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篇1

關(guān)鍵詞 輕卡 貨箱 設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：U469.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

輕卡是載類貨車的一種類型，根據(jù)車型分類，卡車的最大涉及總質(zhì)量必須要小于3.5噸，近年來，隨著計(jì)算流體力學(xué)的廣泛應(yīng)用，為輕卡貨箱優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了重要依據(jù)。本文以計(jì)算流體力學(xué)為基礎(chǔ)，建立模型并研究其外部流場(chǎng)結(jié)構(gòu)，最終采用混合整型優(yōu)化法對(duì)輕卡貨箱進(jìn)行了外形優(yōu)化設(shè)計(jì)，具體探究了輕卡貨箱與輕卡駕駛室之間的間隙，車廂高出駕駛室的高度，在滿足輕卡制造要求的前提下，使得汽車空氣阻力最小，提升了輕卡貨箱的設(shè)計(jì)水平和質(zhì)量，推動(dòng)我國(guó)載貨車的設(shè)計(jì)和制造水平不斷提升。

1模型建立

文中對(duì)輕卡貨箱模型進(jìn)行建立時(shí)，采用的是CATIA軟件建立三維 CAD模型，以較少的成本，將車身結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡(jiǎn)化，并且最終要保證計(jì)算的結(jié)果正確、可靠。因此，在模型設(shè)計(jì)和建立中，要設(shè)置好具體的計(jì)算參數(shù)，當(dāng)汽車以每小時(shí)80公里的速度行駛時(shí)，在正前方的氣流作用下，要保證汽車的前臉、車軸正面、車輪以及車廂高出駕駛室的部分形成一種正壓區(qū)，這就形成了汽車在正常行駛過程中的空氣阻力，此外，研究汽車在行駛中的氣動(dòng)阻力，由汽車前臉的過渡區(qū)和前擋風(fēng)玻璃到車頂?shù)倪^渡區(qū)，當(dāng)出現(xiàn)流速過大時(shí)，在過度區(qū)就產(chǎn)生了在附著和氣流分離，總體來說，影響輕卡車廂設(shè)計(jì)主要是車廂高出駕駛室的高度和車廂與駕駛室的距離，只有設(shè)計(jì)好這兩大方面，才能最大程度減少空氣阻力和氣動(dòng)阻力，此外，在設(shè)置好相關(guān)參數(shù)后，還要建立響應(yīng)面模型，基于響應(yīng)面法的作用下，通過近似構(gòu)造一個(gè)能夠明確表達(dá)形式的多項(xiàng)式，在對(duì)多個(gè)變量影響因素進(jìn)行綜合分析和研究后，最終達(dá)到優(yōu)化設(shè)計(jì)的目的，提高輕卡貨箱設(shè)計(jì)的科學(xué)性和安全性。

2樣本設(shè)計(jì)

為了提高輕卡貨箱樣本設(shè)計(jì)的有效性，在設(shè)計(jì)過程中必須要選擇好目標(biāo)函數(shù)，確定出試驗(yàn)因子和目標(biāo)函數(shù)之后，采集到所需要的樣本數(shù)據(jù)，以此來建立應(yīng)面模型。設(shè)計(jì)人員具體選擇一種快速、經(jīng)濟(jì)且高效的試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法，文中具體采用拉丁超立方設(shè)計(jì)，這種設(shè)計(jì)方法的優(yōu)越性表現(xiàn)在：對(duì)水平值分級(jí)寬松，有效的空間填充能力，減少了試驗(yàn)的次數(shù)。根據(jù)拉丁超立方設(shè)計(jì)得到設(shè)計(jì)變量后，需要對(duì)設(shè)計(jì)好的模型進(jìn)行修改和完善。設(shè)計(jì)人員依據(jù)迭代計(jì)算進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果，當(dāng)輕卡貨箱的高度越小時(shí)，其設(shè)計(jì)越合理，此外，針對(duì)貨箱和輕卡駕駛室之間的距離，一般要保持一定的間隙，提高樣本設(shè)計(jì)的合理性。

3優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果

根據(jù)上述設(shè)計(jì)參數(shù)值和設(shè)計(jì)模型，修改和完善輕卡貨箱的高度和貨箱與駕駛室之間的距離，當(dāng)貨箱的高度降低時(shí)，氣流流動(dòng)不會(huì)被阻礙，氣流一般通過貨箱的上方順利流過，這樣就大大降低了空氣的阻力，且不會(huì)產(chǎn)生二次分離，另外，在研究貨箱與輕卡駕駛室之間的距離時(shí)，由于駕駛室的形狀是上窄下寬，這時(shí)候在設(shè)計(jì)時(shí)要將兩側(cè)氣流流到貨箱，且之間要存在一個(gè)過度區(qū)域，其目的是輕卡貨車在正常行駛中，減少空氣的阻力，確保氣流順利通過。總之，在對(duì)輕卡貨箱進(jìn)行優(yōu)化并設(shè)計(jì)時(shí)，重點(diǎn)把握好輕卡貨箱與輕卡駕駛室之間的間隙和車廂高出駕駛室的高度。使得汽車空氣阻力最小。

4結(jié)語(yǔ)

綜上所述，為了提高整車空氣動(dòng)力學(xué)性能，優(yōu)化CFD效率，因此，探究、分析輕卡貨箱優(yōu)化設(shè)計(jì)具有十分重要的意義。筆者通過自身多年實(shí)踐工作經(jīng)驗(yàn)，以及自身對(duì)貨車設(shè)計(jì)要求的了解，提出從模型建立，樣本設(shè)計(jì)及優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果具體進(jìn)行，通過分析輕卡外流場(chǎng)特性和汽車在正常行駛下的氣動(dòng)阻力，最終研究結(jié)果表明：輕卡貨箱的高度越小其設(shè)計(jì)越合理，設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)輕卡貨箱時(shí)，在滿足使用要求的前提下，可以盡可能的降低其高度，此外，可以適當(dāng)加大貨箱與駕駛室之間的距離，確保氣流能夠順利流過，將二者之間的距離看作過度區(qū)域，以合適的間隙來減少空氣的阻力，希望通過本文的介紹和分析能夠進(jìn)一步提升輕卡貨箱設(shè)計(jì)的合理性和科學(xué)性，不斷提升我國(guó)載貨車型設(shè)計(jì)和制造水平。

參考文獻(xiàn)

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篇2

關(guān)鍵詞：幕墻工程，投標(biāo)；優(yōu)化設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TU723.2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)：

建筑幕墻作為一個(gè)新興的行業(yè)，近年來逐漸被社會(huì)認(rèn)可，并在建筑外裝飾工程當(dāng)中得到廣泛的應(yīng)用。

在我國(guó)現(xiàn)階段，幕墻的招標(biāo)方式，大都采用技術(shù)分與商務(wù)分總評(píng)的綜合評(píng)標(biāo)法。作為招標(biāo)方，大多數(shù)對(duì)低報(bào)價(jià)感興趣。而投標(biāo)單位為了中標(biāo)，必然會(huì)權(quán)衡技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)力與價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)力的因素。在日益建筑幕墻造價(jià)的壓力和經(jīng)濟(jì)因素作為首要考慮因素下，為了提高投標(biāo)的競(jìng)爭(zhēng)力，以低價(jià)打動(dòng)業(yè)主的同時(shí)也要保證項(xiàng)目獲得較好的建筑效果。因此，要求我們?cè)O(shè)計(jì)師構(gòu)思一種構(gòu)造簡(jiǎn)明、性能卓越、價(jià)格合理、易于加工、方便安裝的設(shè)計(jì)。從整體來考慮，設(shè)計(jì)師不但要權(quán)衡各項(xiàng)參數(shù)，考慮設(shè)計(jì)目標(biāo)、各項(xiàng)構(gòu)件的作用、經(jīng)濟(jì)因素等的影響，還要考慮施工安裝的分項(xiàng)過程、工序分解和降低成本的各組因素。而最終與這些因素掛鉤的是工程項(xiàng)目造價(jià)。

工程項(xiàng)目造價(jià)的控制應(yīng)貫穿于項(xiàng)目建設(shè)的全過程，它是建筑產(chǎn)品的總造價(jià)，是反映建筑產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益非常重要的綜合指標(biāo)。而在初步設(shè)計(jì)階段影響的可能性約50％-80％，由此可知，項(xiàng)目投資的關(guān)鍵在于施工前的決策和設(shè)計(jì)階段，而項(xiàng)目決策后控制項(xiàng)目投資就在于設(shè)計(jì)控制。

通常情況下我們把設(shè)計(jì)階段為兩個(gè)階段，即初步設(shè)計(jì)（包括技術(shù)設(shè)計(jì)）階段和施工圖設(shè)計(jì)階段。初步設(shè)計(jì)階段是控制基本建設(shè)投資規(guī)模和工程造價(jià)的最主要環(huán)節(jié)之一。現(xiàn)在就建筑幕墻工程設(shè)計(jì)階段的優(yōu)化設(shè)計(jì)以及成本控制方面談?wù)勛约旱囊恍┬牡门c見解。

現(xiàn)階段，大部分的大型幕墻工程項(xiàng)目業(yè)主方都會(huì)請(qǐng)顧問公司來進(jìn)行招標(biāo)圖設(shè)計(jì)。作為投標(biāo)方，主要的任務(wù)是對(duì)招標(biāo)文件和招標(biāo)圖的理解、響應(yīng)應(yīng)及報(bào)價(jià)，最終能否報(bào)出一個(gè)具有競(jìng)爭(zhēng)力的報(bào)價(jià)，其中優(yōu)化設(shè)計(jì)尤為重要。所以優(yōu)化設(shè)計(jì)是技術(shù)設(shè)計(jì)階段成本控制的有效辦法，也是投標(biāo)過程中重要的環(huán)節(jié)。

優(yōu)化設(shè)計(jì)，牽涉到的環(huán)節(jié)很多，其中主要體現(xiàn)在以下幾方面：

一、對(duì)項(xiàng)目的理解和定位，

二、與業(yè)主及設(shè)計(jì)院的密切溝通，

三、系統(tǒng)構(gòu)造優(yōu)化以及優(yōu)化細(xì)節(jié)的把握，

四、對(duì)相關(guān)材料的認(rèn)識(shí)與應(yīng)用等等……，

個(gè)人認(rèn)為，只要做好以上幾個(gè)方面工作，作為投標(biāo)方，是能做出一個(gè)價(jià)廉物美、富有競(jìng)爭(zhēng)力的報(bào)價(jià)。

一、對(duì)項(xiàng)目的理解和定位

對(duì)投標(biāo)的建設(shè)項(xiàng)目定位要準(zhǔn)確。在制定優(yōu)化設(shè)計(jì)方案前我們應(yīng)當(dāng)充分與業(yè)主溝通，在業(yè)主允許的條件下，根據(jù)該建設(shè)項(xiàng)目的功能、建筑檔次及業(yè)主的經(jīng)濟(jì)實(shí)力策劃出一套行之有效的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。它主要包括幕墻工程的種類、結(jié)構(gòu)形式、不同材料組合及材料品牌檔次。

我們知道，建筑幕墻工程結(jié)構(gòu)形式和材料種類較多，如單元式、框架式，全隱框幕墻、半隱框幕墻、明框幕墻、全玻璃幕墻、點(diǎn)支式玻璃幕墻、金屬幕墻、石材幕墻等，這些因素直接影響工程的外裝飾形象和工程總造價(jià)。在對(duì)工程定位時(shí)，我們應(yīng)避免一味追求高檔次結(jié)構(gòu)和材料，致使工程造價(jià)超出業(yè)主工程概算，無法做出一套合理的報(bào)價(jià)。同時(shí)又要避免采用落后結(jié)構(gòu)降低工程檔次，從而影響工程形象，因此應(yīng)該因工程而宜準(zhǔn)確地將其定位在適當(dāng)合理的檔次上。通過對(duì)項(xiàng)目的理解和定位，投標(biāo)方的投標(biāo)成果業(yè)主可能更易于接受，從而提高投標(biāo)的中標(biāo)率。

