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一、生態(tài)旅游概念的衍變與真正內涵
生態(tài)旅游是針對旅游業(yè)對環(huán)境的影響而生產和倡導的一種全新的旅游業(yè)。1988年，生態(tài)旅游的定義是：生態(tài)旅游作為常規(guī)旅游的一種特殊形式，游客在觀賞和游覽古今文化遺產的同時，置身于相對古樸、原始的自然區(qū)域，盡情考察和享樂旖旎風光和野生動植物。這時期生態(tài)旅游的概念是指一種旅游業(yè)中的“復歸自然”、“返樸歸真”的觀念。1993年，國際生態(tài)旅游協(xié)會把生態(tài)旅游定義為：具有保護自然環(huán)境和維護人民生活雙重責任的旅游活動。生態(tài)旅游的內涵更強調的是對自然景觀的保護，是可持續(xù)發(fā)展的旅游。生態(tài)旅游不應以犧牲環(huán)境為代價，而應與自然和諧，并且必須使當代人享受旅游的自然景觀與人文景觀的機會與后代人相平等，即不能以當代人享受和犧牲旅游資源為代價，剝奪后代人本應合理地享有同等旅游資源的機會。真正的生態(tài)旅游是一種學習自然、保護自然的高層次的旅游活動和教育活動，單純的盈利活動是與生態(tài)旅游背道而弛的。同時，生態(tài)旅游也是一項科技含量很高的綠色產業(yè)，需要生態(tài)學家、經濟學家和社會學家的多學科論證，方能投產。
二、生態(tài)旅游資源的分類
按照生態(tài)旅游資源的屬性，可以把生態(tài)旅游資源分為自然生態(tài)旅游資源、人文生態(tài)旅游資源和保護生態(tài)旅游資源三大類。(如表1)
三、我國生態(tài)旅游資源開發(fā)的現(xiàn)狀
母庸置疑，我國擁有豐富的生態(tài)旅游資源。截至2005年底，我國已建立起各類自然保護區(qū)2194個(列為國家級的243個)，被正式批準加入世界生物圈保護區(qū)的有26個。各類森林公園1900多處，其中國家森林公園627處。這些保護區(qū)和森林公園集中了我國自然生態(tài)系統(tǒng)和自然景觀中最精華的區(qū)域，是生態(tài)旅游的理想處所。一些自然保護區(qū)已經成為帶動當?shù)芈糜螛I(yè)發(fā)展的“龍頭”。但人們那種“旅游業(yè)是無煙工業(yè)”的觀念還較流行，生態(tài)旅游的發(fā)展大多還停留在初級階段，強調到大自然中旅游，強調對旅游資源的開發(fā)而忽視了旅游本身對環(huán)境的影響和資源的破壞。實際上，我國旅游業(yè)的發(fā)展已經給環(huán)境帶來較嚴重的污染，具體表現(xiàn)在以下幾個方面：
1.旅游資源的粗放開發(fā)和盲目利用。許多地區(qū)的政府有關部門在開發(fā)旅游資源時，缺乏深入的調查研究和全面的科學論證、評估與規(guī)劃，便匆忙開發(fā)。特別是新旅游區(qū)的開發(fā)，開發(fā)者急功近利，在缺少必要論證與總體規(guī)劃的條件下，便盲目地進行探索式、粗放式的開發(fā)，造成許多不可再生的貴重旅游資源的損害與浪費。
2.風景區(qū)生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)失調。近10多年來，景區(qū)的人工化、商業(yè)化、城市化使我國風景名勝區(qū)，包括已列入“世界遺產名錄”的一些自然風景區(qū)，已越來越受到建設性的破壞，由于在景區(qū)內開山炸石，更有一些建筑毀景障景，導致自然和人文景觀極不協(xié)調，破壞了景觀的整體性、統(tǒng)一性。以索道為例，世界各國在作為國家公園的名山上修建索道都是嚴格控制的，其中美國、日本是明令禁止的。日本富士山海拔3776米，公路只修到2000多米，游人再多，也是自己一步步登上去的。
3.風景名勝區(qū)環(huán)境污染嚴重。據(jù)旅游風景區(qū)提供的監(jiān)測資料顯示，這里的水土、大氣都有程度不同的污染。噪音、煙塵都超過了規(guī)定的標準，大氣中含有的有害物質及酸雨等情況比較普遍。
上述可見，在發(fā)展旅游與保護環(huán)境之間存在著相互矛盾的關系。那種把生態(tài)消費擺在首位，不惜以生態(tài)資源的消耗為代價來獲取利潤的作法，必須引起高度重視，走出生態(tài)旅游的認識誤區(qū)已經成為我國旅游業(yè)開展生態(tài)旅游首先應解決的問題。
四、生態(tài)旅游資源的開發(fā)原則
旅游資源開發(fā)作為一項經濟活動，只有按照旅游經濟活動的規(guī)律進行，才有可能獲得成功。為此，生態(tài)旅游的開發(fā)遵循一定的科學原則就顯得尤為重要。
1.永續(xù)利用原則?！坝览m(xù)利用”是時代的產物，它是一種使人類在開發(fā)旅游資源時不但顧及到當代人的經濟需要，而且還顧及到不對后代人進一步需要構成威脅和危害的發(fā)展策略。盡管它不意味著為后代和將來提供一切，造就一切，但它卻通過對經濟效益、社會效益、生態(tài)效益三者的協(xié)調，使當代人用最小的代價獲取最大的旅游資源利用，造福子孫后代。
2.保護性開發(fā)原則。針對生態(tài)旅游資源的開發(fā)而言，開發(fā)和保護的關系應體現(xiàn)的總的原則是：開發(fā)應服從保護，在保護的前提下進行開發(fā)。資源得到妥善保護，開發(fā)才能得到收益；開發(fā)取得收益，反過來可促進保護工作。但是，一旦開發(fā)與保護出現(xiàn)矛盾，保護對開發(fā)擁有絕對否決權。
3.特色性原則。旅游資源貴在稀有，其質量在很大程度上取決于它與眾不同的獨特程度，即特色。有特色，才有吸引力；有特色，才有競爭力。特色是旅游資源的靈魂。
4.協(xié)調性原則。生態(tài)旅游資源開發(fā)必須與整個生態(tài)區(qū)的環(huán)境相協(xié)調，既有利于突出各旅游資源的特色，又可以構成集聚旅游資源的整體美，使游客觀后感到舒適、自然。
5.經濟效益、社會效益和環(huán)境效益相統(tǒng)一的原則。市場經濟就是追求效益最大化，生態(tài)旅游作為旅游的一種形式，也追求效益最大化，但這個效益不僅是指經濟效益，還包括社會效益和生態(tài)效益，三者必須高度地協(xié)調統(tǒng)一。而當三者出現(xiàn)矛盾時，以生態(tài)效益和社會效益高于一切為指導原則，即經濟效益必須從屬于上述兩種效益。
五、生態(tài)旅游資源的開發(fā)措施
生態(tài)旅游資源要開發(fā)、要持續(xù)發(fā)展，應是一種不以犧牲環(huán)境為代價，與自然環(huán)境相和諧的旅游，必須把握適度的開發(fā)速度，控制接待人數(shù)，增強環(huán)境意識，否則，游客太多會對目的地的環(huán)境造成過大的壓力。破壞了生態(tài)旅游賴以生存的環(huán)境，生態(tài)旅游也就不可能持續(xù)發(fā)展。其主要開發(fā)措施如下：
1.加強森林公園建設，保護森林資源。森林公園是在社會文明的發(fā)展中形成的一個相對獨立的生態(tài)經濟系統(tǒng)，是以人類、生物和環(huán)境的協(xié)同發(fā)展為原則，以自然資源的持續(xù)利用和生態(tài)環(huán)境的改善為宗旨，它們所追求的目標是：既滿足當代人的生活需求，且自身得到發(fā)展，又要保護生態(tài)環(huán)境，不對后人的發(fā)展構成危害。這就為在此基礎上開展各項生態(tài)旅游活動提供了一個理想的區(qū)域環(huán)境。1982年，我國建立了第一個森林公園——張家界國家森林公園，她以神奇的地貌和優(yōu)美的環(huán)境向世人一展森林公園的風姿，為中國的生態(tài)旅游開創(chuàng)了一個成功的范例。截至2005年底，全國已建立不同類型、不同層次的森林公園1900多處，年吸引游客達2億多人次。隨著森林公園旅游人數(shù)的增加，旅游活動與生態(tài)環(huán)境的保護必然產生矛盾，引起諸如土壤、植被、水質和野生動植物的環(huán)境問題。另外我國森林公園大都是在國有林場的基礎上建立和發(fā)展起來的，因經營方式的轉變，這就帶來了一個更新觀念和提高對森林價值和生態(tài)環(huán)境的再認識問題。因此，有效地保護生態(tài)環(huán)境、加強森林公園建設是保證生態(tài)旅游資源得以正確開發(fā)的一項重要措施。
