型的机电产品，其散热问题的考虑是一个很经典的设计。ANSYS是目前应用比较广泛的有限元分析软件，具有强大的有限元分析功能和人性化的人机交互界面，使用该软件，能够有效地降低分析成本，缩短设计时间[1]。本文通过对这一问题的分析研究，对光碟机的热分析问题进行了深入的分析，采取了合情合理的散热方式，采用有限元分析软件ANSYS9.0对散热垫的散热状况进行散热模拟，并对分析结果进行对比。
1 散热理论
热分析是基于能量守恒原理的热平衡方程[2]：
1．1辐射
辐射是指机体以发射红外线方式来散热，物体发射能量并被其他物体吸收转化为热量能量交换[2]。当皮肤温高于环境温度时，机体的热量以辐射方式散失。辐射散热量与皮肤温、环境温度和机体有效辐射面积等因素有关。在一般情况下，辐射散热量占总散热量的40%。当然，如果环境温度高于皮肤温，机体就会吸收辐射热。
1．2传导
传导就是机体通过传递分子动能的方式散发热量，几个完全接触的物体之间或同一物体不同部分之间由于温度梯度而引起的热量交换[2]。当人体与比皮肤温低的物体（如衣服、床、椅等）直接接触时，热量自身体传给这些物体。临床上，用冰帽、冰袋冷敷等方法给高热病人降温，就是利用这个原理，CPU上的平板式散热片[3]也是利用了传导的原理。
1．3对流
对流就是空气的流动，这是以空气分子为介质的一种散热方式，物体表面与周围环境之间，由于温度差而引起的热量交换[2]。与身体最接近的一层空气被体温加热而上升，周围较冷的空气随之流入。这样，空气不断地对流体热就不断地向空气中散发。对流散热量的大小，取决于皮肤温与环境温度之差和风速。
1．4蒸发
液体汽化需要热量，自人体表面每蒸发1ml水，可带走2.32/kJ热量。当气温高于皮温时，其他几种散热方式都失去作用，蒸发便成为唯一的散热途径。
2 光碟机介绍
2.1 光碟机组成
光碟机组成按结构功能来划分主要有三大部分，一是机芯，二是PCBA，三是承载机构和外壳等，如图1所示:
图1 碟机结构
Fig1. ODD structure
2.2光碟机热量散发系统
散热系统主要有：下盖（BC），散热垫（Heat sink），集成芯片（IC）和PCB四部分相接触的物体组成，如图2所示：
图2 散热系统
Fig2. Heat dissipating system
3 热传导散热分析
ANSYS的热分析是基于能量守恒原理的热平衡方程，通过有限元法计算各节点的温度分布，并由次导出其他热物理量参数[2]。电子元器件功率的不断提升导致了更多热量的产生[3]，因而散热显的极为重要[4]。本例中采用稳态分析，参数设定：自然对流条件(10W/m2.K)，热源设定6W(12V*0.5A)，光碟机內部环境温度设定为42℃，光碟机器外部环境温度设定为30℃。各零件的热传导系数如表1：
表 1
零件缩写
热传导系数k(W/m.K)
BC
18.5
Heat sink
3.2
IC
50
PCB
0.36
4 分析结果
经过上述设置后，可得到散热垫的温度场分布图，如图3所示：从图中可看出，使用该散热垫后最高温度可达165.92℃。
图3 温度场分布
Fig3.Temperature field distribute
5 结束语
ANSYS不仅能用于常规工程结构问题的静态或动态有限元分析，还能在诸如流体力学，热力学（温度场）、电磁场等方面进行有限元的模拟与计算[5]。一个成熟的热设计可以为为我们带来一个可靠的产品,同时也为我们的使用创造舒适性[6]。本例中通过对散热垫模拟现场情况的分析，得出散热垫的温度场分布，进而可比较不同散热垫带来的不同散热效果,选择合适的散热垫来散热，为碟机的散热设计提供了有力的数据支撑。同时也值得其它需要散热的产品设计者借鉴学习。