二、與業(yè)主及設(shè)計(jì)院密切溝通

在方案設(shè)計(jì)中我們應(yīng)當(dāng)科學(xué)合理的尊重建筑師的設(shè)計(jì)。但在方案優(yōu)化設(shè)計(jì)過程中，我們經(jīng)常發(fā)現(xiàn)原建筑設(shè)計(jì)要求與現(xiàn)行建筑幕墻行業(yè)規(guī)范不符，又或者原建筑設(shè)計(jì)存在很多不合理和嚴(yán)重浪費(fèi)的情況。這時(shí)，我們應(yīng)當(dāng)以幕墻專業(yè)設(shè)計(jì)的角度及時(shí)準(zhǔn)確地與業(yè)主和設(shè)計(jì)院溝通，使他們更深刻地了解我們的技術(shù)能力和水平，也讓業(yè)主感覺到我們是站在他們的立場(chǎng)為他們解決問題，降低成本。同時(shí)，對(duì)于一些可改可不改但又影響成本的設(shè)計(jì)，我們應(yīng)該及時(shí)與業(yè)主和設(shè)計(jì)院溝通，說明其利害關(guān)系，一來取得了業(yè)主的信任，二來可以有效減低投標(biāo)造價(jià)，為方案優(yōu)化設(shè)計(jì)和中標(biāo)打下良好的基礎(chǔ)。

三、系統(tǒng)構(gòu)造優(yōu)化以及優(yōu)化細(xì)節(jié)的把握

在對(duì)項(xiàng)目有準(zhǔn)確的理解和定位，與業(yè)主及設(shè)計(jì)院有良好溝通的前提基礎(chǔ)上，接下來就是很關(guān)鍵的一個(gè)環(huán)節(jié)----系統(tǒng)構(gòu)造優(yōu)化以及優(yōu)化細(xì)節(jié)的把握。首先，在優(yōu)化工作進(jìn)行之前，我們先要明確可優(yōu)化的范圍和項(xiàng)目。這個(gè)要求我們的設(shè)計(jì)師要熟讀招標(biāo)文件、技術(shù)文件以及相關(guān)的答疑文件。一般來說，完善成熟的招標(biāo)項(xiàng)目都會(huì)有統(tǒng)一的優(yōu)化框架和平臺(tái)。因此，項(xiàng)目投標(biāo)能否報(bào)出富有競(jìng)爭(zhēng)力的報(bào)價(jià)，就要求我們?cè)O(shè)計(jì)師對(duì)系統(tǒng)構(gòu)造優(yōu)化以及優(yōu)化細(xì)節(jié)有很好的把握。

系統(tǒng)構(gòu)造優(yōu)化，以國(guó)外一些大型幕墻顧問公司出的招標(biāo)圖紙為例，他們的要求基本都是在不改變?cè)性O(shè)計(jì)方案的前提下進(jìn)行深化設(shè)計(jì)報(bào)價(jià)的。對(duì)于類似的幕墻設(shè)計(jì)顧問，我們?cè)趦?yōu)化設(shè)計(jì)的時(shí)候就要做到膽大心細(xì)。首先，無可否認(rèn)，他們的設(shè)計(jì)方案經(jīng)過多年的沉淀和實(shí)例工程驗(yàn)證是成熟的。根據(jù)多年來和顧問打交道的經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)師如果在投標(biāo)的過程中改變了他們的設(shè)計(jì)方案，接下來一般會(huì)遇到不少麻煩，最后基本還得改回他們的設(shè)計(jì)方案。

因此，我們?cè)谕稑?biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)的時(shí)候，精力盡量不要放在修改他們的設(shè)計(jì)方案上面。當(dāng)然，如果顧問要求提供備選設(shè)計(jì)方案及報(bào)價(jià)的情況除外。其次，他們可視部位的外觀尺寸基本也不能改變，因?yàn)榻ㄖ熓欠浅Ｍ春迍e人修改它的外觀尺寸。在這樣的情況下，我們能做的是想辦法在基本設(shè)計(jì)方案不變、外觀尺寸不變的前提下完成優(yōu)化設(shè)計(jì)。雖然也有不少顧問也要求不能改變構(gòu)件的壁厚，避免發(fā)生安全事故。其實(shí)不然，在眾多投標(biāo)項(xiàng)目看來，系統(tǒng)構(gòu)件的壁厚大部分都是可以優(yōu)化的，譬如橫梁、立柱等受力構(gòu)件，在保證外觀尺寸、滿足結(jié)構(gòu)受力安全的前提下，設(shè)計(jì)師可以根據(jù)規(guī)范的要求合理進(jìn)行優(yōu)化。特別在一些裝飾性的構(gòu)件上面，顧問公司常常做的異常的笨重繁瑣和耗料，這是我們?cè)O(shè)計(jì)師優(yōu)化設(shè)計(jì)的方向，但前提是保證外觀尺寸。同時(shí)，在系統(tǒng)細(xì)部構(gòu)造方面，特別是系統(tǒng)的內(nèi)部構(gòu)造，由于外觀尺寸已經(jīng)是不可以改變的，那簡(jiǎn)化內(nèi)部的構(gòu)造以及壁厚的優(yōu)化尤為重要。但前提是保證系統(tǒng)的物理性能、使用性能不受破壞的前提下進(jìn)行。最后，對(duì)一些在不可視區(qū)域的構(gòu)件，大膽考慮，包括截面、壁厚、做法等都是進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)的，畢竟在不可視區(qū)域，顧問不會(huì)非常敏感，前提是我們的做法合理、安全、先進(jìn)，顧問都基本能接受。

優(yōu)化設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)，這個(gè)是設(shè)計(jì)師綜合能力的體現(xiàn)，要求我們對(duì)設(shè)計(jì)以及優(yōu)化的每個(gè)細(xì)節(jié)做到細(xì)處，在滿足建筑師以及結(jié)構(gòu)安全的前提下，把系統(tǒng)做得更加簡(jiǎn)潔、合理，體現(xiàn)出更高的性價(jià)比，而最終體現(xiàn)在更富有競(jìng)爭(zhēng)力的報(bào)價(jià)上面來。

我們知道，幕墻的成本主要構(gòu)成部分為材料成本，而材料成本一般主要是鋁合金型材成本。鋁合金型材的成本取決于幕墻的設(shè)計(jì)，不同的幕墻形式，其造價(jià)會(huì)不同。而相同的幕墻形式，不同的設(shè)計(jì)方案，工程造價(jià)也是不一樣。如何合理的去設(shè)計(jì)和優(yōu)化幕墻的鋁型材，降低材料使用是我們每個(gè)設(shè)計(jì)師都要面臨的問題。

首先從大方面來說，對(duì)不限制型材截面和做法的工程項(xiàng)目。以一棟高層建筑，單一的幕墻系統(tǒng)做來例子，常規(guī)的做法是至上而下都是用同一個(gè)幕墻系統(tǒng)，立柱及橫料都是用同一截面。但從經(jīng)濟(jì)成本的角度來說，這樣的做法是不夠合理的，因?yàn)?，在不同建筑?biāo)高對(duì)應(yīng)著不同的風(fēng)壓，風(fēng)壓不一樣意味著幕墻系統(tǒng)承受著不同的荷載。所以，我們可以考慮在不同建筑標(biāo)高段采用不同的型材截面，這樣做雖然增加了開模的費(fèi)用，但對(duì)應(yīng)高層建筑項(xiàng)目來說，鋁型材的用量巨大，通過這種方式反而使鋁型材的用量大大減少了，降低工程造價(jià)成本。

大家知道，規(guī)范對(duì)鋁合金立柱和橫梁的壁厚是有規(guī)定的。對(duì)鋁合金立柱，截面開口部位的厚度不應(yīng)小于3.0mm，閉口部位的厚度不應(yīng)小于2.5mm。在設(shè)計(jì)的時(shí)候要充分考慮由此帶來的型材用量的變化。而對(duì)鋁合金橫梁，當(dāng)橫梁跨度大于1.2m的時(shí)候，橫梁截面主要受力部位的厚度不應(yīng)小于2.5mm，當(dāng)橫梁跨度小于1.2m的時(shí)候，橫梁截面主要受力部位的厚度不應(yīng)小于2.0mm。這個(gè)很關(guān)鍵，譬如我們?cè)谠O(shè)計(jì)一個(gè)幕墻分格的時(shí)候，橫向分格盡量尺寸不要大過1.2m，以接近1.2m為宜，這樣可以達(dá)到更好的性價(jià)比，鋁型材用量更少。

鋁合金裝飾構(gòu)件，分小裝飾構(gòu)件和大裝飾構(gòu)件。它們一般只有裝飾或遮陽(yáng)的功能，基本是不參與結(jié)構(gòu)受力的。小構(gòu)件譬如扣蓋、裝飾封邊等，在自身強(qiáng)度足夠、平面平整度有保證、使用功能不受影響、擠壓條件滿足的前提下越薄越好。而大裝飾構(gòu)件，要充分考慮由于擠壓工藝要求所帶來的影響。裝飾構(gòu)件越大，壁厚要求就越厚，可以考拆分成幾個(gè)小的模具進(jìn)行擠壓，最后通過拼裝的方式形成大裝飾構(gòu)件，可以達(dá)到省錢的目的。當(dāng)然，這些優(yōu)化設(shè)計(jì)上的改變，都是要在業(yè)主和設(shè)計(jì)院認(rèn)同的前提下行進(jìn)。還有一種思路，根據(jù)情況合理的把這些裝飾構(gòu)件和主受力構(gòu)件綜合設(shè)計(jì)，使其參與結(jié)構(gòu)的受力也是節(jié)約成本的一種辦法。

鋁合金型材牌號(hào)和處理狀態(tài)的選用，合理的選用材料牌號(hào)和處理狀態(tài)可以有效減少型材的用量。大家知道，鋁合金不同的材料牌號(hào)，不同的處理狀態(tài)，材料的受力性能也不同，其市場(chǎng)價(jià)格也有差異。因此，我們?cè)谠O(shè)計(jì)的時(shí)候要根據(jù)情況，綜合考慮材料價(jià)格以及用量，來確定使用什么牌號(hào)和處理狀態(tài)的材料。以鋁合金型材為例，采用高牌號(hào)的鋁合金型材可能價(jià)格相對(duì)會(huì)高點(diǎn)，但由于該材料的強(qiáng)度大，其用量可能大大減少了，成本反而降低。譬如在一些大風(fēng)壓的地區(qū)，立柱一般是由強(qiáng)度控制的，如果選用T5的鋁合金型材（價(jià)格相對(duì)較低），當(dāng)計(jì)算強(qiáng)度不夠的時(shí)候，很多設(shè)計(jì)師都習(xí)慣性的通過加大截面來滿足強(qiáng)度的要求，缺忽略了鋁合金型材可以通過選擇材料的不同牌號(hào)和處理狀態(tài)來提高材料的強(qiáng)度這個(gè)細(xì)節(jié)。其實(shí)，如果合理的選用T6的鋁合金型材，強(qiáng)度就可能已經(jīng)滿足，無需通過加大型材截面來彌補(bǔ)強(qiáng)度的不夠，從而降低型材的用量。

在相同的條件下，幕墻的鋁型材成本，取決于單位面積所用的鋁型材用量，也就是取決于型材的截面積。所以，在滿足荷載要求的前提下，如何減小型材的截面積，是優(yōu)化設(shè)計(jì)的一個(gè)重點(diǎn)細(xì)節(jié)。在截面積不變的情況下，可以通過不同的截面設(shè)計(jì)，采用合理的截面形狀、壁厚及內(nèi)腔構(gòu)造，來提高型材的受力性能，從而降低單位面積所用的鋁型材用量。所以說，設(shè)計(jì)師在細(xì)部?jī)?yōu)化設(shè)計(jì)的時(shí)候，如何設(shè)計(jì)截面使該構(gòu)件達(dá)到最大的受力性能也是節(jié)約成本的一種有效辦法。

當(dāng)然，有效降低成本的辦法還可以從面板材料、硅酮膠、五金件、輔材等方面進(jìn)行控制和優(yōu)化。在這里就不一一做詳細(xì)的介紹。

四、對(duì)相關(guān)材料的認(rèn)識(shí)和應(yīng)用

要成為一名優(yōu)秀的幕墻裝飾設(shè)計(jì)人員，既要掌握建筑幕墻的各種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，構(gòu)造設(shè)計(jì)，細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)，又要掌握各種外裝飾材料的規(guī)格、性能、和施工工藝，并大膽的運(yùn)用各種新材料，這樣才能設(shè)計(jì)出完美的作品，才做出經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的優(yōu)化設(shè)計(jì)。

譬如，在某個(gè)工程中，原建筑設(shè)計(jì)的鋁板分格為2500×4000mm，這種現(xiàn)象就是建筑師可能沒有全面掌握外裝飾原材料的生產(chǎn)工藝造成的。如果我們的設(shè)計(jì)師也沒有掌握鋁板的生產(chǎn)工藝和規(guī)格，就很容易照搬建筑師的分格去設(shè)計(jì)。而目前的鋁板原材料的常用規(guī)格為1220X2440，短邊的寬度可以適當(dāng)增加，但廠家會(huì)根據(jù)客戶的要求按照增加不同的尺寸加收超寬的費(fèi)用，而且2500mm的鋁板寬度基本還是做不出來的。這樣一來，如果中標(biāo)了，不但方案實(shí)施不了，還造成了不必要的成本增加，更談不上成本的優(yōu)化了。