2.統(tǒng)一規(guī)化、有序開發(fā)。做好旅游開發(fā)規(guī)劃，貫徹資源和環(huán)境保護的思想，這不僅是使開發(fā)取得成功的保障，也是預防資源和環(huán)境遭到破壞的重要措施。因此，在編制旅游區(qū)總體規(guī)劃時，必須對旅游區(qū)的地質資源、生物資源和涉及到環(huán)境質量的各類資源進行認真的調查，采取積極措施，消除或減少污染源，加強對環(huán)境質量的監(jiān)測。從生態(tài)角度嚴格控制服務設施的規(guī)模、數(shù)量、色彩、用料、造型和風格，提倡以自然景觀為主，就地取材，依景就勢，體現(xiàn)自然之美，對那些高投入、高污染、高消費等刺激經濟增長的項目堅決制止。經濟開發(fā)可以在風景區(qū)以外的廣大土地上進行。在現(xiàn)有的生態(tài)技術、資金條件以及人們的環(huán)保意識還達不到維護生態(tài)平衡要求的情況下，必須將寶貴的生態(tài)資源留給子孫后代，而不是開發(fā)殆盡。另外，在旅游區(qū)的環(huán)境容量未確定之前，必須控制旅游業(yè)的發(fā)展速度。對一些重點保護的景區(qū)，必須防止太多的游人進入，即使是一般旅游區(qū)，也應嚴格控制超容量吸引游人。因為，環(huán)境容量是有限的，破壞容易修復難，一旦旅游超過了環(huán)境容量，造成了巨大的環(huán)境破壞，再來治理就十分困難，甚至是不可能的。
3.增強環(huán)保意識，強化法制觀念。鑒于旅游作為一種產業(yè)對環(huán)境的特殊影響和累計性的破壞，生態(tài)旅游一定要加強環(huán)境立法和管理。如：對生態(tài)保護區(qū)的開發(fā)，要根據(jù)環(huán)境法律，規(guī)定哪些部分嚴禁開發(fā)，哪些部分可以開發(fā)，哪些地區(qū)禁止帶火種，禁止狩獵和毀壞林木等。
六、生態(tài)旅游資源開發(fā)應注意的問題
1.保護生態(tài)資源，改善生態(tài)環(huán)境。在開發(fā)中我們必須清醒地認識到，環(huán)保工作必須長抓不懈，不能掉以輕心。如果生態(tài)環(huán)境遭到破壞，不僅生態(tài)環(huán)境質量會嚴重下降，使生態(tài)旅游無法開展，而且將會嚴重制約社會經濟的可持續(xù)發(fā)展。所以，當務之急是保護好現(xiàn)有的生態(tài)資源，堅決制止對生態(tài)環(huán)境的破壞。同時，加大植樹、種花、種草力度，盡快提高森林和綠地的覆蓋率，力爭城市的整體綠化水平有較大的提高。
2.編制生態(tài)旅游資源開發(fā)規(guī)劃。生態(tài)旅游資源的開發(fā)必須規(guī)劃。應對應有的生態(tài)旅游資源進行詳細的調查研究，建立從可行性論證——開發(fā)規(guī)劃——監(jiān)督管理的科學可行的開發(fā)程序，堅決反對“一哄而上”的無規(guī)劃的開發(fā)。應建立各市政府直接領導下的生態(tài)旅游資源開發(fā)協(xié)調小組，編制具有指導意義的高起點、高標準、高水平的各市生態(tài)旅游發(fā)展規(guī)劃，以指導和協(xié)調生態(tài)旅游資源開發(fā)工作，制止生態(tài)旅游資源開發(fā)中的不良行為。
3.制定法規(guī)，加強科學管理。生態(tài)旅游會不會對生態(tài)環(huán)境產生負面影響，是弊大還是利大，這并不取決于是否開發(fā)旅游，而是取決于在這一過程中實現(xiàn)了科學管理，而科學管理的基礎在于完善的法制。因此開發(fā)生態(tài)旅游必須有切實可行的法規(guī)作保障，并加強對生態(tài)旅游區(qū)的科學管理，做到“以法興游”、“以法治游”，杜絕一切破壞環(huán)境資源的現(xiàn)象。
4.突出生態(tài)旅游產品的地域特色和文化內涵。我們應多吸收國內外發(fā)展生態(tài)旅游的先進經驗，并結合各個地方的實際情況，立足本地資源和歷史文化優(yōu)勢，大力開發(fā)獨具特色的生態(tài)旅游產品。一是要突出特色，二是豐富生態(tài)旅游產品的文化內涵。以此建立新型的生態(tài)旅游市場體系，推動我國生態(tài)旅游的發(fā)展。
5.提高參與性，改變單一的觀光結構。在21世紀中，休閑度假將取代觀光旅游成為旅游的主體。而讓游客能親自參與和親身體驗是休閑度假產品風靡世界的最直接原因。在考慮旅游與生態(tài)的關系時，僅僅關注如何將生態(tài)資源利用于旅游事業(yè)是不夠的，還應該掌握生態(tài)旅游者的消費心理和興趣傾向，在提供優(yōu)美的生態(tài)環(huán)境的同時，建立起使生態(tài)旅游者能夠參與的新型觀光結構，延長其逗留時間。
6.完善逗留設施，提高服務水平。生態(tài)旅游作為一種旅游產品，旅游接待設施和服務都是不可忽視的開發(fā)內容。必須創(chuàng)造出可供游客逗留的環(huán)境，這既包括硬件設施，也包括軟件方面的服務和管理，兩者缺一不可。必須全方位地開發(fā)食、住、行、游、購、娛六大要素互相配合的項目，進行綜合性的開發(fā)。
7.加強生態(tài)旅游研究和人才的培養(yǎng)。生態(tài)旅游是一種新興的特殊旅游方式，需要高素質的專業(yè)管理人才和服務人才。應利用旅游院校、培訓班、專題講座、學術會議等各種形式及請進人才、派出學習等辦法培養(yǎng)一大批生態(tài)旅游方面的專業(yè)人才，加強對生態(tài)旅游理論和規(guī)劃方面的研究，為實現(xiàn)旅游可持續(xù)發(fā)展提供人才保障。
參考文獻：
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中圖分類號：U211.5
1. 引言
鐵路作為重要交通工具，其安全性十分重要。輪軌磨耗和接觸疲勞問題越來越嚴重，直接影響鐵路發(fā)展，這些問題的解決都必須以輪軌接觸的研究為基礎。輪軌接觸屬于狀態(tài)非線性問題，輪軌接觸時的應力應變云圖可幫我們分析軌道及車輪進行安全性和可靠性。通過大型有限元軟件可得到應力應變云圖，故本文基于ANSYS軟件，對輪軌接觸進行了有限元模擬，得到其等效應力及等效塑性應變云圖，并分析了不同摩擦系數(shù)對接觸當中的最大等效應力及最大等效塑性應變的影響。
2. 問題描述
輪軌接觸的三維實體模型如圖1（a）所示，可將其簡化為平面應變問題，其截面如圖1（b）所示。
輪軌的材料性質如下：
鐵軌：E=2.13e5MPa v=0.3 σy=483MPa TG=22.7MPa
輪：E=2.01e5MPa v=0.3 σy=550MPa σb=900 Max Strain=8%
加載及約束方式為：頂面加載壓力載荷50MPa，底面約束所有自由度；在無橫向擠壓情況下，車輪左面約束X方向，擠壓力取2.5MPa。取摩擦系數(shù)=0.2。
3 結果分析
運算結束后對應力圖和塑性應變圖分析發(fā)現(xiàn)接觸面中點產生了較大的應力，但最大等效應力出現(xiàn)在軌道腹板的右上側，大小為486.422MPa，最大等效塑性應變同樣產生于此，大小為0.369×10-3。
4 拓展分析
4.1 探究倒圓角對計算結果的影響
對腹板與翼緣夾角處倒圓角，并保持載荷及約束不變，得到輪軌的等效應力和等效
塑性應變圖。由圖可知，等效應力和塑性應變最大值出現(xiàn)的位置并無太大的改變，最大等效應稍微增加，但等效塑性應變明顯下降，結果比較如表1所示
4.2 探究存在橫向擠壓作用時的應力應變分布云圖
對軌道腹板與翼緣夾角處倒圓角，并對車輪右面施加大小為2.5MPa的橫向壓力，然后再求解。在附加大小為2.5MPa的橫向擠壓力情況下，輪軌的最大等效應力達到502.137MPa，最大等效塑性應變達到0.004136，與沒有橫向擠壓相比較，最大等效應力稍微增加，最大等效塑性應變明顯增加，如表2所示
4.3 探究不同摩擦系數(shù)對計算結果的影響
在倒圓角及存在橫行擠壓力的基礎上，探究摩擦系數(shù)對應力應變云圖分布的影響以及對其最大值的影響，依次取=0.05、0.1、0.15、0.2、0.25、0.3，分別得到各自的等效應力和等效塑性應變云圖。對于不同摩擦系數(shù)，得到不同的應力應變最大值，見表3
分別將最大von-Mises等效應力和最大等效塑性應變隨摩擦系數(shù)的變化關系用曲線表示。
由曲線可知，輪軌接觸問題中，在0.05～0.3的范圍內，隨著摩擦系數(shù)的變大，最大von-Mises等效應力和最大等效塑性應變皆減小。
5. 結語
1.引言
隨著城市化進程和產業(yè)升級的不斷推進，在城市建設和企業(yè)技術改造中，經常要開展煙囪、水塔等廢棄高聳建筑物的控制性拆除爆破工作。拆除爆破既要達到預定拆除目的，又必須有效控制爆破振動影響、飛石拋擲距離和破壞范圍等，以保障周圍環(huán)境安全[1]。目前，國內外已廣泛應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210米[2]。