参考文献：
[1]郝兆明．基于ANSYS组合模具过盈配合有限元分析[J]. 机械工程师,2008(5)
[2]王建江，胡仁喜，刘英林．结构与热力学有限元分析[M]．机械工业出版社,2008(3)
[3]张远波.CPU散热片结构优化设计[J].华中科技大学学报.2008年第4期
[4] 卢中林．电子产品的散热设计［J］．可靠性分析与研究(集成电路与元器件卷)，2004，（12）
[5]Saeed Moaveni．ANSYS理论与应用[M]．电子工业出版社,2003(6)
论文关键词：方钢管混凝土柱,长细比,有限元
1 引言
方钢管混凝土的研究开展的较晚，各方面的理论还不够成熟和完善，以往的研究主要集中在试验研究上，本文采用有限元分析对方钢管混凝土柱的设计和施工提出合理建议，克服试验的不足。考虑到钢管混凝土是由钢管和混凝土两种不同材料所组成，混凝土和钢管之间有相对滑移，引入一种能反映钢管和混凝土两者间界面性能的单元----粘结单元，它能比较真实地反映方钢管混凝土柱的受力性能。
2 有限元模型的建立
本文模拟框架结构中间层的中柱，截取了方钢管混凝土柱从梁顶面到柱反弯点处的部分为研究对象。为了深入分析钢管混凝土柱的受力性能，充分考虑我国有关规范的规定，依据常见的工程实例设计了4个试件，采用大型商用有限元软件ANSYS对其受力性能进行了非线性有限元模拟。
2.1模型的几何尺寸
为了研究长细比对方钢管混凝土柱的受力性能影响，以BASE试件为基础，设计了ZG系列试件，详细尺寸见表1。
表1 试件尺寸明细表
试件名称
柱宽度
（mm）
柱高度
（mm）
管壁厚度（mm）
混凝土强
度等级
轴压比
钢 材
牌 号
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
【关键词】湿法脱硫；有限元；无支撑钢梁
前言
随着国家SO2排放标准的严格控制及国内脱硫市场的发展，石灰石―石膏湿法喷淋脱硫作为一种脱硫效率较高、运行稳定可靠的脱硫技术得到了广泛的应用。在火电厂大型机组烟气脱硫装置中，吸收塔是整个装置的关键部分，喷淋塔是湿法脱硫吸收塔的主流塔形，对作为该塔重要组成部分的喷淋管道进行结构安全分析及优化设计具有重要的应用价值[1][2]。
石灰石湿法脱硫工艺的喷淋管道布置复杂，周边环境恶劣，如何保证喷淋塔在运行期间的安全是设计中要考虑的首要问题[3]。叶献国、赵书锋等[4]利用NASTRAN结构分析软件建立了烟气脱硫吸收塔的三维有限元分析模型，计算了该结构的固有动力特性。侯庆伟，钟毅等人也利用有限元数值分析软件对脱硫系统结构进行过分析与优化方向的尝试[5][6]。
本文通过采用国际通用的大型结构分析有限元软件ABAQUS对吸收塔内径为9500mm的平顶山电厂2×200MW机组石灰石湿法脱硫喷淋系统进行刚度和强度校核，进而对其进行结构优化，提高喷淋系统的安全系数，降低生产成本。
2 有限元模型的建立
2.1 几何模型与材料参数
依据常规有支撑钢梁设计，建立吸收塔内径为9500mm喷淋系统的几何模型，如图1所示。在此基础上赋予各个构件的材料属性：管道为FRP材料，支撑梁为Q235号钢，用于支撑的支座为FRP材料。
图1 平顶山喷淋系统三维模型（含支撑钢梁）