大膽的運(yùn)用各種新材料同樣可以做到節(jié)約成本，在某個(gè)工程當(dāng)中，原設(shè)計(jì)在層間梁不透光部位用的是單片鋼化玻璃+50mm厚保溫棉+2mm厚的鋁單板。這個(gè)配置是比較常規(guī)的設(shè)計(jì)，但設(shè)計(jì)師如果對(duì)新的材料比較了解，可能就會(huì)有其他新的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。為何不嘗試一下改用一些新興材料來代替2mm厚鋁單板？在業(yè)主和設(shè)計(jì)院同意的情況下，采用單片玻璃+50mm厚保溫棉+硅酸鈣板（FC板）的做法，硅酸鈣板（FC板）比鋁單板背襯板的價(jià)格也低得多。對(duì)于大面積的公共建筑，這里面優(yōu)化下來的成本不是個(gè)小數(shù)目。

篇3

微分進(jìn)化算法一經(jīng)提出就引起廣泛關(guān)注，1996年該算法參加了首屆IEEE進(jìn)化算法大賽，在所有參賽的進(jìn)化算法中，DE被證明為最優(yōu)的進(jìn)化算法，隨后該算法在各個(gè)領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用。DE算法的機(jī)理與其他進(jìn)化算法類似：初始化種群；對(duì)種群進(jìn)行變異、交叉和選擇操作；更新種群；對(duì)新種群進(jìn)行操作，不斷進(jìn)化更新，直至符合停止條件，結(jié)束優(yōu)化。DE算法的基本操作包括變異、交叉和選擇，與其他進(jìn)化算法最大的不同之處在于他的變異算子是從當(dāng)前種群中選取的多個(gè)任意個(gè)體做差值運(yùn)算、并乘以系數(shù)得到的，而其他一些進(jìn)化算法的變異算子是定義的概率分布函數(shù)。標(biāo)準(zhǔn)微分進(jìn)化算法的進(jìn)本操作計(jì)算如下。變異算子：其中第n代種群中的第i個(gè)個(gè)體可表示為()()()(),1,2,(,,...,)nnnniiiiDXxxx，D為個(gè)體變量的維數(shù)；變異操作后得到的中間個(gè)體記為(n1)iV，其中r1,r2,r3{1,2,..D.,，}為互不相等的實(shí)數(shù)；F是一個(gè)常數(shù)，用來控制變異的比例，通常取F(0,1)；()()()(),1,2,(,,...)nnnniiiiDUuuu為交叉后產(chǎn)生的個(gè)體；()()nifX為(n)iX的適應(yīng)值。本文對(duì)交叉算子進(jìn)行改進(jìn)，基本思想為：隨機(jī)挑選當(dāng)前種群中的三個(gè)個(gè)體作為交叉對(duì)象；按適應(yīng)值從大到小依次排序?yàn)閭€(gè)體1、個(gè)體2、個(gè)體3；將個(gè)體1和個(gè)體2、個(gè)體1和個(gè)體3分別按照標(biāo)準(zhǔn)微分算法的交叉算子進(jìn)行交叉；將兩個(gè)交叉算子所得取平均值，作為新的交叉算子所得結(jié)果。改進(jìn)后的交叉算子保留了標(biāo)準(zhǔn)算法中的全局性（隨機(jī)選取交叉對(duì)象）、增加強(qiáng)了局部搜索能力（將交叉對(duì)象按適應(yīng)值排序，次好的個(gè)體和差的個(gè)體分別與最好的個(gè)體進(jìn)行交叉）、又防止了限于局部最優(yōu)（求取兩個(gè)交叉算子所得的平均值作為最終交叉結(jié)果）。改進(jìn)后的變異算子為：選取三個(gè)測(cè)試函數(shù)對(duì)改進(jìn)后的微分進(jìn)化算法進(jìn)行測(cè)試：二維Schaffer函數(shù)其中三個(gè)函數(shù)的變量范圍均為[100,100],理論最小值均為f(0,0,...,0)0。分別用標(biāo)準(zhǔn)的微分進(jìn)化算法和改進(jìn)的微分進(jìn)化算法對(duì)上述三個(gè)函數(shù)進(jìn)行最小值優(yōu)化搜索，對(duì)對(duì)算法的效率進(jìn)行對(duì)比，參數(shù)設(shè)置如下：標(biāo)準(zhǔn)的微分進(jìn)化算法變異系數(shù)F與交叉系數(shù)CR均取0.5，種群大小20，當(dāng)目標(biāo)值小于1e-6終止迭代，為了使結(jié)果更有說服力，每個(gè)算例將5次測(cè)試的平均迭代步數(shù)作為結(jié)果進(jìn)行對(duì)比；改進(jìn)的微分進(jìn)化算法，交叉方式與系數(shù)與原始微分進(jìn)化算法一致，種群大小20當(dāng)目標(biāo)值小于1e-6終止迭代。測(cè)試結(jié)果如下：以上測(cè)試結(jié)果表明，在三個(gè)測(cè)試函數(shù)最小值優(yōu)化搜索中，改進(jìn)后的微分進(jìn)化算法調(diào)用求解器的次數(shù)分別是標(biāo)準(zhǔn)微分進(jìn)化算法的1/13.7、1/9.2和1/21.7，證明了改進(jìn)后的算法具有更快的收斂速度，優(yōu)化搜索效率更高。

2任意空間的FFD參數(shù)化方法

FFD方法以彈性體受力后變形的思想來解決三維幾何變形問題，能用較少的設(shè)計(jì)變量光滑的描述曲線、曲面、三維幾何體的幾何外形，并能方便的應(yīng)用于整體以及局部外形的修形設(shè)計(jì)，當(dāng)不存在型面交線問題時(shí)還可以很容易地實(shí)現(xiàn)部件整體的平移和扭轉(zhuǎn)。FFD技術(shù)通過建立參數(shù)空間和物理空間之間的映射關(guān)系Xf(x)，來實(shí)現(xiàn)借助對(duì)參數(shù)空間的控制，間接地對(duì)物理幾何進(jìn)行變形、移動(dòng)和扭轉(zhuǎn)操作，其中x為參數(shù)空間的坐標(biāo)，X為物理空間坐標(biāo)。FFD參數(shù)化技術(shù)對(duì)幾何有很強(qiáng)的控制能力，但是控制的效果在很大程度上取決于控制框的布置，也即參數(shù)空間的建立。因此在構(gòu)建控制框時(shí)需要借助分離、對(duì)接以及建立控制點(diǎn)之間的約束關(guān)系降低控制點(diǎn)的自由度等技術(shù)來建立單框、多框、對(duì)接框、約束框和整體框等控制框，來保證曲面變形時(shí)的曲率光滑，實(shí)現(xiàn)局部變形、整體的平移和扭轉(zhuǎn)以及帶約束的變形來減少設(shè)計(jì)變量的個(gè)數(shù)。任意空間的FFD參數(shù)化方法通過如下公式建立參數(shù)空間與物理空間的映射關(guān)系：其中，()ilBs,()jmBt和()knBu分別為了l,m和n次Bernstein多項(xiàng)式基函數(shù)，i,j,kP為控制框的控制點(diǎn)在物理空間內(nèi)的坐標(biāo)，s、t、u為控制框內(nèi)的局部坐標(biāo)。因此若已知幾何在控制框內(nèi)的局部坐標(biāo)和變形后控制點(diǎn)在物理空間的坐標(biāo)，就可以獲得幾何變形后在物理空間內(nèi)的坐標(biāo)。本文利用分離和對(duì)控制點(diǎn)加約束降低控制點(diǎn)自由度的技術(shù)建立了單框，以實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)身后體的局部變形。

3基于緊支函數(shù)的RBF動(dòng)網(wǎng)格技術(shù)

為了實(shí)現(xiàn)計(jì)算網(wǎng)格隨著幾何的改變而改變，本文采用基于緊支函數(shù)的RBF動(dòng)網(wǎng)格技術(shù)。RBF動(dòng)網(wǎng)格技術(shù)通過散亂數(shù)據(jù)插值的過程來實(shí)現(xiàn)網(wǎng)格的運(yùn)動(dòng)計(jì)算。與無限插值方法和彈簧比擬法相比，在任意的結(jié)構(gòu)和非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格體系下，RBF動(dòng)網(wǎng)格技術(shù)對(duì)大變形都有更強(qiáng)的適應(yīng)能力，能夠更有效的控制網(wǎng)格的平移和扭轉(zhuǎn)，同時(shí)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，適合分布式存儲(chǔ)并行計(jì)算，同時(shí)變形效果不依賴于計(jì)算網(wǎng)格的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。RBF動(dòng)網(wǎng)格技術(shù)的變形能力在很大程度上取決于所選取的徑向基函數(shù)()()（其中表示歐氏距離）的數(shù)學(xué)性質(zhì)。緊支型徑向基函數(shù)的函數(shù)值隨著中心距離的減小而減小，且當(dāng)該距離大于緊支半徑后函數(shù)值恒為零。與其它類型的徑向基函數(shù)相比，緊支函數(shù)的特點(diǎn)與動(dòng)網(wǎng)格計(jì)算的要求一致，同時(shí)計(jì)算時(shí)的系數(shù)矩陣為帶狀分布的系數(shù)矩陣，計(jì)算量較小。因此，本文采用基于緊支函數(shù)的RBF動(dòng)網(wǎng)格技術(shù)，來克服基于全局函數(shù)和局部函數(shù)的RBF動(dòng)網(wǎng)格計(jì)算效率較低的缺點(diǎn)?；诰o支函數(shù)的RBF動(dòng)網(wǎng)格通過求解如下方程組來獲得RBF插值函數(shù)的系數(shù)矩陣：其中，2()1，r，r為緊支半徑，根據(jù)定義，當(dāng)1時(shí)，取()0。six和skx為物面的表面網(wǎng)格坐標(biāo)，()skfx為物面表面網(wǎng)格變化前后坐標(biāo)增量，sN為物面網(wǎng)格點(diǎn)的個(gè)數(shù)，iγ為插值系數(shù)。利用共軛梯度法獲得插值系數(shù)后就可以通過以下RBF插值公式得到空間網(wǎng)格點(diǎn)坐標(biāo)增量。1圖1至圖3分別為M6機(jī)翼的初始網(wǎng)格和利用基于緊支函數(shù)的RBF動(dòng)網(wǎng)格技術(shù)對(duì)M6機(jī)翼進(jìn)行彎曲和扭轉(zhuǎn)變形后對(duì)應(yīng)網(wǎng)格，從結(jié)果可以看出基于緊支函數(shù)的RBF動(dòng)網(wǎng)格技術(shù)具有很強(qiáng)的平移和旋轉(zhuǎn)變形能力，能夠進(jìn)行復(fù)雜的網(wǎng)格變形操作。

4優(yōu)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)的建立

本文利用FFD參數(shù)化方法和RBF動(dòng)網(wǎng)格技術(shù)，結(jié)合CFD流場(chǎng)求解技術(shù)、kriging模型和改進(jìn)后的微分進(jìn)化算法，構(gòu)建了如圖4所示的氣動(dòng)優(yōu)化設(shè)計(jì)流程。其中CFD技術(shù)采用雷諾平均N-S方程，SSTk湍流模型。因?yàn)橹苯永肅FD求解器進(jìn)行精確計(jì)算，計(jì)算量較大優(yōu)化效率很低，因此本文采用模型技術(shù)來代替直接的數(shù)值模擬來降低計(jì)算量，其中樣本集通過均勻?qū)嶒?yàn)設(shè)計(jì)法和CFD數(shù)值模擬計(jì)算獲得，本文中計(jì)算網(wǎng)格為1200萬。

5考慮發(fā)動(dòng)機(jī)干擾的尾吊布局民機(jī)后體減阻優(yōu)化設(shè)計(jì)