本文基于彈塑性力學和有限元基本理論，針對一150m高聳鋼筋混凝土結構煙囪定向爆破拆除工程，對該煙囪爆破拆除的力學條件、煙囪爆破傾覆時間、煙囪爆破傾覆時的支座內力以及煙囪爆破傾覆時的本構關系進行研究，并采用有限元分析軟件ANSYS/LS-DYNA，通過分離式共節(jié)點建模，建立高聳鋼筋混凝土煙囪有限元模型，對煙囪爆破拆除過程進行了有限元模擬。
2.爆破拆除方案
煙囪爆破拆除的原理是在煙囪傾倒一側的煙囪支承筒壁底部炸開一個爆破缺口，破壞煙囪結構穩(wěn)定性，導致整個結構失穩(wěn)和重心外移，使煙囪在自重作用下形成傾覆力矩，進而使煙囪按預定方向傾倒。若煙囪爆破缺口長度過短，上部結構產生的傾覆力矩可能小于下部支撐結構可以承受的彎矩，爆破時結構不易發(fā)生破壞；若煙囪爆破缺口尺寸過長，下部支撐結構不能承受上部結構的自重，上部結構將直接壓塌下部結構，影響煙囪倒塌方向，產生嚴重后果。因此煙囪爆破缺口尺寸對煙囪控制爆破拆除至關重要。
某電廠一個150m高度的鋼筋混凝土結構煙囪，煙囪底部壁厚400mm，外徑為5.83m、內徑為5.43m；110m高度處煙囪璧厚為180mm，外徑為3.68m、內徑為3.5m；煙囪頂部壁厚200mm，外徑為2.905m、內徑為2.705m；煙囪體積為1299.87m3，質量為3.37966×106Kg，煙囪自重為33121KN。圖1為該電廠150m高度的鋼筋混凝土煙囪。
在爆破缺口中部長度7.5m范圍內，采用137發(fā)瞬發(fā)導爆管雷管，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設了1個高1.46m、長4m的三角形作為定向窗。
3.煙囪爆破傾覆時間歷程
煙囪爆破傾覆時間是煙囪爆破過程控制的一個重要因素，煙囪爆破傾覆時間可由煙囪傾覆過程的角加速度ε與煙囪傾覆過程的角速度求得，即：
在公式（1）中，dt為煙囪爆破傾覆時間。針對論文中150m高度的鋼筋混凝土結構煙囪，其爆破傾覆時間為：
4.煙囪爆破拆除過程有限元模擬
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)點有限元建模，可事先分別計算混凝土和鋼筋的單元剛度矩陣，然后統(tǒng)一集成到結構整體剛度矩陣中，可按實際配筋劃分單元，并可在鋼筋混凝土之間嵌入粘結單元。因此，論文針對該150m高度鋼筋混凝土結構煙囪，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。
建模過程時，為模擬煙囪傾覆過程，通過在特定時間定義爆破缺口處材料失效的方法來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單面接觸，鋼筋與地面之間采用點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)境下可通過在K文件中加入使材料失效的命令流來模擬爆破形成缺口，并可修改K文件使煙囪筒體和缺口處的材料具有失效準則功能。
4.2數(shù)值模擬結果
圖4為煙囪爆破傾覆歷程數(shù)值模擬結果，圖5為實際煙囪爆破傾覆歷程圖，圖6和圖7為有限元計算得到的煙囪頂部、質心及缺口等不同部位在爆破傾覆過程中的位移、運動速度隨時間的變化曲線，圖8為有限元計算得到的煙囪爆破傾覆歷程不同時刻的煙囪等效應力場分布圖。
由圖4和圖5可知，煙囪爆破傾覆歷程數(shù)值模擬結果與實際煙囪爆破傾覆過程吻合較好。由圖6和圖7可知，計算得到的煙囪頂部、質心及缺口等不同部位在爆破傾覆過程中的位移、運動速度隨時間的變化情況較符合實際。圖7中煙囪頂部、質心及缺口部位在爆破傾覆過程中的運動速度隨時間變化出現(xiàn)振動是因為爆破傾覆初期煙囪筒體出現(xiàn)晃動，圖7中煙囪頂部、質心及缺口部位運動速度在5.8秒出現(xiàn)突變是因為煙囪爆破傾覆過程中爆破缺口發(fā)生閉合，圖7中煙囪頂部、質心及缺口部位運動速度在5.8秒出現(xiàn)躍變是因為煙囪爆破傾覆觸地造成的。
5.結論
（1）采用數(shù)值模擬方法對煙囪爆破拆除過程進行模擬分析，可較全面地研究煙囪傾覆歷程、煙囪傾覆歷程的應力、位移、煙囪傾覆時間和速度、煙囪爆破傾覆時的支座內力等，可開展煙囪模擬爆破拆除實驗，以指導煙囪爆破拆除設計。
（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程，采用分離式共節(jié)點有限元建模方法建模，實際煙囪傾覆歷程、傾覆方位、傾覆長度與有限元數(shù)值模擬結果吻合較好。
（3）論文提出的煙囪爆破傾覆歷程的本構關系符合實際；論文采用的材料塑性隨動硬化模型以及可Cowper-Symonds材料應變率模型可較好地反應煙囪爆破傾覆過程的鋼筋及混凝土材料力學性能。
（4）數(shù)值模擬結果與理論計算結果存在一定差別的主要原因是理論計算所采用的模型沒有考慮煙囪爆破過程形成的塑性鉸對煙囪傾覆運動的影響作用。數(shù)值模擬結果與實際煙囪爆破傾覆過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)與實際煙囪爆破傾覆過程材料力學性能存在偏差。
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驅動橋橋殼作為裝載機的主要傳力件和承載件，使用頻繁，故障率較高，其生產質量和性能直接影響到車輛的整體性能和有效使用壽命。疲勞斷裂是機械部件的主要破壞和失效形式之一[1]。因此橋殼必須具有足夠的強度、剛度和良好的動態(tài)特性。合理地設計橋殼也是提高汽車平順性和舒適性的重要措施。由于還必須保證車輛在加速、緊急制動和各種不同路面條件下的正常工作，所以橋殼是車輛上工作環(huán)境最惡劣的部件。本文應用ANSYS Workbench有限元分析軟件對驅動橋殼工作過程中的疲勞壽命進行分析，計算橋殼的最大和最小疲勞破壞位置，以此來確定橋殼是否能滿足實際工作中的要求。
1.驅動橋殼有限元模型的建立及計算
1.1驅動橋殼的參數(shù)
有限元分析采用三維實體模型[2]，ZL50裝載機型的驅動橋為研究對象。驅動橋殼材料為[3]橋殼體ZG270-500、輪邊支撐軸40Cr、連接板16Mn。其參數(shù)分別如下：彈性模量E=175GPa ，泊松比μ=0.3，密度ρ=7840kg/m3，屈服極限σs=270MPa，抗拉極限σb=500MPa；彈性模量E=207GPa ，泊松比μ=0.277，密度ρ=7870kg/m3，屈服極限σs=785MPa，抗拉極限σb=980MPa；彈性模量E=212GPa ，泊松比μ=0.31，密度ρ=7850kg/m3，屈服極限σs=345MPa，抗拉極限σb=660MPa。
1.2單元選擇及網格劃分
驅動橋殼采用solid186單元，該單元是一個高階3維20節(jié)點固體結構單元，SOLID186具有二次位移模式可以更好的模擬不規(guī)則的網單元通過20個節(jié)點來定義，每個節(jié)點有3個沿著xyz方向平移的自由度。Solid186可以具有任意的空間各向異性，單元支持塑性，超彈性，蠕變，應力鋼化，大變形和大應變能力。在建立完幾何模型后，通過網格劃分工具定義線的單元尺寸，進行映射網格劃分。有限元分析后劃分完網格模型共有90968個單元和186026個節(jié)點。
1.3邊界條件及加載
驅動橋殼受到的主要是彎曲變形，選擇左右兩側輪邊支撐軸上的軸承處作X、Y和Z方向的約束，在彈簧座四個表面處添加Z軸負方向的受力載荷。本文研究約束驅動橋殼的輪邊支撐軸的軸承位置處，在板簧座處施加2.5倍額定載荷下的力。
2.計算結果
3.結果分析
通過驅動橋殼疲勞壽命分布云圖可得：驅動橋殼壽命的變化范圍為4.7882e7次～1e8次，最低疲勞壽命值為4.7882e7次，在輪邊支撐軸的臺階處，但均滿足符合橋殼疲勞壽命高于80萬次的國家標準。因為需要滿足80萬次的國家標準[4]，在求解安全系數(shù)結果Safety Factor時，設置設計壽命Detail life為8e5，因此通過安全系數(shù)結果得出，驅動橋殼最小安全系數(shù)為1.7051，大于1，滿足設計要求。
4.結論
用ANSYS Workbench有限元分析得到的驅動橋殼在2.5倍額定載荷下的受力下的疲勞壽命分析的情況，提供驅動橋殼的疲勞壽命云圖， 可以在設計階段提前判斷出驅動橋殼的應力集中的地方，并且通過對設計的修改，避免出現(xiàn)不合理的應力分布。因此， 使用有限元分析方法，能夠減少實際中檢測驅動橋殼的時間和成本，縮短產品的開發(fā)周期， 而且提高驅動橋殼的設計水平， 確保驅動橋殼的使用壽命。
參考文獻：
[1]徐灝.疲勞強度[M].北京：高等教育出版社，1998：1-9.