2.2 连接、边界条件与载荷
根据喷淋系统工作的环境：设定喷淋管道内侧浆液的温度60℃，管道外侧烟气温度180℃，浆液的传热系数（近似成水）为15000W/m2 ℃，烟气侧传热系数86为 W/m2 ℃。温度的选取为系统运行时周围环境的最高温度，传热系数为类似文献中的取值[7]。
根据喷淋系统的在施工过程中的工艺性质（采用胶粘），在有限元模型中支撑梁与管道之间是采用绑定（tie）约束。
喷淋系统的位移边界条件按如下方式定义：在管道或者梁与吸收塔内壁连接处，采用固定所有方向的位移，在对称面上施加对称结构的约束。
施加的主要载荷有：1）结构重力（包括喷嘴重力），2）浆液重力，3）管道浆液压力。施加在管道内部压力0.1MPa。由于管道中充满了浆液，不能忽略，故将浆液的重力等效成压力载荷施加在圆形管道下半部分的内表面，管壁内各点的压力符合以下关系： 。 其中ylocal表示在局部坐标系沿着重力方向的坐标值。为浆液的密度，g为重力加速度。
3 平顶山喷淋系统的有限元优化结果与讨论
3.1 平顶山喷淋系统无支撑梁分析
图2为吸收塔内径9500mm喷淋系统（无支撑）位移分布云图，最大位移值为20.28mm，大于规范计算得到的最大允许位移19mm，结构刚度不符合标准。图3中管道里应力的最低安全系数为4.867与由规范[8]得到的安全系数值8.5相比偏小，不符合强度设计要求。
图2 平顶山喷淋系统（无支撑）的位移场（变形放大50倍）（单位：mm）
图3 平顶山喷淋系统（无支撑）的安全系数
根据上述的计算得到的变形图可以看出，喷淋层在取消支撑钢梁后，整个系统的薄弱部位在主管道直径较小的一端，结构的整体刚度也较小。
3.2 平顶山喷淋系统无支撑钢梁方案设计
为取消系统支撑钢梁，必须增加系统薄弱部分的刚度，因此，增大细小端的管径，将主管道两端使用相同直径的管，且整个结构是关于中心支管对称，建立有限元模型，如图4所示。
图4 优化设计后的平顶山喷淋系统（无支撑）模型
3.3 优化后的平顶山无支撑喷淋系统分析
对上述结构进行有限元分析，得到其在自身重力作用下产生的位移及应力安全系数云图，如图5～6所示。
图5 优化后的平顶山无支撑喷淋系统位移云图
（变形放大50倍）（单位：mm）
图6 优化后的平顶山无支撑喷淋系统应力安全系数云图
通过计算可以发现，最大位移为10.78mm，将屈服接近度换算成安全系数得最低的安全系数约为8.5，与规范[8]基本相同，结构的刚度、强度均符合规范要求。
4 结论
采用有限元分析软件ABAQUS对平顶山电厂2 ×200MW机组石灰石湿法脱硫喷淋系统进行了结构分析，综合考虑温度及重力的影响，通过数值计算得到如下结论：基于ABAQUS软件的有限元分析方法有利于脱硫塔喷淋层结构的精准设计。采用该方法进行优化设计后不仅可以取消喷淋层的支撑钢梁，节约建设成本，适应国内运行方式；而且喷淋系统整体的强度、刚度均符合规范要求，喷淋系统安全、可靠。
参考文献：
[1]刘锦，高炳军，赵慧磊.脱硫塔的强度和稳定性有限元分析[J].辽宁工程技术大学学报，2008.
[2]赵书锋，张霞.脱硫吸收塔动力特性三维数值模拟分析[J].平顶山工学院学报，2008.
[3]秦福初，王厚林，刘艳荣.脱硫吸收塔喷淋系统的结构优化分析[J].中国资源综合利用，2013（7）.
[4]叶献国，赵书锋，钟维军.基于NASTRAN分析的脱硫吸收塔动力特性及地震反应[J].特种结构，2008（1）.