本文選取的尾吊布局民機(jī)后體布局形式如圖5所示，因?yàn)闄C(jī)身后體與短艙、掛架之間形成的流道的形狀是影響三者之間干擾阻力的重要因素之一[18]，而且當(dāng)飛機(jī)布局形式確定以后，考慮到對(duì)全機(jī)重心位置以及發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣等因素的影響，短艙只能有小幅位置的移動(dòng)，而機(jī)身后體與短艙之間型面的配合對(duì)流道形狀有較大影響，因此本文通過固定短艙和掛架不變，改變機(jī)身后體形狀來研究尾吊布局民機(jī)后體減阻問題。FFD控制框的布置及設(shè)計(jì)變量的選擇如圖6和圖7所示。為了對(duì)后體進(jìn)行局部變形，本文采用能進(jìn)行局部變形的控制單框，控制框在三個(gè)方向各有6、4和3個(gè)控制點(diǎn)，內(nèi)部控制點(diǎn)緊貼著掛架和機(jī)身后體布置。因?yàn)榱鞯赖那鞍氩糠肿顬橹匾?，因此本文選取流道前端的處于控制框內(nèi)部的6個(gè)控制點(diǎn)作為形變擾動(dòng)源，其它控制點(diǎn)固定不動(dòng)，同時(shí)將6個(gè)控制點(diǎn)分成3組，組內(nèi)的2個(gè)控制點(diǎn)的移動(dòng)形式完全一樣，同時(shí)要求這3組控制點(diǎn)只能沿著掛架前緣線的方向移動(dòng)，這樣不僅將設(shè)計(jì)變量減少到3個(gè)，同時(shí)在使機(jī)身后體有足夠變形擾動(dòng)的情況下保證掛架型面基本沒有變化。設(shè)計(jì)狀態(tài)為，M=0.86，Cl=0.38，Re=2.1×107，設(shè)計(jì)目標(biāo)為阻力最小，幾何約束為機(jī)身寬度變化量不超過10%，同時(shí)保證機(jī)身后體曲面光順。在構(gòu)建Kriging模型時(shí)，采用均勻?qū)嶒?yàn)設(shè)計(jì)法選取樣本，樣本容量50個(gè)，利用改進(jìn)的微分進(jìn)化算法進(jìn)行優(yōu)化搜索，群體規(guī)模為20，迭代次數(shù)85。圖8給出了收斂歷程，從圖9可以看出優(yōu)化后機(jī)身后體靠近短艙唇口位置向內(nèi)收縮，機(jī)身與短艙之間形成了一個(gè)近似擴(kuò)張的流管，掛架形狀基本沒有改變，但面積有所增大。優(yōu)化結(jié)果利用N-S方程全湍計(jì)算進(jìn)行校核，表2表明優(yōu)化后全機(jī)阻力減少2.67%，其中壓差阻力減少6.6%，摩擦阻力略有增大。從圖10至圖12可以看出，初始模型在掛架、短艙前端有很高的吸力峰，尤其在掛架下表面前端有一個(gè)激波誘導(dǎo)分離區(qū)，使得初始模型有較大的壓差阻力，經(jīng)過優(yōu)化機(jī)身與短艙之間的流道有收縮擴(kuò)張管變?yōu)閿U(kuò)張管道，使得氣流加速減弱，使得掛架、短艙之間的吸力峰減小，掛架下表面前端的分離區(qū)消失，因此壓差阻力減小。優(yōu)化后壓差阻力的減小也就是機(jī)身、掛架和短艙之間干擾阻力的減小。圖13為空化掛架后初始模型與優(yōu)化模型的表面壓力云圖，可以看出，初始模型在短艙最大寬度位置處，機(jī)身和短艙之間有比較大的低壓區(qū)并伴有激波，而優(yōu)化模型僅在短艙唇口附近才有范圍較小、強(qiáng)度較弱的低壓區(qū)。機(jī)身與短艙之間的低壓區(qū)與掛架的前緣吸力峰相互干擾，使得吸力峰的強(qiáng)度和位置發(fā)生變化。圖14為優(yōu)化前后在掛架同一截面位置（剖面位置如圖14所示）處掛架表面Cp對(duì)比圖，從圖中可以看出對(duì)于初始模型掛架上下表面的吸力峰很高而且位置靠后，后面伴隨著較強(qiáng)的激波，而優(yōu)化模型掛架下表面的吸力峰值減小很多，激波被削弱并且位置前移，使得阻力減小，同時(shí)上表面已經(jīng)沒有了明顯的峰值，壓力變化比較和緩。

6結(jié)論

篇4

關(guān)鍵詞：計(jì)量；優(yōu)化設(shè)計(jì)；電流互感器；復(fù)合變比

作者簡(jiǎn)介：趙朋昌（1984-），男，山東肥城人，山東省寧陽(yáng)縣供電公司生產(chǎn)技術(shù)部，助理工程師；趙娜（1983-），女，山東泰安人，山東省寧陽(yáng)縣供電公司發(fā)展策劃部，助理工程師。（山東 寧陽(yáng) 271400）

中圖分類號(hào)：TM452?????文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A?????文章編號(hào)：1007-0079（2012）30-0136-01

由于電力計(jì)量系統(tǒng)中電流互感器的計(jì)量范圍受限，電力計(jì)量中普遍存在著比較嚴(yán)重的超負(fù)荷、低負(fù)荷運(yùn)行情況下的漏電或竊電現(xiàn)象，供電部門一般都將其視為線損，導(dǎo)致在低負(fù)荷或超負(fù)荷情況下計(jì)量失準(zhǔn)造成漏計(jì)量。實(shí)際用電時(shí)，特別是電力負(fù)荷比較大的客戶，用電負(fù)荷并不是一成不變的，而是隨時(shí)間不斷變化的，當(dāng)用電負(fù)荷達(dá)到電流互感器額定電流20%～120%的范圍之內(nèi)時(shí)，電流互感器誤差較小，能夠滿足準(zhǔn)確級(jí)精度要求，從而確保電能計(jì)量的精確性，但是當(dāng)負(fù)荷超過電流互感器額定電流的120%或者低于20%時(shí)，電流互感器就會(huì)產(chǎn)生較大的誤差，超出的越多，誤差增加的就越多，電力計(jì)量準(zhǔn)確與否，將直接影響供用電雙方公平交易。針對(duì)這一問題，寧陽(yáng)縣供電公司在變電站新建、改造、擴(kuò)建及業(yè)擴(kuò)工程設(shè)計(jì)階段詳細(xì)分析每條出線的負(fù)荷特點(diǎn)，根據(jù)每條出線的用電性質(zhì)、負(fù)荷變化情況合理選用多變比電流互感器，同時(shí)利用復(fù)合變比電流互感器自動(dòng)轉(zhuǎn)換計(jì)量裝置，通過實(shí)時(shí)在線檢測(cè)，確定當(dāng)前運(yùn)行的負(fù)荷電流的大小，經(jīng)過內(nèi)部比對(duì)分析后，自動(dòng)發(fā)指令，自動(dòng)調(diào)節(jié)計(jì)量裝置在小變比和大變比之間的準(zhǔn)確切換。通過以上優(yōu)化設(shè)計(jì)可大大減少在低負(fù)荷、超負(fù)荷運(yùn)行情況下的漏電或竊電現(xiàn)象，降低相應(yīng)線路的線損率，提高經(jīng)濟(jì)效益。

一、電力計(jì)量?jī)?yōu)化設(shè)計(jì)實(shí)施過程

1.估算每條線路的負(fù)荷

對(duì)公司變電站出線，根據(jù)此條線路上所接配變總負(fù)荷及負(fù)荷同時(shí)率計(jì)算出每條線路所帶負(fù)荷，此時(shí)應(yīng)考慮該條線路所帶區(qū)域五年內(nèi)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展情況，據(jù)此可以估算出此條線路的最大負(fù)荷。對(duì)變電站內(nèi)的用戶專線，可根據(jù)用戶的裝機(jī)負(fù)荷及負(fù)荷同時(shí)率計(jì)算出專線所帶最大負(fù)荷。對(duì)企事業(yè)單位等用戶報(bào)裝配電變壓器，可根據(jù)用戶所報(bào)負(fù)荷和實(shí)際勘察情況計(jì)算出該變壓器所帶最大負(fù)荷，從而選擇相應(yīng)容量的配電變壓器。

2.確定用電類型

對(duì)不同的用電情況進(jìn)行分類是電力計(jì)量?jī)?yōu)化設(shè)計(jì)的前提。不同類型的用電客戶，用電情況也千差萬別，綜合分析各種用電客戶的實(shí)際情況基本可以將用電客戶分為以下幾種類型：日常用電型、不間斷用電型、季節(jié)性用電型、間歇性用電型、階段性用電型和不確定性型等七種用電類型。以上七種用電方式中只有不間斷用電型客戶用電負(fù)荷相對(duì)穩(wěn)定，基本無變化，如自來水供應(yīng)等二十四小時(shí)不間斷生產(chǎn)的電力客戶。其他類型用電客戶的用電負(fù)荷總是會(huì)出現(xiàn)比較大的變化，比如季節(jié)性用電的農(nóng)田灌溉，甚至有些住宅小區(qū)用電負(fù)荷季節(jié)性變化都很大，夏季和冬季時(shí)，空調(diào)和電暖氣用電負(fù)荷較大，春秋季節(jié)，天氣涼爽，用電負(fù)荷也降到了最小，這也是比較典型的季節(jié)性用電類型。日常用電型的客戶大部分是辦公大樓、學(xué)校、住宅區(qū)等，這些客戶用電十分有規(guī)律，一般是上午上班時(shí)間打開電腦、空調(diào)等各種用電設(shè)備，用電負(fù)荷快速增長(zhǎng)并達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)，下班時(shí)間多數(shù)用電設(shè)備短時(shí)間內(nèi)關(guān)閉，用電負(fù)荷迅速降低；住宅小區(qū)的用電特點(diǎn)是，用電高峰一般都集中在中午十二點(diǎn)左右和晚上七點(diǎn)左右，其余時(shí)間用電負(fù)荷較小。階段性用電的客戶如鋼廠、泵站等。它們是分階段用電的，產(chǎn)能受銷售或需求影響，開機(jī)時(shí)間無規(guī)律，但是一旦開機(jī)，其用電負(fù)荷會(huì)保持在一個(gè)平穩(wěn)的區(qū)間；還有間歇性用電型客戶，如石油行業(yè)的抽油機(jī)等，這種用電類型用電負(fù)荷基本是不斷變化且沒有規(guī)律的；此外還有不確定性用電，如大型活動(dòng)場(chǎng)館等，此類用電類型平時(shí)處于長(zhǎng)時(shí)間空載運(yùn)行或輕載運(yùn)行，當(dāng)有大型活動(dòng)需要時(shí)才運(yùn)行至正常負(fù)荷區(qū)間。以上幾種用電客戶用電時(shí)間和用電負(fù)荷大小的變化是比較大的，這就要求計(jì)量用電流互感器的計(jì)量范圍必須足夠大、計(jì)量精度必須足夠高，否則在長(zhǎng)期空載運(yùn)行或輕載運(yùn)行的過程中會(huì)造成計(jì)量丟失或計(jì)量失準(zhǔn)。

3.選擇計(jì)量用電流互感器的變比

（1）根據(jù)負(fù)荷情況確定計(jì)量用電流互感器的變比。對(duì)公司所屬變電站出線，根據(jù)估算出的負(fù)荷情況，可計(jì)算出滿負(fù)荷時(shí)該條線路的電流值，從而確定計(jì)量用電流互感器的變比。對(duì)用戶配電變壓器，根據(jù)變壓器的容量計(jì)算出滿負(fù)荷時(shí)的電流值，從而確定電流互感器的變比。選定電流互感器的變比時(shí)盡量兼顧最大和最小負(fù)荷，當(dāng)不能兼顧大小負(fù)荷時(shí)，就要寧大勿小，因?yàn)槌?fù)荷時(shí)的漏電量，比低負(fù)荷時(shí)要大的多，如果設(shè)計(jì)小的變比，一旦超負(fù)荷，電量損失的就更嚴(yán)重。