幼兒教育是基礎教育的基礎，是孩子一生中受教育最重要的階段。近幾年，隨著縣域經濟的發(fā)展步伐加快，家長對下一代的早期教育意識進一步增強，越來越多的家長選擇讓孩子盡早走進幼兒園，接受系統(tǒng)、正規(guī)的幼兒教育。近些年隨著全國教育扶貧工作的深入開展，農村幼兒教育有所發(fā)展，但發(fā)展現(xiàn)狀仍不能滿足幼兒入園需要。
一、農村幼兒園的現(xiàn)狀
目前，農村幼兒園15%還是土瓦房，教室昏暗、潮濕，室外活動空間狹小，周邊環(huán)境差，安全管理難度大，基本上沒有設置任何安全防護裝置，存在不少安全隱患。教學用具簡單，80%教室只有幾張桌子、幾把椅子、一塊黑板、一盒粉筆；90%以上的幼兒園缺少最起碼的衛(wèi)生設施，玩、教具和大型戶外游戲器械及幼兒讀物。大多數(shù)鄉(xiāng)幼兒園只有小皮球、呼啦圈等一些價格比較低的玩具，在一些村級幼兒園小孩子的玩具就是泥沙、石塊、樹枝，各種活動難以開展。教師待遇大多在400—700元之間學前教育論文，沒有養(yǎng)老和醫(yī)療保險。教師構成比例大專生只占1.8%，幼師文化占30.7%（其中受正規(guī)幼師教育占14.7%），初中文化占40%，其它的占27.5%。96%以上的學校的教學內容不同程度“小學化”。
二、原因分析
（一）地方缺少相應的扶持農村幼兒教育發(fā)展政策
雖然2003年國務院辦公廳在轉發(fā)教育部等部門（單位）《關于幼兒教育改革與發(fā)展指導意見的通知》指出鄉(xiāng)（鎮(zhèn)）人民政府承擔發(fā)展農村幼兒教育的責任，負責舉辦鄉(xiāng)（鎮(zhèn)）中心幼兒園，籌措經費，改善辦園條件。但受地方經濟落后的影響，鄉(xiāng)（鎮(zhèn)）人民政府一直無承擔辦好幼兒園的能力，也未形成相應的政策，造成了農村幼兒園一直被邊緣化，得不到發(fā)展。
（二）幼兒教師素質普遍不高，教師隊伍不穩(wěn)定
從整體來看，農村幼兒教師的素質普遍偏低。在農村幼兒教師中，大專以上學歷的比例很小，受到正規(guī)師范教育的特別是受到幼師培訓的老師人數(shù)不多，有相當大一批初中學歷和其他人員加入進來，這些教師的幼兒教育知識、技能和能力相對不足，不能以正常的幼兒教育方式去教育孩子，不會組織幼兒開展能培養(yǎng)幼兒動手、動口、動腦的活動，不會引導孩子開展各種戶外游戲、不會用合理的方法去處理幼兒之間的矛盾，經常用“懲罰”、“恐嚇”、“批評”等方式對待孩子。造成這一現(xiàn)象原因之一是農村幼兒園生源少，收入不高，教師福利待遇低，不能吸引人才，不能激發(fā)其積極性。有的把這當成第二職業(yè)，只當每月貼補家用，分散了精力。二是農村幼兒教師和公辦老師相比，沒有名分、沒有提高培訓機會、沒有前途，影響到教師隊伍的穩(wěn)定。
（三）幼兒教育“小學化”現(xiàn)象嚴重。
隨著幼兒園體制改革的逐步深入，更多的農村幼兒園走向市場，面臨著嚴峻的生存挑戰(zhàn)，好的方面是能夠進一步激發(fā)幼教工作者的激情，提高自身的綜合素質。壞的方面是為了爭取到更多的生源，不得不在很大程度上對家長的要求妥協(xié)，投其所好，以游戲為基本活動在農村園還遠未得到落實。嚴重超出了幼兒的年齡負荷。主要表現(xiàn)在：第一，上課時間長。多數(shù)農村幼兒園每節(jié)課長達45分鐘，周上課時間和小學生差不多學前教育論文，戶外活動時間被大量擠占。第二，以學習為主，強調幼兒知識的學習，以學多少字、背多少詩、數(shù)多少數(shù)為評判標準，而忽視了幼兒智力開發(fā)、興趣培養(yǎng)、品格形成。第三，過分強調紀律常規(guī)，嚴格約束幼兒的行動。由于教育內容脫離幼兒生活實際，忽視幼兒興趣需要和年齡特點，因而不能調動幼兒內在的學習積極性，不利于幼兒的終身學習和身心健康和諧發(fā)展。
三、思考與對策
（一）加強領導，保證幼兒教育改革與發(fā)展的順利進行。
地方人民政府要提高對發(fā)展幼兒教育的認識，加強對幼兒教育工作的領導，把幼兒教育工作納入本地經濟、社會發(fā)展的總體規(guī)劃，加強幼兒教育的科研工作，認真研究解決幼兒教育改革和發(fā)展中的熱點、難點問題，并制定相應的政策和措施，把幼兒教育工作作為考核地方人民政府教育工作的重要內容。將幼兒園列入國家事業(yè)單位編制管理。地方政府要確保教師工資的預算和足額發(fā)放。幼兒生活費、保育費通過收費渠道解決。建立幼兒教育督導制度，堅持督政與督學相結合。制定地方幼兒教育工作督導評估標準，把幼兒教育事業(yè)發(fā)展、幼兒教育質量、幼兒教育經費投入與籌措、幼兒教師待遇等列入政府教育督導內容，積極開展對幼兒教育熱點、難點問題的專項督導檢查。
（二）多方籌集資金，加快基礎設施建設。
地方政府每年劃撥專項資金，主要用于對農村邊遠山區(qū)條件比較差的農村幼兒園進行修繕、改建，逐步建立以鄉(xiāng)幼兒園為主體，村幼兒園為輔的幼兒校區(qū)。鑒于民間資本有“小”而“分散”的特點，無法成片推進?？沙浞掷眠B鎖加盟方式門檻低，資源利用高，利益分享穩(wěn)定等優(yōu)點，積極推進連鎖加盟幼兒園。研究制定合理的方案，打消害怕投資風險大、沒有回報的顧慮，吸引有投資能力也有投資想法的民間資本積極建設幼兒校區(qū)。積極對外宣傳當前農村幼兒園現(xiàn)狀，讓社會共同關注。同時，要大力發(fā)展地方經濟，改善辦學條件。充分利用農村現(xiàn)有資?矗大Φ髡產業(yè)結構，幫助農民致富。加快培訓基地建設，豐富培訓內容，提升農村勞動λ刂剩內消外化實施勞務輸出學前教育論文，增加勞務收入?