[5]侯庆伟，李永臣，高善彬.基于 ANSYS的脱硫烟道结构有限元分析[J].电力环境保护，2007（4）.
[6]钟毅，高翔，王惠挺.等.基于CFD技术的湿法烟气脱硫系统性能优化[J].中国电机工程学报，2008（32）.
[7]林永明.大型石灰石―石膏湿法喷淋脱硫技术研究及工程应用[D].浙江大学博士学位论文，2006.
论文写作当中引用的观点资料和数据是可以找到的，是方便读者查阅的，也就是说提供的文献资料是真实可靠的，参考文献的写作也是论文作者对文献作者的尊重。以下是学术参考网的小编整理的关于汽车轮胎论文参考文献，供大家参考阅读。
汽车轮胎论文参考文献：
[1]张宏林.浅析汽车的保养与维护[J].科技资讯，2011，（04）：175
[2]周相钢.浅议汽车轮胎的保养及使用[J].科技与企业，2013，（05）：249
[3]吴沛桦.试论汽车轮胎的保养与维护[J].公路与汽运，2011，（06）：27-29
[4] 庄继德.汽车轮胎学[M].北京：北京理工大学出版社，1996.
[5] 谷叶水，石琴.子午线轮胎模态分析的有限元方法[J].安徽：合肥工业大学学报，2005.
[6] 安登峰，张建，王国林，等.全钢载重子午线轮胎模态的有限元分析[J].轮胎工业，2008.
[7] 刘长国.全钢载重子午线轮胎稳态力学特性有限元分析[D].吉林大学，2006.
汽车轮胎论文参考文献：
[1]何杰.基于道路友好性的汽车主动悬架LQG最优控制方法[J].武汉理工大学学报（交通科学与工程版），2013，15（05）：989-993.
[2]冯传荣.由交通事故引发对汽车检测维修质量的深思[J].汽车维修与保养，2013，24（12）：100-101.
[3]王力.浅析汽车制动性能检测数据的准确性与一致性[J].汽车维护与修理，2014，34（04）：66-67.
[4]张荣贵，许炳照.基于车轮发射器模块的轮胎气压监测系统[J].机电技术，2013（06）.
[5]吕凤军.基于无线传输机理的轮胎监测系统的研究[J].现代电子技术，2012（09）.
[6]于凌云，战仁军.汽车轮胎压力监测系统的发展动态[J].道路交通与安全，2009（02）.
汽车轮胎论文参考文献：
[1]王吉忠.轮胎与路面之间的摩擦和附着[J].轮胎工业，2002(2).
[2]高延龄.汽车运用工程[M].北京：人民交通出版社，1999.
[3]庄继德.汽车轮胎学[M].北京：北京理工大学出版社，1996.
[4]赵雪竹，周芳华.车辆轮胎的使用保养[J].农机使用与维修，2007(4).
[5]祈文华.汽车轮胎早期磨损的原因分析[J].汽车科技，2006(2).