（2）根據(jù)負(fù)荷變化范圍確定計(jì)量用電流互感器的變比范圍。不同用電類型的客戶，其負(fù)荷變化的范圍也不盡相同，如果是連續(xù)生產(chǎn)的企業(yè)，用電負(fù)荷變化不大，只要確定最大用電負(fù)荷，配用合適變比的電流互感器，其用電負(fù)荷是不會(huì)超出或低出電流互感器的準(zhǔn)確計(jì)量范圍的。當(dāng)用電單位的配電變壓器容量很大或有多臺(tái)變壓器時(shí)，用電負(fù)荷從一臺(tái)低負(fù)荷運(yùn)行到多臺(tái)滿負(fù)荷運(yùn)行或從最大負(fù)荷到最小負(fù)荷，用電負(fù)荷會(huì)在較大范圍內(nèi)變化，如果按多臺(tái)變壓器的總?cè)萘看_定電流互感器的變比，當(dāng)全部變壓器的運(yùn)行負(fù)荷之和在總?cè)萘康?0%～120%時(shí)，計(jì)量的準(zhǔn)確性就很高，然而當(dāng)全部變壓器的運(yùn)行負(fù)荷之和在總?cè)萘康?0%以下或120%以上時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)計(jì)量不準(zhǔn)確的現(xiàn)象。由此可見，選擇計(jì)量用電流互感器的變比時(shí)要統(tǒng)籌考慮用電負(fù)荷的變化范圍，以防止或減少低負(fù)荷和超負(fù)荷時(shí)的漏計(jì)量問題，那就必須根據(jù)負(fù)荷電流變化范圍選取一種計(jì)量范圍寬的多變比電流互感器，即復(fù)合變比型電流互感器。這種互感器就是同時(shí)具備兩個(gè)或兩個(gè)以上變比的電流互感器，其中大變比一般是小變比的2～5倍，這樣就可以在用電負(fù)荷較小時(shí)，讓其運(yùn)行在電流互感器的小變比，用電負(fù)荷較大時(shí)讓其運(yùn)行在大變比，以減少因超負(fù)荷或低負(fù)荷造成電流互感器的計(jì)量失準(zhǔn)，從而導(dǎo)致的漏電或竊電。

4.實(shí)現(xiàn)復(fù)合變比轉(zhuǎn)換的自動(dòng)化

一是在實(shí)際電力計(jì)量過程中，當(dāng)用電負(fù)荷增加到一定量，需要更換電流互感器的變比時(shí)，必須先停電才能從小變比換到大變比，不可能隨著用電負(fù)荷的變化頻繁更換電流互感器的大小變比。因此，用人工更換電流互感器變比的辦法是不現(xiàn)實(shí)的。二是在更換了電流互感器的變比后，用電的倍率也發(fā)生變化。因此運(yùn)行在不同變比時(shí)，計(jì)量電量不能真實(shí)反映實(shí)際用電量；為了得到準(zhǔn)確數(shù)據(jù)就要使用兩套計(jì)量裝置來分別計(jì)量電量，這樣在同一線路上使用兩套或多套計(jì)量裝置，這種方法可操作性不高。三是既使更改了電流互感器的變比，計(jì)量裝置也不能計(jì)算出在某個(gè)變比下電流互感器的運(yùn)行時(shí)間，因而無法準(zhǔn)確計(jì)算出用電量。

針對(duì)以上問題，寧陽(yáng)縣供電公司在設(shè)計(jì)計(jì)量系統(tǒng)時(shí)采用復(fù)合變比電流互感器自控轉(zhuǎn)換計(jì)量裝置，這種裝置是一種智能化自動(dòng)轉(zhuǎn)換變比的計(jì)量裝置，與復(fù)合變比電流互感器配套使用，在運(yùn)行過程中，會(huì)隨時(shí)檢測(cè)線路電流的變化，當(dāng)線路電流增加到電流互感器小變比額定電流值時(shí)，即可轉(zhuǎn)換到電流互感器的大變比運(yùn)行，當(dāng)線路運(yùn)行電流下降到電流互感器大變比額定電流值的20%時(shí)，又自動(dòng)轉(zhuǎn)換到電流互感器的小變比運(yùn)行，這樣就完成了一個(gè)轉(zhuǎn)換過程。在整個(gè)計(jì)量過程中，因在自動(dòng)轉(zhuǎn)換裝置內(nèi)部電路中已將兩個(gè)不同變比的倍率調(diào)整成同一倍率，所以在整個(gè)變比轉(zhuǎn)換過程中不需要分別記錄運(yùn)行時(shí)間，在整個(gè)過程計(jì)量用電量時(shí)，均可按一個(gè)統(tǒng)一的倍率計(jì)算實(shí)際用電量，從而實(shí)現(xiàn)了復(fù)合變比電流互感器的自動(dòng)計(jì)量，寬范圍計(jì)量。這種計(jì)量方式，在保證了電流互感器計(jì)量精度的同時(shí)，解決了電流互感器在低負(fù)荷和超負(fù)荷時(shí)的漏計(jì)量，因此，這種計(jì)量方式非常適用于日常型用電、季節(jié)性用電和負(fù)荷變化較大的電能計(jì)量客戶，來杜絕低負(fù)荷和超負(fù)荷漏計(jì)量或竊電，降低線路損耗。

二、應(yīng)用效果

寧陽(yáng)縣供電公司在設(shè)計(jì)階段即優(yōu)化電力計(jì)量用電流互感器的配置，取得了良好的效果。以磁窯變電站10kV高鐵線為例，該線路原電流互感器變比600/5，線路上安裝1000kVA變壓器8臺(tái)，變電容量達(dá)8000kVA，但是由于用電同時(shí)率忽高忽低，導(dǎo)致用電負(fù)荷變化較大，該線路電流有時(shí)在50A左右徘徊，有時(shí)能達(dá)到450A，在較小電流狀態(tài)下，電流互感器不能準(zhǔn)確計(jì)量，從而導(dǎo)致電量流失，將原電流互感器改裝成一組200～600/5A的復(fù)合變比電流互感器和三倍率的自動(dòng)轉(zhuǎn)換計(jì)量裝置后，運(yùn)行了兩個(gè)月后，電量損耗降低了2.95%。另以寧陽(yáng)縣陽(yáng)光景園小區(qū)和弘盛現(xiàn)代城小區(qū)為例，兩個(gè)小區(qū)變壓器容量均為1600kVA，變壓器型號(hào)相同，用電類型相同，月用電量相當(dāng)，但是陽(yáng)光景園小區(qū)的計(jì)量裝置采用了復(fù)合變比電流互感器自動(dòng)轉(zhuǎn)換裝置，而弘盛現(xiàn)代城小區(qū)的計(jì)量電流互感器為單變比，兩者相比，陽(yáng)光景園小區(qū)的電量損耗比弘盛現(xiàn)代城小區(qū)低4.2%。

三、結(jié)論

經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計(jì)后的變電站出線或用戶變電站，其計(jì)量裝置一直在最佳狀態(tài)下運(yùn)行，運(yùn)行一段時(shí)間后線損均出現(xiàn)不同程度的下降，有效的減少了由于嚴(yán)重的低負(fù)荷、超負(fù)荷所造成的漏計(jì)電量，使電能計(jì)量更準(zhǔn)確，大大降低了線路損耗，有力促進(jìn)了電力交易的公平性和合理性，同時(shí)為寧陽(yáng)縣供電公司創(chuàng)造了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)：

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[2]陳文民.負(fù)荷不正常對(duì)計(jì)量的影響[J].農(nóng)村電氣化，2008，（5）.

篇5

關(guān)鍵詞：可靠度;橋梁結(jié)構(gòu);優(yōu)化模型;設(shè)計(jì)研究方向；樁頂 ；分聯(lián)墩蓋梁

Abstract: Based on the reliability optimization design of bridge structure will be a whole research as a bridge structure, but also random uncertainty factors and treatment of bridge structure design, than the conventional optimization design is more reasonable. This paper describes the reliability optimization design of bridge structure and the direction of development based on the basic idea of.

Key words: reliability; bridge structure; optimization model; research direction; pile; sectional pier

中圖分類號(hào)：TU2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： 文章編號(hào)：

引言

橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本原則是安全、適用和經(jīng)濟(jì)。傳統(tǒng)的橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要是采用定值設(shè)計(jì)的方法，既不能描述和處理橋梁結(jié)構(gòu)中客觀存在的各種不確定性因素，也不能定量地分析計(jì)算安全、適用及經(jīng)濟(jì)的各項(xiàng)指標(biāo)，更無法科學(xué)地協(xié)調(diào)它們之間的矛盾，使它們達(dá)到合理的平衡。事實(shí)上，傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法追求的是一個(gè)滿足設(shè)計(jì)規(guī)范條件下的最低水平設(shè)計(jì)，因而提出新思路、研究新方法是十分必要的。

1、橋梁優(yōu)化設(shè)計(jì)特點(diǎn)分析

結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)在橋梁工程領(lǐng)域日益受到重視，但其應(yīng)用的范圍和程度還很不理想。其原因除了橋梁工程設(shè)計(jì)取費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)不利于推動(dòng)優(yōu)化技術(shù)之外，還可歸結(jié)為橋梁工程結(jié)構(gòu)優(yōu)化問題的如下特點(diǎn)：

1.1橋梁工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的大量不確定性。如外部環(huán)境(荷載和結(jié)構(gòu)所處場(chǎng)地類型等)的不確定性、結(jié)構(gòu)本身的不確定性(結(jié)構(gòu)材料性能、截面幾何參數(shù)和計(jì)算模式的精度等不確定因素導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗力的不確定性)、結(jié)構(gòu)整體分析中由于模型簡(jiǎn)化的誤差而導(dǎo)致的不確定性等。為了充分考慮所涉及到的各種不確定性因素(目前主要考慮隨機(jī)性因素)，必須采用結(jié)構(gòu)可靠度理論。

1.2橋梁工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則的多重性。包括承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)、正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)以及與其它特殊功能要求相聯(lián)系的極限狀態(tài)。

1.3結(jié)構(gòu)優(yōu)化目標(biāo)的多樣性。對(duì)橋梁工程來說，人們既要求在目標(biāo)方面考慮結(jié)構(gòu)造價(jià)，還要考慮不同功能的失效概率和失效損失造成的失效損失期望、結(jié)構(gòu)運(yùn)行和維修費(fèi)用等在內(nèi)的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，還可以以某些特定結(jié)構(gòu)功能為目標(biāo)。另外，目標(biāo)函數(shù)的性質(zhì)也很復(fù)雜，既有設(shè)計(jì)變量的顯式函數(shù)(結(jié)構(gòu)的重量或造價(jià))，又有設(shè)計(jì)變量的非線性、高度隱式函數(shù)(結(jié)構(gòu)的失效損失期望);而且由結(jié)構(gòu)造價(jià)和結(jié)構(gòu)損失期望的加權(quán)和所構(gòu)成的統(tǒng)一目標(biāo)函數(shù)不具有對(duì)設(shè)計(jì)變量的單調(diào)性。

2、橋梁設(shè)計(jì)中混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)內(nèi)容 2.1橋梁上部結(jié)構(gòu)細(xì)部設(shè)計(jì) ①橋面鋪裝。橋面鋪裝是橋梁與車輛直接接觸的部件，也是橋面排水的第一道防線。橋面鋪裝一方面承受著汽車的沖擊碾壓剪切作用，另一方面又承受著主梁傳遞的反復(fù)應(yīng)力和撓變，經(jīng)常出現(xiàn)早期損壞，進(jìn)而破壞橋面防水系統(tǒng)，最終導(dǎo)致主梁受橋面水影響而腐蝕主筋，鋪裝混凝土逐漸與主梁剝離，削弱了主梁的受力性能，影響了整個(gè)結(jié)構(gòu)的安全性和耐久性。②橋面防水層。橋面鋪裝與主梁之間的防水層是防止橋面水滲入主梁的第二道防線。不少設(shè)計(jì)中僅單一采用防水混凝土進(jìn)行防水。 由于防水混凝土屬于剛性防水層，一旦開裂后防水性能便大為下降。③主梁。主梁是全橋的主要承力構(gòu)件，一般在設(shè)計(jì)當(dāng)中均要進(jìn)行整體分析和局部分析，重視程度很高，從理論計(jì)算角度均能滿足規(guī)范要求?？墒窃趯?shí)際運(yùn)營(yíng)當(dāng)中，主梁（主要是箱梁）箱體內(nèi)長(zhǎng)期大量積水的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，甚至積水灌滿箱體的情況也有發(fā)生，極大地?fù)p傷了主梁的預(yù)應(yīng)力鋼筋和普通鋼筋，使得主梁安全性大大下降。究其原因，很大程度上是對(duì)于主梁細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)的不到位，主梁排水構(gòu)造設(shè)置不夠完善，橋面積水在長(zhǎng)時(shí)間不能排出橋外時(shí)便通過梁頂裂隙進(jìn)入箱體，進(jìn)而在箱體內(nèi)不斷積累，最終形成箱體內(nèi)積水。④伸縮縫。伸縮縫是橋面的重要組成部分，直接影響著橋梁的伸縮性、舒適性。由于對(duì)主梁收縮徐變考慮不足，經(jīng)常出現(xiàn)的問題是型號(hào)選擇不當(dāng)，導(dǎo)致梁端或在最高溫度時(shí)擠壓損壞，或在最低溫度時(shí)拉壞梁體。伸縮縫在保證梁體縱向伸縮的同時(shí)，也應(yīng)重視防水設(shè)計(jì)。在很多設(shè)計(jì)中，采用直線式伸縮縫，這樣做固然設(shè)計(jì)比較方便，但在橋梁兩端的護(hù)欄處成為主要的漏水區(qū)域。因此，建議選用橫向兩端有翹頭的伸縮縫，使得整個(gè)伸縮縫形成一個(gè)閉合良好的U型槽，可以有效避免橋面積水沿伸縮縫這個(gè)排水薄弱環(huán)節(jié)下泄到分聯(lián)梁端及分聯(lián)墩蓋梁上。