（三）加強幼兒教師培訓工作，實施“幼兒教師穩(wěn)定工程”。
關鍵詞：輪胎壓路機 后輪驅動裝置 結構設計 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.
（①福州出入境檢驗檢疫局，福州 350001；②福建江夏學院，福州 350108）
（①Fuzhou Entry-Exit Inspection & Quarantine Bureau of PRC，F(xiàn)uzhou 350001，China；
②Fujian Jiangxia University，F(xiàn)uzhou 350108，China）
摘要： 針對現(xiàn)有微耕機結構強度分析存在的計算精度低、建模難度大、效率低等問題，提出基于參數(shù)化實體建模和自動化有限元建模與分析的微耕機結構強度快速分析方法，基于二次開發(fā)技術構建了微耕機主要零部件結構三維實體模型快速重建模塊和自動化微耕機主要零部件結構有限元建模模塊，實現(xiàn)了微耕機結構強度快速分析與結果自動提取，并通過實例分析驗證了該方法的可行性和有效性。
Abstract： In allusion to the deficiencies existing in current structural strength analysis of miniature farming machine such as low calculation accuracy， difficulty in structure modeling and low efficiency and so on， rapid strength analysis method for miniature farming machine structure based on parametric solid modeling and automatic finite element modeling and analyzing is presented. Then the 3D entity rapid modeling module and automatic of main miniature farming machine structure is build. And the automatic analysis executing as well as result extraction is realized. Thus， the feasibility and the effectiveness of the method is verified by a actually case.
關鍵詞 ： 微耕機；主要零部件；結構；有限元分析；快速
Key words： miniature farming machine；main components；structure；finite element analysis；rapid
中圖分類號：S222文獻標識碼：A文章編號：1006-4311（2015）25-0069-03
基金項目：福建檢驗檢疫局2013年度科技計劃項目，項目編號：FK2013-09。
作者簡介：林偉斌（1964-），男，福建福州人，處長，工程師，研究方向為機電設備檢驗。
0 引言
微耕機具有體積小、重量輕，便于用戶使用和存放等優(yōu)點，在水旱田整地、田園管理及設施農業(yè)等多種農業(yè)作業(yè)中得到了廣泛應用。但國內對微耕機的研究起步較晚，設計技術和檢測依然相對落后。微耕機結構分析是開展微耕機結構設計和結構檢測的必經環(huán)節(jié)之一。
目前，國內微耕機的結構設計主要采用傳統(tǒng)的類比設計方法，在靜力學與運動學理論指導下，依據(jù)經驗公式、圖表、手冊等資料，憑借設計者的經驗選擇設計參數(shù)，再經過反復修改與分析直至結構滿足強度、剛度要求。這種設計方法費工費時，在分析結構強度和剛度時往往進行結構簡化，不僅導致設計的產品結構笨重，成本高，而且容易忽略難以考慮的，重要的，甚至必要的因素，甚至形成“人為”的應力集中點，不符合實際動態(tài)情況。計算機技術和有限元分析技術的發(fā)展給微耕機結構強度分析與檢測開辟了新途徑，國內外學者在結構強度分析方面都取得了可喜的成果，但依然存在許多不足，主要表現(xiàn)在：①目前微耕機結構強度分析與檢驗絕大多數(shù)環(huán)節(jié)由人工或半自動完成[1-2]，檢驗過程繁瑣、耗時長、成本高；②計算機輔助工程技術的發(fā)展為實現(xiàn)結構快速分析提供了途徑，作為主流結構分析軟件之一，ANSYS在多個領域都得到了廣泛應用，但直接在ANSYS仿真環(huán)境中建立微耕機結構實體模型具有建模難度高、過程復雜、耗時長問題[3-4]；③現(xiàn)有研究中，在建立微耕機結構有限元模型方面主要采用手工操作的方式進行，不僅對操作者技術水平要求高，而且存在建模效率低、操作強度大等缺點，特別是在批量分析或優(yōu)化設計求解時，這種操作方式的缺陷尤為突出[5-6]。
綜合上述分析，研究微耕機結構強度快速分析方法，構建微耕機主要零部件的快速、自動化三維建模策略，探討微耕機主要零部件模型的高效、高質量網格劃分策略，實現(xiàn)微耕機主要零部件結構強度自動化快速分析和結果提取，減輕操作人員工作強度、縮短建模時間，提高分析效率，具有重大理論與現(xiàn)實意義。
1 微耕機結構強度快速分析機制
為提高微耕機結構強度求解精度，采用ANSYS有限元分析工具求解微耕機結構強度響應。ANSYS有限元分析環(huán)境具有強大的有限元分析計算能力，能夠進行復雜結構靜、動態(tài)結構強度、剛度分析。但ANSYS軟件的三維實體建模能力較低，直接在ANSYS環(huán)境中構建復雜微耕機結構具有操作難度大、效率低的缺點。為提高微耕機結構建模效率，利用ANSYS有限元分析環(huán)境與Pro/Engineer三維實體環(huán)境間的無縫接口，利用Pro/Engineer實體建模環(huán)境實現(xiàn)微耕機結構實體建模，實現(xiàn)充分發(fā)揮ANSYS有限元分析能力和Pro/Engineer實體建模能力的目標。此外，Pro/Engineer的參數(shù)化建模技術和Pro/Toolkit二次開發(fā)工具箱，為實現(xiàn)高效微耕機結構實體建模提供的技術條件。
綜合上述分析，針對現(xiàn)有微耕機結構強度分析建模難度大，操作繁瑣，求解精度低等問題，構建微耕機結構強度快速分析機制如圖1所示。數(shù)據(jù)組織模塊負責組織、管理微耕機結構強度分析過程中所需的及產生的相關數(shù)據(jù)。用戶通過用戶接口與數(shù)據(jù)組織模塊進行數(shù)據(jù)交換，實現(xiàn)對分析過程中控制參數(shù)的設定和結果數(shù)據(jù)的讀取。微耕機結構強度分析過程主要包括微耕機結構參數(shù)及工況設定、創(chuàng)建微耕機結構三維模型、創(chuàng)建微耕機結構有限元模型、微耕機結構有限元分析、分析結果提取等5個基本模塊。微耕機結構參數(shù)集工況設定主要實現(xiàn)對微耕機結構參數(shù)、有限元分析計算工況等初始條件的設定。初始條件設定后，數(shù)據(jù)組織模塊根據(jù)設定的初始參數(shù)，基于參數(shù)化實體建模技術和Pro/Toolkit二次開發(fā)技術，在Pro/Engineer環(huán)境中快速重生成微耕機結構三維實體模型。之后，數(shù)據(jù)組織模塊調用ANSYS有限元環(huán)境，通過無縫數(shù)據(jù)接口導入Pro/Engineer環(huán)境中生成的微耕機結構三維實體模型，進行單元類型設定、網格劃分、邊界加載等操作創(chuàng)建微耕機結構有限元分析模型，進而執(zhí)行有限元分析計算、提取計算結果并將結果通過用戶接口呈現(xiàn)為用戶。
2 微耕機結構三維實體快速建模策略
目前，利用Pro/Toolkit二次開發(fā)工具箱實現(xiàn)參數(shù)化創(chuàng)建三維實體模型主要有以下2種方法：①調用幾何特征創(chuàng)建函數(shù)建立三維模型；②基于參數(shù)化設計的模型樣板建立三維模型。調用幾何特征創(chuàng)建函數(shù)建立三維模型屬于自底向上建模方法，柔性大，能夠適應各種結構的參數(shù)化建模，但建模效率較低。基于參數(shù)化設計的模型樣板建立三維模型屬于自頂向下建模，建模效率高，且實現(xiàn)簡單，但柔性較低，只能適應具有特定結構特征的實體模型。