关键词：火灾下，托梁转换，温度场，有限元分析
中图分类号：TU37文献标识码：A文章编号：
一、引言
钢筋混凝土托梁转换结构被广泛应用于剪力墙结构、框架-剪力墙结构和框架结构等结构形式中。随着城市进程的发展，作为主要灾害之一的火灾威胁已变得越来越大，在钢筋混凝土结构抗火性能方面的研究仅限于梁、板、柱等简单构件在火灾下的受力和变形问题，更多的把重点放在一般结构耐火等级方面，对钢筋混凝土结构特别是托梁转换结构则涉足不够。因此，针对钢筋混凝土托梁转换结构，开展其火灾行为和耐火性能的研究显得十分必要。
二、有限元分析模型
1、托梁转换框架模型
该框架为四层框架结构，其中底层设置转换梁而形成大空间。一层层高6米，以上各层为4米；跨度6.6米。材料为钢筋混凝土，混凝土采用C30，钢筋采用HRB400。利用PKPM对其进行了配筋。
2、火灾曲线
本文采用国际标准化组织（ISO834）建议的结构构件抗火试验曲线[1]进行分析，公式见下式。
3、火灾工况设计
本文主要考察托换梁的温度场分布，文献[2]认为框架结构在局部火灾条件下进行结构的抗火分析时，可只考虑着火房间的温度升高，其他房间按常温考虑。
本研究受火工况为底层大空间单室火灾，柱设计为三面受火，受火区上部梁为三面受火。
4、火灾下的材料性能
混凝土热工的热工性能参数主要有热传导系数、比热容、热膨胀系数和质量密度
，均采用欧洲规范EC4[3]建议的公式。
三、有限元分析及结果
通过ABAQUS有限元软件对托梁转换结构框架模型底层大空间受火进行非线性分析，将托梁截面内设计了5个测点，在托梁纵向设计了3个测点，其温度随时间的变化曲线如图1。
在升温的前期，由于混凝土还没有受热滞后性，所有曲线在升温前期0-25min都有一个较短的平直段.25min开始，各测点随时间大致呈线性增长直至分析结束，温度达到400-500℃。曲线5-7为托梁纵向同一截面高度的3个测点，从图中可以看出，3条曲线在整个受火过程时间段内几乎重合，这说明：温度场沿着托梁纵向变化不大，因此，在进行局部火灾条件下整体结构的抗
图1 托梁温度-时间曲线
火分析时，对着火房间的构件可采用沿轴向均匀分布的截面温度场，这与简支梁受火时温度场分布规律是一致的。
火灾发生后，由于混凝土受热膨胀，越接近外表面升温速度越快。曲线1为托梁下部最靠近外截面的测点，从图上可以看出从25min后升温速度急剧增加，是各测点升温最快的，以至于表面的温度梯度也大，达到的温度为520℃左右。其他曲线在75min之前是大致重合的，这是由于温度滞后性，75min之后各曲线能够较清晰分别出，离外部最近的4测点，升温速率最快，相应的在这一区域的温度梯度也就最大，达到的温度为400℃左右。对应的离外部最远的7测点，升温速度最慢，相应的温度梯度最低，达到的温度为350℃左右。其余各测点达到的最高温在350-400℃左右。这说明：离外部最远点升温最慢，达到的温度也最低。离外部最近点升温最快，达到的温度最高。温度梯度越靠近外部越大，越靠近截面内部越小。
四、结论
通过ABAQUS有限元软件对托梁转换结构框架模型底层大空间受火进行非线性分析：
升温过程中，混凝土受热的滞后时间约为25min左右。
温度场沿着托梁纵向变化不大，因此，在进行局部火灾条件下整体结构的抗火分析时，对着火房间的构件可采用沿轴向均匀分布的截面温度场，这与简支梁受火时温度场分布规律是一致的。
离外部最远点升温最慢，达到的温度也最低。离外部最近点升温最快，达到的温度最高。温度梯度越靠近外部越大，越靠近截面内部越小。
参考文献：
[1]International Standard ISO834,Frie-Resistance Tests Elements of Building Consrection,Amendment 1,Amendment2,1980.