2.2橋梁下部結(jié)構(gòu)的細(xì)部設(shè)計(jì) 分聯(lián)墩蓋梁 分聯(lián)墩處由于上部結(jié)構(gòu)設(shè)置伸縮縫，橋面水經(jīng)常通過伸縮縫薄弱環(huán)節(jié)泄漏到分聯(lián)墩蓋梁上，尤其是采用除冰鹽的地區(qū)，分聯(lián)墩蓋梁長(zhǎng)期承受著腐蝕性除冰鹽水的腐蝕。因此，分聯(lián)墩蓋梁頂面應(yīng)該設(shè)置橫坡以便排走橋面流下的水，并且要在蓋梁保護(hù)層厚度方面重點(diǎn)考慮防腐蝕要求。另外，為了防止腐蝕性鹽水順墩身流下，避免對(duì)墩身和樁基產(chǎn)生不利的影響，設(shè)計(jì)中可在蓋梁挑檐上設(shè)置滴水槽。樁頂 橋梁樁基安全直接決定著橋梁的整體安全，是橋梁設(shè)計(jì)的重中之重。樁基頂部與承臺(tái)或墩身相連，受截面突變的影響，屬于應(yīng)力集中的部位。橋梁樁頂一般設(shè)計(jì)于地面線附近，受地面水、地下水、橋面排下的含除冰鹽的冰水、地面土（尤其像鹽漬土、土中有機(jī)質(zhì)）等因素中的一種或幾種的影響，經(jīng)常處于干濕交替和腐蝕性環(huán)境，對(duì)于樁基頂部的鋼筋混凝土耐久性產(chǎn)生較大的不利作用。因此，樁基尤其是樁頂?shù)脑O(shè)計(jì)中必須要根據(jù)樁頂處的水位情況、土質(zhì)情況合理判定環(huán)境等級(jí)，選擇相應(yīng)的耐久性設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，最終確定保護(hù)層厚度。

3、結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)研究方向

基于可靠度的橋梁結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，重點(diǎn)研究和解決以下問題：

3.1研究符合橋梁結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的、實(shí)用可行的優(yōu)化模型。

3.2研究橋梁結(jié)構(gòu)各構(gòu)件的邏輯功能關(guān)系。在結(jié)構(gòu)體系可靠度理論中，研究較多較成熟的是“串聯(lián)系統(tǒng)”，因此，如何將橋梁結(jié)構(gòu)劃分為若干具有串聯(lián)關(guān)系的單元(單元可以是單個(gè)構(gòu)件，也可以是構(gòu)件的組合，這種組合可能出現(xiàn)并聯(lián)關(guān)系或混合關(guān)系)，也是一個(gè)十分有意義的問題，可使問題得到簡(jiǎn)化。

3.3研究單元(構(gòu)件)失效之間、失效模式之間的相關(guān)性問題?？煽慷扔?jì)算是結(jié)構(gòu)優(yōu)化過程中非常關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，為此，合理考慮各單元(構(gòu)件)失效間的相關(guān)性及失效模式間的相關(guān)性是非常重要的。

4、基于可靠度的結(jié)構(gòu)優(yōu)化水平的劃分及公路橋梁結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)

基于可靠度的結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法按其設(shè)計(jì)變量的特性可劃分為四個(gè)優(yōu)化水平，分別是：水平一：截而優(yōu)化，以截而尺寸作為設(shè)計(jì)變量;水平二：形狀優(yōu)化，以截而尺寸和描述形狀的幾何尺寸作為設(shè)計(jì)變量;水平二：結(jié)構(gòu)優(yōu)化，以截而尺寸、描述形狀的幾何尺寸和結(jié)構(gòu)特性參數(shù)作為設(shè)計(jì)變量;水平四：總體優(yōu)化，以截而尺寸、描述形狀的幾何尺寸、結(jié)構(gòu)特性參數(shù)和材料參數(shù)作為設(shè)計(jì)變量。

公路橋梁結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì) 結(jié)構(gòu)優(yōu)化模型 基于可靠度的橋梁結(jié)構(gòu)優(yōu)化模型可以決策出各個(gè)構(gòu)件的最優(yōu)可靠度,各個(gè)構(gòu)件的優(yōu)化設(shè)計(jì)就是以最小的造價(jià)實(shí)現(xiàn)它的最優(yōu)可靠度,這就將結(jié)構(gòu)整體優(yōu)化設(shè)計(jì)方法分成以下三個(gè)方面: 選擇設(shè)計(jì)變量 一般把對(duì)設(shè)計(jì)要求起主要影響作用的參數(shù)作為設(shè)計(jì)變量,如目標(biāo)控制參數(shù)(結(jié)構(gòu)造價(jià)C1和損失期望C2)和約束控制參數(shù)(結(jié)構(gòu)的可靠度PS);而將那些對(duì)設(shè)計(jì)要求來講,變化范圍不大或是根據(jù)結(jié)構(gòu)要求或局部性的設(shè)計(jì)考慮就能滿足設(shè)計(jì)要求的參數(shù)等作為預(yù)定參數(shù),這可以大大減少設(shè)計(jì)、計(jì)算和編制程序的工作量。 確定目標(biāo)函數(shù) 一般用全橋所設(shè)計(jì)的梁結(jié)構(gòu)造價(jià)之和作為目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。首先,假設(shè)所設(shè)計(jì)的梁在使用期內(nèi)失效概率為PF,其失效以達(dá)到或超過極限狀態(tài)為標(biāo)志,一旦結(jié)構(gòu)損壞必須考慮重建。因此,橋梁結(jié)構(gòu)的可靠度優(yōu)化設(shè)計(jì)問題就歸結(jié)為尋求一組滿足預(yù)定條件的截面幾何尺寸和鋼筋截面積以及失效概率PF,從而使總費(fèi)用C最小。 minC=C1+ C2PF 式中,C:目標(biāo)函數(shù); C1:結(jié)構(gòu)造價(jià); C2:結(jié)構(gòu)的損失期望,失效概率為PF時(shí)可能造成的失效結(jié)構(gòu)的恢復(fù)費(fèi)用。結(jié)構(gòu)失效概率為PF。 確定約束條件 公路橋梁結(jié)構(gòu)基于可靠度優(yōu)化設(shè)計(jì)的約束條件,則包括尺寸約束、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度約束、應(yīng)力約束、變形約束、裂縫寬度約束、構(gòu)件單元約束、結(jié)構(gòu)體系約束、從正常使用極限狀態(tài)下的彈性約束到最終極限狀態(tài)的彈塑性約束、從可靠指標(biāo)約束到確定性約束條件等。在設(shè)計(jì)中,要使結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)應(yīng)用于實(shí)際橋梁工程,則是將公路橋梁設(shè)計(jì)中實(shí)際的約束條件與目標(biāo)約束條件相比較,保證各約束條件都符合現(xiàn)行規(guī)范的要求,以實(shí)現(xiàn)最優(yōu)設(shè)計(jì)。

篇6

一、透析教材的“點(diǎn)”――有效整合

在小學(xué)數(shù)學(xué)教材中，每一課教學(xué)內(nèi)容都有起關(guān)鍵作用的知識(shí)點(diǎn)，這也是我們課堂教學(xué)的重點(diǎn)內(nèi)容。因此，對(duì)于教材中的這一些知識(shí)點(diǎn)，我們要進(jìn)行透析，做到有效整合。

1.把握知識(shí)本質(zhì)點(diǎn)。由于小學(xué)生的年齡比較小，他們的思維能力是以形象思維為主，為了迎合學(xué)生的這一思維特點(diǎn)。在小學(xué)數(shù)學(xué)教材中，很多知識(shí)內(nèi)容都以描述性的語(yǔ)言進(jìn)行表述。例如，在“圓的認(rèn)識(shí)”中，關(guān)于直徑和半徑的定義都是基于圖形的，教材的呈現(xiàn)形式是“像AB這樣的線段叫圓的直徑”“OA這樣的線段叫圓的半徑”。

但是，作為一名小學(xué)數(shù)學(xué)老師，我們要明確相關(guān)概念的真正內(nèi)涵，著眼完整的知識(shí)體系，去引領(lǐng)建立數(shù)學(xué)知識(shí)網(wǎng)。這是數(shù)學(xué)老師的根本要求。所以，數(shù)學(xué)教師閱讀教材要讀出這些概念的“本質(zhì)”，把握準(zhǔn)本質(zhì)內(nèi)容，還原數(shù)學(xué)真實(shí)面貌，再?gòu)脑搭^思考，選擇更合適的教學(xué)方式。

2.把握知識(shí)“聯(lián)點(diǎn)”。所謂知識(shí)“聯(lián)點(diǎn)”就是指知識(shí)點(diǎn)間的先后承接關(guān)系。在小學(xué)數(shù)學(xué)教材中，往往給我們呈現(xiàn)的是知識(shí)間的一種并列關(guān)系，實(shí)質(zhì)上這是一種“假關(guān)聯(lián)”的呈現(xiàn)方式。

例如，在小學(xué)數(shù)學(xué)教材中，三角形面積計(jì)算公式就是承接在長(zhǎng)方形、平行四邊形面積計(jì)算基礎(chǔ)之上的。于是，很多老師會(huì)誤認(rèn)為這種先后性就是知識(shí)點(diǎn)間的關(guān)聯(lián)。比如，正方形的周長(zhǎng)計(jì)算和長(zhǎng)方形周長(zhǎng)計(jì)算。我們習(xí)慣上依正方形是特殊長(zhǎng)方形這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，就在周長(zhǎng)計(jì)算探索時(shí)也進(jìn)行了這種關(guān)聯(lián)假定，先學(xué)長(zhǎng)方形周長(zhǎng)，再學(xué)正方形周長(zhǎng)計(jì)算。其實(shí)，正方形周長(zhǎng)和長(zhǎng)方形周長(zhǎng)計(jì)算的基點(diǎn)都是周長(zhǎng)的含義（所有邊長(zhǎng)之和就是封閉平面圖形周長(zhǎng)），這兩個(gè)知識(shí)點(diǎn)是一種并列關(guān)系。所以，教學(xué)時(shí)我們完全可以打破教材的序列設(shè)定。而將正（長(zhǎng)）方形周長(zhǎng)計(jì)算置于平面圖形周長(zhǎng)計(jì)算這個(gè)基點(diǎn)上進(jìn)行發(fā)散，實(shí)現(xiàn)知識(shí)的合理整合教學(xué)。

二、深讀教材的“線”――深化實(shí)施

每一課都有一條突出教學(xué)內(nèi)容的教學(xué)主線。但是新課程下的小學(xué)數(shù)學(xué)教材，往往圖文并茂，教材中給我們呈現(xiàn)的是大量的情境圖。這就需要我們?nèi)ド钊胪诰蚪滩谋澈蟮闹R(shí)主線，讓這一條教學(xué)主線貫穿一堂課的始終，這樣，我們進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)才能突出教學(xué)重點(diǎn)和關(guān)鍵。

例如，《2的乘法口訣》一課中，教材通過淘氣幫媽媽分筷子這一情境圖來呈現(xiàn)。什么是這一情境圖后的知識(shí)“主線”呢？其實(shí)這一情境圖的關(guān)鍵要素是“2”，因?yàn)橐浑p筷子兩根在生活中是固定的，與2的乘法口訣有直接關(guān)聯(lián)。所以，“一雙筷子2根”就是這個(gè)內(nèi)容的主線，我們的教學(xué)設(shè)計(jì)就要圍繞這條主線展開。

課堂上，我這樣設(shè)計(jì)導(dǎo)課：小朋友都做過客吧。看淘氣家今天要來客人啦，他正在幫媽媽活。（出示書上的圖片：一個(gè)小朋友圍著一張桌子在分一雙雙的筷子。）