基于參數(shù)化設計的模型樣板建立三維模型的原理是通過基于Pro/Toolkit二次開發(fā)的應用程序控制修改模型樣板的參數(shù)值，從而生成新的三維模型，其基本流程如圖2所示。用戶通過人機界面的對話框輸入微耕機各零部件結構參數(shù)，系統(tǒng)判斷當前是否已經啟動Pro/Engineer環(huán)境，若還未啟動則直接啟動Pro/Engineer環(huán)境，并進行工作目錄設置、載入結構模型樣板、初始化參數(shù)環(huán)境等操作，進而根據(jù)用戶設置的參數(shù)值修改模型樣板的相應參數(shù)值，并在重生成模型后刷新屏幕，調整視圖，為用戶直觀展現(xiàn)給定參數(shù)下模型效果，從而判斷是否保存模型及退出Pro/Engineer環(huán)境。若選擇保存模型，則同時保存實體模型值prt文件和實體參數(shù)至同名txt文件。
基于上述流程，在Visual Studio 2008開發(fā)環(huán)境下構建微耕機主要零部件結構三維實體快速建模模塊。如圖3和圖4所示分別為某型號微耕機牽引架總成建模界面及三維模型。
3 微耕機結構高效有限元建模與分析
有限元模型是進行有限元分析的前提。有限元建模的任務是將實際問題或設計方案抽象為能為數(shù)值計算提供所有輸入數(shù)據(jù)的有限元模型，其過程主要包括實體建模、網格劃分、邊界加載等3個過程。在有限元建模的三個階段中，網格劃分是關鍵環(huán)節(jié)之一，它對計算過程和計算結果有著重要的影響。
有限元網格劃分對模型的細節(jié)提出了很多很高的要求，計算機也制約了模型的規(guī)模，簡化模型是有限元建模最重要的一步。在創(chuàng)建實體模型時必須對實際模型進行簡化，根據(jù)經驗忽略螺紋孔、小半徑倒角等不必要的細節(jié)。此外，網格的疏密也影響著模型的計算速度和計算精度。一般情況而言，計算變形量時，網格可以疏一些，而對應力計算，網格應當密一些。為避免網格大小劃分不當對計算結果造成太大誤差，采用如圖5所示網格劃分策略。程序開始時，用戶設定初始網格大小、計算誤差極限等初始條件，程序自動根據(jù)設定網格大小進行網格劃分和有限元計算，若前后兩次計算誤差不在接受范圍內，則將網格大小縮小一半，重新進行網格劃分和有限元分析計算，直到前后兩次分析計算結果誤差滿足誤差極限要求，則上一次網格的規(guī)格作為有限元建模時依據(jù)的網格規(guī)格?；谏鲜鲇邢拊獎澐植呗裕瑯嫿宋⒏麢C主要零部件結構網格自動劃分模塊。如圖6所示為某型號微耕機牽引架總成網格模型。
網格劃分完成后，利用APDL命令流，能夠實現(xiàn)自動加載結構有限元分析計算邊界條件，并執(zhí)行有限元分析計算和計算結果提取。針對某型號微耕機牽引架總成，采用微耕機結構有限元分析模塊對其進行三維實體建模、有限元建模、有限元分析計算及結果提取后，得到該結構的應力分布圖和綜合位移變形圖如圖7所示。從圖中可知，該牽引架總成結構最大應力值為174.547MPa，最大變形量為1.041mm。計算結果不僅表明了該結構滿足微耕機正常工作的結構強度要求和剛度要求，也驗證微耕機結構有限元分析模塊的可行性和有效性。
4 小結
①針對現(xiàn)有微耕機結構強度分析存在的計算精度低、建模難度大、效率低等問題，期初了基于參數(shù)化實體建模和自動化有限元建模與分析微耕機結構強度快速分析機制，綜合發(fā)揮Pro/Engineer強大的實體建模能力和ANSYS強大的有限元分析計算能力。②基于Pro/Toolkit二次開發(fā)工具箱，提出了微耕機結構三維實體快速建模策略，實現(xiàn)了微耕機主要零部件結構的快速三維實體建模。③基于Pro/Engineer和ANSYS的無縫數(shù)據(jù)接口和ANSYS的Batch工作模式，構建了微耕機結構高效有限元建模與分析策略，實現(xiàn)了自動化微耕機結構網格劃分，邊界加載，結構強度分析計算和結果提取等操作，并提供了交互友好的人機界面，從而驗證了微耕機結構強度快速分析方法的可行性和有效性。
參考文獻：
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一、引言
鋼管結構因其優(yōu)越的綜合性能，得以廣泛應用于公共建筑尤其是大跨度建筑中。鋼管節(jié)點的設計是鋼管結構設計中的關鍵環(huán)節(jié)。相貫節(jié)點又稱直接焊接節(jié)點，是鋼管節(jié)點最常見的形式之一。在其節(jié)點處，在同一軸線上的兩個較粗的相鄰桿件貫通，其余桿件通過端部相貫線加工后直接焊接在貫通桿件的外表；非貫通桿件在節(jié)點部位可能存在間隙或相互搭接。其中在節(jié)點處貫通的鋼管通常稱為主管或弦桿，其余則稱為支管或腹桿。相貫線切割曾被視為是難度很高的制造工藝，但現(xiàn)在廣泛采用的計算機數(shù)控加工技術，已使其變得非常簡單。相貫節(jié)點具有許多方面的優(yōu)越性：外觀簡潔明快，構造簡單，無附加零件，可節(jié)省鋼材，且易于維護保養(yǎng)。因此，近年來相貫節(jié)點的應用已相當普遍。
根據(jù)各桿件軸線是否處于同一平面，相貫節(jié)點可以分為平面節(jié)點和空間節(jié)點兩大類；其中，平面節(jié)點的研究是空間節(jié)點研究的基礎。按幾何型式分類，工程中較多遇到的平面節(jié)點有：T型或Y型、X型、K型（包括間隙型和搭接型）、平面YK或KT型、平面KK型等。
對于T型、X型和K型間隙節(jié)點的破壞模式，已有較為充分的研究；對于此類節(jié)點，主管塑性破壞是最重要的一種破壞模式，《鋼結構設計規(guī)范》（GB50017-2003）中的節(jié)點承載力計算公式也以此破壞模式為理論基礎。K型搭接節(jié)點的受力機理與這幾類節(jié)點有很大差異，對其破壞模式的研究尚不夠深入。本文以大量的節(jié)點有限元分析結果為基礎，對K型搭接節(jié)點的破壞模式及其分布規(guī)律進行了研究，旨在為此類節(jié)點破壞機理的認識和承載力公式的研究提供基礎。
二、K型搭接節(jié)點的破壞模式分類
對于一般的相貫節(jié)點，主管管壁塑性破壞是一種常見的節(jié)點破壞模式；但K型搭接節(jié)點很難發(fā)生單純的主管管壁塑性破壞。這是因為，由于兩支管相互搭接，彼此有互相牽制的作用，主管壁的凹陷變形必然伴隨著一定程度的支管局部變形。文獻[1]中的有限元分析結果也證實了這一點。
對于承受平衡軸力的搭接節(jié)點，一部分荷載經由兩支管間的搭接焊縫直接傳遞而不經過主管，這種傳力上的特點使得受壓支管局部屈曲破壞（Brace Local Buckling，簡稱BLB）的破壞模式在搭接節(jié)點的破壞模式中占有相當比例。
不考慮焊縫的破壞，K型搭接節(jié)點的破壞模式可分為以下幾類：
1、桿件破壞（Member Failure，簡稱MF）模式，以桿件軸向達到全截面屈服為標志，包括支管桿件破壞（Brace Member Failure，簡稱BMF），以及主管桿件破壞（Chord Member Failure，簡稱CMF）。這種破壞模式下，節(jié)點區(qū)實際未發(fā)生破壞，實現(xiàn)了“強節(jié)點弱構件”。
2、支管局部屈曲（BLB）破壞模式。此種破壞模式下，塑性變形主要集中于支管根部。
3、支管局部屈曲（BLB）與主管管壁塑性（CP）的聯(lián)合破壞模式（記為BLB & CP）。其特點為支管根部與主管管壁上同時發(fā)生了相當程度的塑性變形。
三、K型搭接節(jié)點破壞模式的分布規(guī)律
本文借助批量有限元分析的結果，對K型搭接節(jié)點破壞模式分布與節(jié)點參數(shù)的關系進行了研究。K型搭接節(jié)點的幾何參數(shù)主要有：主管外徑d，主管管壁厚度t，支管外徑di，支管管壁厚度ti，兩支管搭接長度q，搭接支管在主管上沿主管軸線方向的投影長度p。
為方便研究和比較，采用以下無量綱幾何參數(shù)：
支管、主管直徑比：
主管半徑、壁厚比：
支管、主管厚度比：
支管、主管之間的夾角：
搭接率：
本文采用有限元軟件ABAQUS配合python腳本建立了90個節(jié)點模型；節(jié)點參數(shù)的取值范圍如表3-1所示；其中，根據(jù)《鋼結構設計規(guī)范》（GB50017-2003）中的規(guī)定，剔除了使di/ti ≤ 60的18種節(jié)點參數(shù)組合。另外，所有節(jié)點的搭接支管隱蔽部分均與主管連接；施加的荷載為兩支管端部的平衡軸力，并使貫通支管受壓。