【关键词】宽肢异形柱框架；砌块墙组合结构；开洞墙体；抗震性能；非线性有限元分析
1.引言
随着人们生活水平的不断提高，10多层的小高层住宅得到大多数人的青睐。然而，依据规范来讲，异形柱框架结构已经不能满足要求；剪力墙结构由于其自身的两大缺陷（刚度过大；配筋主要是构造筋）也无法满足要求；短肢剪力墙虽然克服了剪力墙自身两大缺陷并且有利于空间布置，但是若要应用在高层建筑中，规范[1]中明确指出，当短肢剪力墙较多时，必须布置为筒体，这样能形成短肢剪力墙与筒体共同抵抗水平力的剪力墙结构，也就是说，这样的建筑中不允许采用全部是短肢剪力墙结构。综上所述，如若能将短肢剪力墙和混凝土小型砌块墙二者相结合，适当提高肢高肢厚比并考虑填充墙与异形柱框架共同工作，形成宽肢异形柱-混凝土砌块组合结构。
宽肢异形柱框架-混凝土小型砌块墙组合结构在施工时，采取先砌墙后浇注混凝土框架梁柱，考虑砌块填充墙与异形柱框架共同工作，适当提高异形柱肢高肢厚比（墙截面各肢的肢高肢厚比在4左右），沿小型砌块墙砌体高度方向，利用U形砌块设置若干道横向构造圈梁，以约束砌块砌体，从而形成宽肢异形柱-混凝土砌块组合结构。
2.开洞钢筋混凝土宽肢异形柱框架-砌块组合墙结构的有限元分析
2.1 模型材料参数设置
本文在不作试验的前提下，与已有的试验[2]进行对比分析。计算模型共计两榀，其中一榀选取单层单跨宽肢异形柱-砌块墙组合结构，采用T形截面异形柱，砌块墙内开洞（以下简称F-1）；另一榀砌块墙内不开洞（以下简称F-2），二者都与实际尺寸几何比例为1：2，框架梁截面为100x300mm，门的尺寸为1050x600mm，砌块墙尺寸为2500x 1500mm，模型形状、尺寸如图2-1所示。
图2-1计算模型尺寸图 单位mm
本文有限元模型设计中，框架梁柱采用Solid65三维空间实体单元，砌块墙采用Solid45单元，钢筋采用Pipe20单元。其中，Solid45单元实常数采用ANSYS默认值，钢筋为双线性随动硬化材料。
2.2有限元模型建立
实体建模采用ANSYS软件，之后须进行网格划分。网格的大小、形状会直接影响受力分析的结果。本文对异形柱框架梁和砌块墙划分网格时都采用六面体单元，钢筋用两节点梁单元，假设钢筋和混凝土粘结良好，采用组合方式，不考虑钢筋和混凝土之间的滑移。
2.3有限元模型加载设置
在实际砌块建筑墙体中，主要是承受材料自重、楼面活荷载等垂直荷载以及地震、风等水平荷载，因此在非线性有限元分析加载时，模型下端为固定端，在柱顶两端施加500kN的垂直荷载，并在整个过程中保持不变，直到试件破坏；水平荷载分为若干个子步进行，施加在柱顶，非线性求解采用牛顿-拉普森法。
3.有限元计算结果分析
3.1有限元模型破坏形态
对T形宽肢异形柱框架-砌块墙结构来说，施加水平荷载至开裂前，框架处于弹性状态，应力云图几乎没有变化，当水平荷载加至106kN时，砌块墙左上角出现应力集中，砌块墙则在右侧上端出现较大应力，水平位移为1.01mm。如图3-1（a）所示。
随着水平荷载的不断增加，应力集中区域沿着砌块墙斜向约450角逐渐向门柱扩展，当荷载达到273kN时，集中区域已经发展到门柱左下角，位移继续增大为4.45mm。如图3-1（b）所示。
当水平荷载为326kN时，砌块墙左侧应力区域扩大的同时水平方向也出现应力集中区域，此时，门柱左下角应力变大，并且右上角逐渐出现应力集中，墙体右侧底端应力明显，这时位移达到11.82mm。如图3-1（c）所示。
当水平荷载循环加至277kN时，水平方向应力区继续扩大，门柱四角与墙体四角同时出现应力集中，450斜裂缝贯通墙体左侧一部分区域，此时水平位移为19.83mm，如图3-1（d）所示。