師：你會(huì)分嗎

師：小朋友們，一雙筷子幾根？

生：兩根。

師：那她就是說相當(dāng)于1個(gè)2，能用乘法式子表示拿1雙筷子得到根數(shù)嗎？

師：那，你能從拿2雙、3雙一直到9雙，分別用乘法式子記錄拿到根數(shù)嗎？

請(qǐng)幫助淘氣將分的結(jié)果記在表記錄中。

學(xué)生在這一張表格的輔助下，進(jìn)行了自主擺一擺邊記錄邊交流。

這樣通過一雙筷子這個(gè)道具，為學(xué)生頭腦中理解2的乘法口訣提供了最簡(jiǎn)潔的表象物，并形成了一條加強(qiáng)記憶的線索。我們解讀教材，應(yīng)該敏銳的發(fā)現(xiàn)素材中這類線索，并依此助推學(xué)生的思維水平提升。

三、拓展教材的“面”――遷移延伸

數(shù)學(xué)以學(xué)生思維能力發(fā)展為主目標(biāo)，這是數(shù)學(xué)的學(xué)科主導(dǎo)價(jià)值。但新課標(biāo)明確提出了“學(xué)生發(fā)展為本”的教育理念。這意味著我們數(shù)學(xué)課堂功能不能僅僅為了讓學(xué)生增長(zhǎng)數(shù)學(xué)知識(shí)，更應(yīng)讓學(xué)生體會(huì)學(xué)習(xí)意義，獲得除知識(shí)理解外的素質(zhì)提升。這可能也就是三維目標(biāo)之情感價(jià)值觀層面的目標(biāo)。為此，教材主要選擇了“話題”形式呈現(xiàn)許多人文素材內(nèi)容。比如，“數(shù)學(xué)萬花筒”“數(shù)學(xué)閱讀”“生活資料引入”等。

“話題”是問題，但它更有人文性，是體現(xiàn)參與人主動(dòng)性的問題。浸潤(rùn)參與主體公平的一種氛圍，這種環(huán)境之中，學(xué)生的知識(shí)調(diào)動(dòng)，交流互動(dòng)，動(dòng)手勞動(dòng)等是積極的表現(xiàn)，有利于學(xué)生獲得最積極的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。所以“讀教材”時(shí)要重視這些內(nèi)容的審讀。讀出內(nèi)容所涵蓋的社會(huì)責(zé)任、歷史情感等內(nèi)容，并創(chuàng)設(shè)合適的機(jī)會(huì)讓學(xué)生去感悟，升華個(gè)人的情感體驗(yàn)。

篇7

一、優(yōu)化設(shè)計(jì)對(duì)建筑節(jié)能的影響

1、設(shè)計(jì)方案影響工程建造直接能源消耗

在工程設(shè)計(jì)中，其建筑和結(jié)構(gòu)方案的選擇對(duì)建筑的直接能耗有較大影響，如建筑方案中的平面布置為內(nèi)廊式還是外廊式、進(jìn)深與開間的確定、立面形式的選擇、層高與層數(shù)的確定、基礎(chǔ)類型選用、結(jié)構(gòu)形式選擇等都存在著技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析問題。中國(guó)住宅建設(shè)用鋼平均每平方米55公斤，比發(fā)達(dá)國(guó)家高出10%~25%，水泥用量為221.5公斤，每一立方米混凝土比發(fā)達(dá)國(guó)家要多消耗80公斤水泥。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在滿足同樣功能的條件下，技術(shù)經(jīng)濟(jì)合理的設(shè)計(jì)，可降低工程建造直接能源消耗5%～10%，甚至可達(dá)10%～20%，如某無線電廠的多層框架結(jié)構(gòu)廠房(4層)，設(shè)計(jì)單位按常規(guī)設(shè)計(jì)為獨(dú)立基礎(chǔ)，由于多層廠房荷載較大，致使獨(dú)立基礎(chǔ)的單體尺寸較大，埋深較深(-3.2m)，事后經(jīng)其他設(shè)計(jì)人員分析如采用柱下條基，可節(jié)約大量的砼，并可降低埋深減少土方開挖所消耗的機(jī)械能耗；某綜合辦公樓，在優(yōu)化設(shè)計(jì)中，因改變?cè)仍O(shè)計(jì)中的普通鋼筋為帶肋鋼筋，單此一項(xiàng)優(yōu)化設(shè)計(jì)，共節(jié)約鋼筋1000T，鋼筋總節(jié)約率達(dá)30%左右。

2、設(shè)計(jì)方案影響建成后使用的能耗

建筑是牽涉到很多專業(yè)的復(fù)合體,并且完整的建筑節(jié)能工作包括了從最初的規(guī)劃、方案到設(shè)計(jì)、施工,以及多年的運(yùn)營(yíng)使用,直至最后拆除重建的全生命周期過程。但以往只注重直接建造成本的降低，輕運(yùn)營(yíng)階段能耗的使用情況。從住宅使用過程中的資源消耗看，與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)住宅使用能耗為相同技術(shù)條件下發(fā)達(dá)國(guó)家的兩到三倍。2020年，中國(guó)的建筑能耗將達(dá)到29430億度電，比三峽電站34年的發(fā)電量總和還要多?，F(xiàn)在，我們必須用全壽命周期的節(jié)能理念對(duì)建筑進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，即以較低的壽命周期能耗實(shí)現(xiàn)必要的功能，獲得豐厚的壽命周期經(jīng)濟(jì)效益。所謂壽命周期能耗是指整個(gè)壽命周期過程中發(fā)生的全部能源消耗，包括建設(shè)、使用、維修、殘值及清理等階段所發(fā)生的能源消耗。設(shè)計(jì)不僅影響項(xiàng)目建設(shè)的一次性能耗，而且還影響使用階段的能源消耗，如暖通、照明的能源消耗、清潔、保養(yǎng)、維修等，一次性建造能耗與經(jīng)常性使用能耗有一定的反比關(guān)系，但通過優(yōu)化設(shè)計(jì)可努力尋求這兩者的最佳結(jié)合，使項(xiàng)目建設(shè)的全壽命費(fèi)用最低，全壽命能耗達(dá)到最佳經(jīng)濟(jì)合理狀態(tài)。建筑節(jié)能優(yōu)化設(shè)計(jì)的途徑主要是通過圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫和氣密性能的提高，以及采暖空調(diào)設(shè)備能效的提高等等，來達(dá)到減少空調(diào)和采暖等能源的消耗。在方案設(shè)計(jì)當(dāng)中，建筑師需要對(duì)建筑的方位、體型、朝向進(jìn)行優(yōu)化，必需要為充分利用自然風(fēng)、陽(yáng)光等自然資源創(chuàng)造條件。同時(shí)，也必須對(duì)建筑材料優(yōu)化；外墻、樓板、分戶墻、屋面、玻璃、窗框的設(shè)計(jì)等都需要量化與優(yōu)化；窗墻比須要以節(jié)能和居住舒適度為前提進(jìn)行優(yōu)化。從方案設(shè)計(jì)開始到初步設(shè)計(jì)，工程師需要根據(jù)不斷調(diào)整的設(shè)計(jì)方案模擬量化建筑的能耗情況、計(jì)算空調(diào)和采暖設(shè)備的裝機(jī)功率，比對(duì)各種影響因素，最后向客戶提供最佳的設(shè)計(jì)方案。例如，在空調(diào)與采暖設(shè)備的市場(chǎng)上，各種品牌各種型號(hào)使消費(fèi)者眼花繚亂?？照{(diào)設(shè)備有空氣源熱泵、地源熱泵、風(fēng)機(jī)盤管、地板采暖、輻射制冷、采暖系統(tǒng)、戶室中央空調(diào)、變頻機(jī)組、水系統(tǒng)、冷媒系統(tǒng)等等。這些空調(diào)系統(tǒng)的初投資和運(yùn)行費(fèi)用大不相同，那么通過模擬量化，計(jì)算出初投資的費(fèi)用、每年的耗能量、能源費(fèi)用，消費(fèi)者或者項(xiàng)目開發(fā)者就可以很容易地作出正確的決定。例如北京的一些奧運(yùn)場(chǎng)館中，為減少能耗，設(shè)計(jì)者沒有采用普通的新風(fēng)系統(tǒng)和空調(diào)系統(tǒng)，而是經(jīng)過多次優(yōu)化設(shè)計(jì)，尋找最佳節(jié)能方案。為實(shí)現(xiàn)自然通風(fēng)和改善室內(nèi)環(huán)境，采用了智能電動(dòng)窗，很好的解決了新風(fēng)問題；在場(chǎng)館空調(diào)設(shè)計(jì)中（包括“水立方”和“鳥巢”）都采用了由美國(guó)聯(lián)合技術(shù)開利公司設(shè)計(jì)的節(jié)能空調(diào)系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過熱回收技術(shù)在空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用，節(jié)能率為10%。該系統(tǒng)在冷水機(jī)組上加裝了熱回收裝置，在空氣處理機(jī)中采用了新型熱管熱回收裝置，可以回收?qǐng)鲳^排放總熱量的50%，回收的熱能一部分用于加熱游泳池水和生活用水，另一部分用于加熱新風(fēng)。

二、現(xiàn)階段推行優(yōu)化設(shè)計(jì)運(yùn)作困難的成因

1、政府主管部門對(duì)建筑節(jié)能優(yōu)化設(shè)計(jì)監(jiān)控不力

長(zhǎng)期以來，主管部門對(duì)設(shè)計(jì)節(jié)能成果缺乏必要的考核與評(píng)價(jià)，有的僅靠圖紙會(huì)審來發(fā)現(xiàn)一些簡(jiǎn)單問題，僅僅是一些新材料或空間布置的一些規(guī)定。缺乏對(duì)方案的節(jié)能性方面的系統(tǒng)審查要求。建筑節(jié)能設(shè)計(jì)首先是一個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)問題，它絕不是多項(xiàng)節(jié)能技術(shù)或者節(jié)能設(shè)備的簡(jiǎn)單累加，它需要定量化。例如，人們?cè)谑袌?chǎng)上可以買到節(jié)能空調(diào)、節(jié)能玻璃、節(jié)能熱水器、太陽(yáng)能熱水器、墻體保溫材料等等，但是這些材料與設(shè)備如何使用、使用哪種型號(hào)、用量多少、所起到的作用是什么就需要通過量化整合來完成。集思廣益，從多方面影響因素出發(fā)，以最低的投資、最佳的手段完成并達(dá)到節(jié)能設(shè)計(jì)目標(biāo)。所以建設(shè)主管部門監(jiān)管的同時(shí)，應(yīng)增加人員配備和審查力度，對(duì)設(shè)計(jì)節(jié)能成果進(jìn)行量化全面審查。

2、業(yè)主要求優(yōu)化設(shè)計(jì)的意識(shí)不強(qiáng)

目前，業(yè)主往往把控制重心放在施工直接投資環(huán)節(jié)上，而對(duì)建成后使用運(yùn)營(yíng)成本及節(jié)能優(yōu)化設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)重視不夠。其原因：一是對(duì)設(shè)計(jì)對(duì)投資影響的重要性認(rèn)識(shí)不夠，只看到搞施工招標(biāo)，投標(biāo)價(jià)要低于標(biāo)底價(jià)、施工單位要讓利等，殊不知選擇一個(gè)優(yōu)秀的設(shè)計(jì)單位進(jìn)行設(shè)計(jì)方案的優(yōu)化會(huì)帶來更大的節(jié)約；二是對(duì)建筑節(jié)能的認(rèn)識(shí)不到位，沒有一個(gè)節(jié)能環(huán)保綠色建筑意識(shí)。

3、建筑節(jié)能優(yōu)化設(shè)計(jì)的開展缺乏必要的壓力和動(dòng)力

由于缺少建筑節(jié)能優(yōu)化設(shè)計(jì)與企業(yè)和公眾的直接經(jīng)濟(jì)利益聯(lián)系，使得節(jié)能工作缺少內(nèi)在經(jīng)濟(jì)利益推動(dòng)力，政府部門建筑節(jié)能管理工作還存在體制不順、監(jiān)管體系不健全，造成執(zhí)法不嚴(yán)、監(jiān)督不力，國(guó)家政策不配套，缺乏激勵(lì)機(jī)制和工作力度。對(duì)一些國(guó)有投資建設(shè)項(xiàng)目，有關(guān)行政審批單位在審核初步方案時(shí)，只注重設(shè)計(jì)的建設(shè)規(guī)模和投資限額，對(duì)方案的經(jīng)濟(jì)合理性和節(jié)能性不做深入研究分析；另外，由于現(xiàn)在的設(shè)計(jì)收費(fèi)是按面積或按造價(jià)的比例計(jì)取，幾乎跟建筑節(jié)能和設(shè)計(jì)質(zhì)量的優(yōu)劣無關(guān)，導(dǎo)致對(duì)設(shè)計(jì)方案不認(rèn)真進(jìn)行節(jié)能分析，而是追求高標(biāo)準(zhǔn)，造成能源浪費(fèi)。相反，設(shè)計(jì)單位即使花費(fèi)了較多的人力、物力，優(yōu)化了設(shè)計(jì)方案，給業(yè)主節(jié)約了投資，也不能得到應(yīng)有的報(bào)酬，有時(shí)設(shè)計(jì)費(fèi)反而變少了，從而挫傷了優(yōu)化設(shè)計(jì)的積極性。