在建立節(jié)點有限元模型時，選用的單元類型為殼單元S4R；邊界條件為，主管在搭接支管一側端部剛接，在另一端釋放軸向自由度，兩支管端部均只釋放軸向和轉動自由度；有限元模型中不考慮焊縫的影響；主管直徑統(tǒng)一取為300mm，主管長度取為7倍主管直徑，支管長度取為從冠點向外3倍支管直徑；主支管鋼材屈服強度均取作345MPa，抗拉強度均取作450MPa，強化剛度取為0.5%E；有限元求解方法采用弧長法。在進行批量分析前，選用文獻[2]中的試驗試件SJ6和文獻[3]中的試件JD-1對有限元模型進行了校驗，結果表明，本文建立的有限元分析模型均可以較為準確地模擬試驗節(jié)點的力學行為（包括破壞形態(tài)、變形性能以及極限承載力等），具有良好的可靠性。
根據(jù)有限元分析結果，90個節(jié)點算例的破壞模式如表3-2所示。其中，各破壞模式所占的比例分別為：BMF――13/90，BLB――28/90，BLB&CP――49/90。對各種破壞模式的分布規(guī)律分析如下：
（1）BMF破壞模式：在全部90個節(jié)點中，共有13個節(jié)點發(fā)生支管桿件破壞即BMF破壞模式，主要分布在β較小（0.3，0.5）、γ很?。?0）、τ較?。?.4，0.7）的情況。因為γ很小，所以主管和支管均比較厚實，從而不易發(fā)生主管管壁塑性或支管局部屈曲破壞；β和τ均較小，使得支管截面面積較小，更容易達到全截面屈服。另外，當Ov=25%，50%和75%時，以BMF模式破壞的節(jié)點分別為6個、3個、4個，說明Ov較小時更容易發(fā)生BMF破壞。
（2）BLB破壞模式：在全部90個節(jié)點中，共有28個節(jié)點發(fā)生支管局部屈曲即BLB破壞模式，主要分布在：a、Ov=75%的大部分節(jié)點；b、Ov
（3）BLB&CP破壞模式：該破壞模式為搭接節(jié)點最普遍的破壞模式（占49/90），主要集中在Ov不大、τ較大的情況下。
四、結論
（1）不考慮焊縫破壞時，K型圓鋼管搭接節(jié)點的破壞模式主要包括：桿件破壞模式，支管局部屈曲模式，以及支管局部屈曲與主管塑性的聯(lián)合破壞模式。
（2）有限元分析結果表明，支管桿件破壞模式主要出現(xiàn)在β較小、γ很小、τ較小時；支管局部屈曲破壞模式主要發(fā)生于Ov很大或τ很小的情況下；支管局部屈曲與主管塑性的聯(lián)合破壞模式多見于Ov不大、τ較大的情況下。
（3）總體而言，K型圓鋼管搭接節(jié)點的破壞主要發(fā)生于支管上，因此，在建立節(jié)點承載力公式時若用支管全截面屈服承載力做無量綱化，將比傳統(tǒng)的以環(huán)模型為基礎的承載力公式更為合理。
參考文獻
中圖分類號：TV331文獻標識碼： A
0、 引言
纖維增強復合材料(Fiber Reinforced Polymer,簡稱FRP)以其輕質、高強、抗疲勞等優(yōu)越的力學性能,廣泛地應用于工程結構加固領域之中。在有些條件下傳統(tǒng)建筑材料很難滿足這種發(fā)展要求。FRP復合材料具有輕質，高強，耐腐蝕，抗疲勞，耐久性好，多功能，適用面廣，可設計和易加工等多種優(yōu)點。在重要的土木工程中，如超大跨，超高層，地下結構，海洋工程，高耐久性的應用，以及特殊環(huán)境工程，永久性工程，結構加固修復，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[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)來模擬混凝土和FRP 片材，在混凝土和FRP片材之間不再設置膠層，而是將二者直接聯(lián)系在一起，通過混凝土單元的開裂破壞來模擬FRP的剝離。由于單元尺寸很小，因此混凝土材料的本構關系需要加以修正以考慮尺寸效應的影響。研究表明，采用有限元模型可以較好地預測FRP 和混凝土之間的面內剪切破壞。因此，使用該模型來分析FRP加固混凝土梁IC debonding 界面破壞。有限元模型中，雖然單個的混凝土單元依然基于彌散裂縫模型，但是因為單元尺寸非常小(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 界面粘結滑移關系
對于遠離受彎裂縫的FRP-混凝土界面該裂縫形狀與面內剪切試驗的裂縫形狀很相似[1]，說明此處的粘結-滑移關系與面內剪切試驗的差不多，故可直接采用由剪切試驗得到的界面粘結-滑移關系。
1.3 雙重剝離破壞準則
通過前面的分析可以知道，如果界面距離受彎裂縫較遠，即與界面單元相連的混凝土單元沒有開裂，其剝離破壞主要是由界面的整體單向相對滑動引起，滑移場比較均勻，采用普通界面單元的形函數(shù)可以較好地估計單元內部的滑移狀態(tài)。
2、ANSYS有限元分析結果
基于ANSYS軟件分別建立了文獻[2]中的BL20-2、PPL30梁和文獻[3]中的RLII-3梁的有限元計算模型，各個試件的材料參數(shù)詳見文獻[2-3]。為節(jié)省計算時間，根據(jù)對稱性，對每個試件僅建立了1/4梁的有限元模型。
計算得到的荷載－跨中撓度曲線及與試驗結果的對比見圖1所示,將計算得到的梁的極限承載力與試驗結果進行對比見表1所示。
（a）BL20-2梁 （b）PLL30梁 (c)RLII-3梁
圖1 計算的荷載－跨中撓度曲線與試驗結果的對比
表1計算極限荷載與試驗結果的對比
計算的梁荷載－跨中撓度曲線與試驗結果的對比可知，從加載直到屈服階段，計算得到的荷載－撓度曲線與試驗結果有很好的吻合；屈服后，BL20-2和PLL30梁的荷載－撓度曲線與試驗結果吻合較好，但RLII-3梁的模擬結果與試驗結果誤差較大，模擬結果未能合理反映梁荷載－撓度曲線的下降段。
計算得到的三根梁的極限荷載均與試驗結果有較好的吻合，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，針對混凝土的開裂與壓碎，ANSYS中提供了專門的圖形顯示命令PLCRACK。該命令用小圓圈表示混凝土的開裂部位，小八邊形表示混凝土的壓碎部位。如果裂縫張開后又閉合，通過小圓圈中間加X表示。此外，在每個積分點處可以有至多三個開裂面，第一、二、三方向裂縫分別用紅、綠、藍小圓圈表示。限于篇幅限制，僅將模擬得到的BL20-2梁在不同加載過程的破壞形態(tài)列出，如圖2所示。
由于關閉了混凝土的壓碎選項，混凝土的破壞僅以開裂體現(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裂，且所有開裂形態(tài)基本為彎曲裂縫；在梁的中度開裂階段，開裂高度增加，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，梁的開裂進一步加劇，跨中裂縫布滿整個梁高，支座處剪切斜裂縫向頂部擴展。
(a)初始開裂階段
(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、結論與展望
本文在總結了國內外利用ANSYS軟件對FRP加固混凝土結構進行有限元模擬分析取得的研究成果的基礎上，建立了FRP加固混凝土梁的有限元計算模型，模擬得到了梁的荷載－撓度曲線，極限荷載以及梁在不同加載階段的破壞形態(tài)；將模擬結果與試驗結果進行的對比表明，所建立的有限元模型可以較為準確的模擬梁的承載能力以及破壞形態(tài)，驗證了所建立的有限元模型的正確性。
隨著經濟高速發(fā)展和技術飛速進步，世界各國對土木工程的要求越來越高。FRP復合材料在土木工程中的應用技術與材料研究開發(fā),在當今世界上已成為復合材料界與土木工程界共同研究開發(fā)的一個熱點。該技術研究開發(fā)成功后將會極大地推動現(xiàn)代土木工程的技術進步。它還將為現(xiàn)代復合材料產業(yè)開辟出巨大的應用市場，因而具有非常廣闊的發(fā)展應用前景。
作者簡介：
作者簡介：趙?。?979.1－），男，工學學士，工程師。
參 考 文 獻：
Abstract: In this paper, based on the practical engineering needs, the honeycomb beam - column steel frame structure stress characteristic, this paper designs the language ( APDL ) compilation command stream using the ANSYS parametric, does the analysis of the nonlinear finite element whole process to the two layer two cross honeycomb beam - column steel frame under the low reversed cyclic loading performance.