图3-1（a）
图3-1（b）
图3-1（c）
图3-1（d）
图3-2（a）-图4-8（d）则给出了有限元模型F-2的砌块墙应力云图（注：模型F-2水平荷载加载点选择在右边）。
图3-2（a）
图3-2（b）
图3-2（c）
图3-2（d）
3.2模型承载力分析
通过两个模型应力云图可知，非线性有限元分析结果与试验[2]现象在开裂点、屈服点、极限荷载点及破坏点变化情况几乎一致，说明有限元已经很好的模拟了试验现象。计算中，倘若荷载-位移曲线中出现明显的拐点或水平位移增大时，对应的荷载就是开裂荷载；而当水平位移快速增大时，荷载几乎保持不变，这时对应的荷载为极限荷载（即最大荷载）。图3-3给出有限元模型计算结果与试验结果的荷载-位移曲线对比图。
对比开门洞模型F-1和不开门洞模型F-2，我们可以看出，开门洞墙体模型（即F-1）的初裂荷载和极限荷载均低于不开门洞模型（即F-2），开裂荷载低于2.8%，屈服荷载低于5.5%，极限荷载低于6.1%，破坏荷载低于5.4%，说明门洞对墙体有显著的削弱作用。
比较二者位移来说，开裂荷载位移都很小，约1mm左右，这说明砌块墙体在水平侧移很小的情况下就会出现裂缝，随着荷载的增大，位移侧移幅度增大很快，这说明引起墙体开裂的主要因素是水平侧移过大造成的。
3.3刚度退化分析
试件刚度计算公式为：
（3-1）
其中， 为水平荷载； 为水平位移。为了能更好的比较出带砌块墙框架的刚度，这里将与本模型同尺寸的纯框架结构进行比较，三种模型的刚度计算结果见表3-3所示。
表3-3 模型刚度计算结果
模型编号 刚度计算结果
模型F-1（开洞） 104.95 27.58 13.97
模型F-2（无洞） 73.65 14.71 10.28
纯框架 27.33 10.96 9.12
由上表可以看出，模型F-1、F-2相对于纯框架的开裂刚度分别提高了3.84倍和2.69倍；极限刚度提高了2.52倍和1.34倍；破坏刚度提高了1.53倍和1.12倍。从开裂到最大荷载阶段，带砌块墙的异形柱框架明显高于纯框架结构，而破坏时刚度相差值较小，表明模型F-1和F-2刚度退化速度较快。图3-5给出了从弹性阶段直到破坏整个过程中刚度与位移角的曲线变化图。
图3-5 有限元模型刚度与位移角
曲线变化图
4.结论及建议
本篇论文采用理论分析，通过利用ANSYS11.0软件，模拟了单层钢筋混凝土宽肢异形柱框架-砌块组合墙开洞与无洞两种结构的破坏全过程，最后得出以下几点结论：
（1）由宽肢异形柱框架与混凝土砌块墙组成的结构，具有很好的协同工作性能；
（2）在开裂点、屈服点、极限荷载点及破坏荷载点四种状态下可以看出，有限元计算荷载与试验现象相差不大，但位移出现较大差值，主要是由于有限元建模未考虑墙体间的缝隙所造成的；
（3）通过有限元分析的应力云图可知，模型从开裂到破环的顺序是先砌块墙，后梁柱，在实际工程中可将砌块墙作为抗震第一道防线；
（4）带墙体框架承载能远高于纯框架结构，但墙体开洞会对整体结构刚度及承载力造成明显的影响，洞口面积越大，相应砌块墙刚度退化越快，从而导致整体结构承载力越低，因此在实际应用中，可将框架与墙体相连之处或是洞口边缘进行加固处理，来提高结构的整体承载力；
本文所建立模型仅仅对比了开洞与无洞，没有考虑其他变化因素，倘若开洞墙体结构加入构造柱会对结果产生什么影响等；宽肢异形柱框架-砌块墙组合结构的非线性有限元分析还有待提高和完善，并没有一套自身体系，尤其是砌体结构分析，大多理论还是依赖于钢筋混凝土有限元的成果。
参考文献：