Key words: honeycomb; horizontal low cyclic load; finite element analysis; energy consumption
中圖分類號：TU352.1+1 文獻標識碼：A文章編號：2095-2104（2012）
蜂窩構件是指用H型鋼或普通熱軋工字鋼經切割再擴高焊接而成的空腹構件[1].與原型鋼相比，蜂窩構件提高了截面的利用率，且自重輕，構造品種單一，防腐蝕性能好，運輸方便，便于建筑管線的穿越[2].蜂窩框架是蜂窩梁和蜂窩柱采用栓焊或焊接的形式連接而組成的鋼結構體系，蜂窩構件組成的框架具有自重輕和造型美觀經濟等優(yōu)點，適合建造多層的樓房、無大型吊車的廠房和輕鋼結構別墅等建筑[3]．從長遠的眼光來看，綜合考慮經濟效益和社會效益，采用蜂窩式梁-柱鋼框架的住宅鋼結構體系能夠與其他材料、結構形式的建筑體系競爭，有些方面甚至具有較大優(yōu)勢．蜂窩梁與蜂窩柱在實際工程中已有較為廣泛的應用，但有關蜂窩式梁-柱鋼框架結構的研究與應用還很罕見，特別是關于此類框架動力性能的研究更是幾近空白．
1ANSYS參數(shù)化程序設計語言
ANSYS參數(shù)化程序設計語言（APDL）[4-5]實質上是由類似于FORTRAN77的程序設計語言部分和1000多條ANSYS命令組成.從功能上講，ANSYS命令包括定義幾何模型、劃分單元網格、材料定義、添加荷載和邊界條件、控制和執(zhí)行求解和后處理計算結果等指令.ANSYS強大的前后處理功能可為建立蜂窩式梁-柱鋼框架結構有限元分析模型帶來極大的方便.利用APDL編寫出參數(shù)化的程序，可以實現(xiàn)有限元分析的全過程，即建立參數(shù)化的CAD模型、網格劃分與控制、材料定義、荷載和邊界條件定義、分析控制和求解以及后處理.
2有限元分析依據(jù)
本文保證了蜂窩式梁-柱鋼框架結構有限元模型的建模方法，約束條件，加載方式，計算控制完全和考慮腹板屈曲后強度的鋼框架模擬時的設置一致，以此對蜂窩式梁-柱鋼框架結構的抗震性能進行非線性有限元分析.
3非線性有限元全過程分析
3.1結構模型的建立
框架模型尺寸，擴高比 (,為蜂窩構件高,為原型鋼高)取1.5，梁柱所開孔洞均為正六邊形孔，滿足“蜂窩構件端部至第一個蜂窩孔的凈跨距宜大于250mm”和“蜂窩孔孔距應不小于100mm”的構造要求[6-7].尺寸比例符合實際結構構件及節(jié)點的構造要求.為了消除柱頂施加豎向荷載時對頂層節(jié)點的轉動所造成的約束，柱上端設計了高300mm的懸臂段.
3.2結構模型荷載的施加
模擬過程中，先加豎向荷載并穩(wěn)定保持不變，按照軸壓比的要求，邊柱上加載367KN, 中柱上加載374KN，然后以框架彈性屈服位移（=35mm）的倍數(shù)分級施加水復位移荷載，直至框架的荷載-撓度曲線出現(xiàn)下降段，荷載下降到峰值荷載的85%，這時可以認為框架已經破壞.
3.3破壞機制
往復荷載在1.5正向循環(huán)加載過程中，水平位移達到43.75mm時，頂層左跨梁左端部蜂窩孔處截面翼緣應力值達到了屈服強度235MP，即出現(xiàn)塑性鉸，水平位移達到52.5mm時，中柱柱腳處右側翼緣應力值達到了屈服強度235MP，即出現(xiàn)塑性鉸，，這充分說明模型框架屬于梁鉸破壞機制，體現(xiàn)了強柱弱梁的概念.
模型最終破壞時，各柱柱腳蜂窩孔處截面均出現(xiàn)了嚴重的屈曲變形，其中左柱柱腳翼緣處應力值最大，可以說明破壞終止于此處發(fā)生屈曲變形；左跨頂層梁左端蜂窩孔處截面、右跨頂層及底層梁右端蜂窩孔處截面均出現(xiàn)了較為明顯的屈曲變形，其余梁端蜂窩孔處截面應力值亦較大。框架中節(jié)點應力值較大，但節(jié)點域未發(fā)生明顯的屈曲變形，頂層角節(jié)點與底層邊節(jié)點應力值均較小，體現(xiàn)了強節(jié)點弱構件的設計概念。
3.4滯回特性
滯回曲線是指結構或構件在循環(huán)往復荷載作用下得到的荷載—變形曲線。滯回曲線能夠反應出結構剛度退化、強度衰減、耗能能力及延性性能等特性.它是結構抗震性能的綜合體現(xiàn)，也是結構進行彈塑性地震反應分析時確定恢復力特性的主要依據(jù).
本框架模型在頂層水平往復荷載作用下經歷了屈服、最大荷載，最后框架模型的荷載—位移滯回曲線均出現(xiàn)荷載下降段，表明框架不適于繼續(xù)加載.
3.5延性與耗能
低周往復循環(huán)荷載作用下，各框架滯回曲線的峰值點的連接(外包線)即為骨架曲線.它與一次性加載曲線相接近.骨架曲線上能夠反應出模型的屈服荷載和位移、極限荷載和位移等特征點，同時它反映了在正反交替荷載作用下，結構或構件吸能耗能、延性、強度、剛度及退化等力學特征.根據(jù)抗震規(guī)范的要求，將各個P-Δ滯回曲線的各級加載的峰點連起來可以得到各相應框架頂點的P-Δ骨架曲線.
4結論
4.1按照現(xiàn)行規(guī)范和規(guī)程[6-8]的有關規(guī)定所設計的一榀兩層兩跨蜂窩式梁-柱鋼框架結構，延性較大，耗能能力較高，能滿足延性框架的設計要求.
4.2兩層兩跨蜂窩式梁-柱鋼框架結構側移較小，水平抗力較大，滯回曲線沒有明顯的捏縮現(xiàn)象，抗震性能較好，其在工程中的應用必將帶來顯著的經濟效益.
4.3必要時應對蜂窩構件端部加焊實腹段[9]，對節(jié)點域采取補強措施，以使框架具有更好的受力性能.
4.4預按等剛度原則設計出相應的實腹式框架，以比較擴高前后框架抗震性能的差別.
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Abstract： To the wheel and the rail track vehicle special vehicle in mutual contact problems， combining with the theory of Hertz contact， improved calculation factor. The three-dimensional model is established， and the finite element analysis on the model， get the displacement and stress cloud chart. The mathematical optimization model is established to optimize the result. Combined with examples to illustrate.
Keywords： Contact analysis Optimization model Optimization analysis
1.概述
本文主要針對軌道車輛車輪與軌道之間的接觸問題建立模型，確定接觸問題為剛性和柔性接觸。對于高度非線性問題，運用ANSYS分析工具，在確定接觸區(qū)域及接觸時間前提下，仿真分析得到位移及應力的云圖，運用改進接觸分析計算因子，通過建立優(yōu)化模型，對結果進行優(yōu)化處理。
2.構建模型簡圖及確定相關參數(shù)通過調節(jié)優(yōu)化參數(shù)的數(shù)值后，在施加載荷相同的情況下，車輪直徑一定的情況下，車輪和軌道截面的厚度在約束范圍內越大，應力造成的破壞范圍越小，最大應力的數(shù)值先減小，后增大，位移所顯示的形變量越小。當車輪和軌道截面厚度一定，車輪直徑在約束范圍內越大，最大應力先減小后增大，位移顯示的形變量較大。在厚度選擇26.82mm接近27mm，輪徑在接近1050mm時，整個最大應力小，形變小，符合優(yōu)化要求。
6.結束語
本文在分析軌道車輛輪軌接觸問題中，構建剛柔接觸分析模型，以實際車型設定相關參數(shù)，ANSYS軟件對模型仿真分析處理，對于處理結果，構造優(yōu)化模型，確定優(yōu)化函數(shù)，運用改進算子的零階法對模型進行處理，得到較為精確的仿真結果。
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