三、搞好優(yōu)化設(shè)計(jì)的幾點(diǎn)建議

1、主管部門應(yīng)加強(qiáng)對(duì)建筑節(jié)能優(yōu)化設(shè)計(jì)工作的監(jiān)控

為保證建筑節(jié)能優(yōu)化設(shè)計(jì)工作的進(jìn)行，開始可由政府主管部門來強(qiáng)制執(zhí)行，通過對(duì)設(shè)計(jì)節(jié)能成果進(jìn)行全面審查后方可實(shí)施。政府主管部門不僅需在技術(shù)法規(guī)與標(biāo)準(zhǔn)相結(jié)合方面做出努力，而且還需要政府以技術(shù)法規(guī)的形式提出必須嚴(yán)格控制的最基本的技術(shù)指標(biāo)、技術(shù)要求、功能要求，可以導(dǎo)則、指南、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)等標(biāo)準(zhǔn)類技術(shù)文件予以體現(xiàn)。利用主管部門的職能，總結(jié)推廣標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)、公布合理的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)及考核指標(biāo)，為優(yōu)化設(shè)計(jì)的進(jìn)行提供良好服務(wù)。建筑節(jié)能技術(shù)新規(guī)范逐步從控制單項(xiàng)建筑維護(hù)結(jié)構(gòu)(如外墻、外窗和屋頂)的最低保溫隔熱指標(biāo)，轉(zhuǎn)化為控制建筑物的實(shí)際能耗。新建建筑必須出具建造耗材經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、采暖需要能量、建筑能耗核心值和建筑熱損失計(jì)算結(jié)果，特別是建筑結(jié)構(gòu)熱損失計(jì)算結(jié)果。建筑能耗總量（包括供暖、通風(fēng)和熱水供應(yīng)）和建造能耗值只有滿足其對(duì)應(yīng)的節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)才被允許開工及竣工驗(yàn)收。在竣工時(shí)，建筑開發(fā)商必須出具相關(guān)部門的一份“能源消耗證明”，證明清楚地列出了該住宅每年的能耗，及節(jié)能等級(jí)。以上措施，必須逐步實(shí)施，特別是國(guó)有投資項(xiàng)目要先于執(zhí)行。

2、以政策扶持拉動(dòng)建筑節(jié)能優(yōu)化設(shè)計(jì)

國(guó)家制定節(jié)能政策，并要求以多樣化的經(jīng)濟(jì)激勵(lì)等扶持舉措，形成推動(dòng)建筑節(jié)能的市場(chǎng)機(jī)制，推進(jìn)建筑節(jié)能優(yōu)化設(shè)計(jì)的推廣。對(duì)建造節(jié)能建筑產(chǎn)品的要根據(jù)優(yōu)化設(shè)計(jì)后節(jié)能程度給予政策和資金支持，減免稅費(fèi)等優(yōu)惠措施，并可建立評(píng)價(jià)機(jī)制，對(duì)因建造節(jié)能建筑而超支部分資金，國(guó)家應(yīng)給予無償免息貸款或獎(jiǎng)勵(lì)機(jī)制，使建筑節(jié)能優(yōu)化設(shè)計(jì)以行政手段為主轉(zhuǎn)向以經(jīng)濟(jì)手段為主。

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Abstract: Enhanced “the cone” through the mold structure's improvement the components qualified rate, reduced the production cost, raised the working efficiency, has obtained the good economic efficiency. Widened the rubber mold design mentality.

關(guān)鍵詞:錐體外觀流膠槽改進(jìn)硫化模啟模板

Key word: The conethe outward appearancethe gummosis troughthe improvementthe curing moldopens the template

作者簡(jiǎn)介:姓名:崔建勇,出生年:1975年,性別:男,民族:漢族;籍貫:河南新鄉(xiāng);職稱:工程師;學(xué)位:學(xué)士

一、 問題概述

某機(jī)型產(chǎn)品所用“錐體”零件是通用零件,生產(chǎn)批量大,零件公差及外觀要求嚴(yán)格,加工難度大,廢品情況嚴(yán)重時(shí)可達(dá)34%,廢品出現(xiàn)頻次最多的是尺寸超差、外觀不合格。為提高軍品產(chǎn)品質(zhì)量、減少浪費(fèi),立案對(duì)該零件加工進(jìn)行改進(jìn)。

二、 問題關(guān)鍵點(diǎn)

1) 零件概況

“錐體”零件(圖1)在產(chǎn)品中是以A面參與密封的。因此對(duì)A面的外觀要求為“零件表面不應(yīng)有氣泡、孔眼、雜質(zhì),允許有模型輕微磨損或加工不良的痕跡,表面凸起或脫落凹陷不大于0.1mm,模縫錯(cuò)位和毛刺不大于0.2mm”,在零件生產(chǎn)過程中A面的損傷以及加工不良直接造成零件報(bào)廢。

2) 模具現(xiàn)狀

型腔部分:現(xiàn)有模具(圖2)在設(shè)計(jì)時(shí),分模面選在B處,將R1.5分為上下兩部分,但是為了降低加工難度將上模部分的R1.5取消,在打毛刺工序去除毛邊的同時(shí)成型上部R1.5。

流膠槽部分:流膠槽設(shè)置情況為環(huán)繞型腔互相連通(圖3)。

3) 生產(chǎn)中出現(xiàn)的問題

① 硫化過程中,經(jīng)常出現(xiàn)的情況為5.5 0 -0.16mm尺寸超上差,是由于多余的膠料在將流膠槽填充滿后,擠入上下分模面處造成的,為清除擠在分模面處的膠料就需要在壓制時(shí)先預(yù)壓(2~3)s,然后啟開模具清除多余料邊,這樣會(huì)引起?？p錯(cuò)位過大,造成外圓尺寸超差。廢品率達(dá)到10%~20%,浪費(fèi)了大量的膠料。而且這一過程使壓制時(shí)間延長(zhǎng)了(3~5)分鐘,造成生產(chǎn)效率下降。

② 在壓制后啟模時(shí),零件留在下模難以取出,啟出零件時(shí)需用銅針挑出,這樣一來就造成A面損傷和分模面處掉塊的現(xiàn)象,又產(chǎn)生大量的廢品,廢品率達(dá)到10%。整個(gè)硫化過程的廢品率能達(dá)到將近30%,使得生產(chǎn)效率低下。

③ 在打毛刺工序,清除B處毛邊時(shí),由于上模部分的R1.5取消,在清除此處毛邊時(shí)經(jīng)常將A面靠近分模面的部分打傷,形成廢品。這種情況引起的廢品嚴(yán)重時(shí)會(huì)達(dá)到70%,一般情況下為15%~25%。

④ 0709-2-2批次投入1320件的原材料成品有898件。

三、 針對(duì)關(guān)鍵點(diǎn)的措施

① 針對(duì)5.5 0 -0.16 mm尺寸超上差的情況,我們對(duì)流膠槽設(shè)計(jì)進(jìn)行改進(jìn),加工溢膠槽將兩兩互聯(lián)的流膠槽與外界連通(圖4),在保證型腔壓力的情況下使多余膠料能順暢的溢出模具外而不是擠在分模面處。這一方法不但保證了零件的高度尺寸穩(wěn)定,而且減少了清除料邊的時(shí)間提高了零件加工效率。

② 針對(duì)啟模時(shí),用銅針挑出零件,使A面損傷和分模面處掉塊并且效率低下的現(xiàn)象,我們借鑒塑料模具的頂出機(jī)構(gòu),在模具結(jié)構(gòu)方面進(jìn)行改進(jìn)(圖5),在下模下方增加一層模板,啟模后輕輕將中模向上啟動(dòng)再壓下,用手將零件掃落即可,個(gè)別的用手捏下,再也不用將上模啟開后挨個(gè)的挑取零件了,啟模時(shí)間不到兩分鐘,大大地提高了生產(chǎn)效率。

③ 針對(duì)打毛刺工序出現(xiàn)的問題,參考180?“O”型圈的分模形式,將上模取消的R1.5加上。使得分模面在R1.5的最大外圓處,打毛刺時(shí)保證了A面完好,并且R1.5圓滑,毛邊小,去除時(shí)比較輕松,不象原來的模具那樣突出了一部分實(shí)體,去毛刺時(shí)費(fèi)時(shí)費(fèi)力,還易打傷A面。

四、 效果檢查

2008年6月G4 6578/0036模具加工完畢,試模合格。又經(jīng)過一批零件的加工試制,使用情況如下:

① 壓制過程中,零件高度問題得到完美的解決,硫化過程中不需再啟開模具清理毛邊,多余的膠料都順著與外界連通的流膠槽流到模具外,解決了多余膠料將型腔墊高的問題。壓制過程中的廢品率降為2%。

② 硫化完畢,啟模時(shí)僅將中模板輕輕抬起再壓下,即可將制品從凹槽內(nèi)輕松啟出(費(fèi)時(shí)僅1.5分鐘),不但損傷A面的問題得到解決,啟模效率也得到提高。整個(gè)硫化過程的廢品率降為1%~5%。

③ 打毛刺工序。模具改進(jìn)后,B處類似于180?分模的“O”型圈,在旋轉(zhuǎn)機(jī)床上清理毛刺,僅會(huì)在分模處留下一條無光澤帶,不會(huì)像以往那樣打傷A面。打毛刺工序工作難度得到降低,工作效率提高,并且廢品率也直線下降。又經(jīng)過兩個(gè)批次觀察(0803-1-1和0811-1-1),此工序廢品率基本穩(wěn)定在1%。

5、 結(jié)論與經(jīng)驗(yàn)

這次模具優(yōu)化設(shè)計(jì)的完成取得了良好的效果,解決了困擾我們多年的難題。2008年11月26日加工了一批共2060件,只投入原材料為2145件的消耗就順利及時(shí)地進(jìn)行了提交(廢品率僅為4%)。

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關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)優(yōu)化；螺旋槳；有限元

中圖分類號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2013）35-8156-02

結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)是一門新興的技術(shù)科學(xué)，是以現(xiàn)代數(shù)學(xué)、現(xiàn)代力學(xué)的數(shù)值方法為基礎(chǔ)，以電子計(jì)算機(jī)系統(tǒng)為工具，研究結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)自動(dòng)化和優(yōu)化的理論和方法。飛行器、船舶、橋梁等的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，其最重要的要求就是要使所設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)在外力作用下既有足夠的強(qiáng)度和剛度，又要具有盡可能輕的結(jié)構(gòu)重量或低的成本，從而改善其工作性能，并節(jié)約資源和提高經(jīng)濟(jì)效益。

空氣螺旋槳飛機(jī)與渦扇飛機(jī)相比具有省油、對(duì)機(jī)場(chǎng)跑道要求低和便于空投救援等優(yōu)點(diǎn)。作為載機(jī)平臺(tái)，螺旋槳是吸收發(fā)動(dòng)機(jī)功率并產(chǎn)生飛機(jī)飛行所需拉力的部件，是螺旋槳飛機(jī)前進(jìn)的動(dòng)力。研制先進(jìn)的螺旋槳飛機(jī)，就必須研制先進(jìn)的螺旋槳。螺旋槳是安裝在航空發(fā)動(dòng)機(jī)上的旋轉(zhuǎn)動(dòng)部件，又是主要的承力構(gòu)件。在設(shè)計(jì)時(shí)既受結(jié)構(gòu)尺寸的限制，又有重量約束。為此，對(duì)所設(shè)計(jì)的螺旋槳的主要受力件需進(jìn)行強(qiáng)度分析，在滿足強(qiáng)度和剛度要求的前提下，對(duì)螺旋槳的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，以減輕螺旋槳重量。

鑒于目前國(guó)內(nèi)對(duì)螺旋槳的整體結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)沒有形成一套完整的理論和方法，該文通過有限元法對(duì)某型螺旋槳的主要受力件進(jìn)行靜強(qiáng)度分析，根據(jù)分析的結(jié)果，從零件材料、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和產(chǎn)品使用的角度進(jìn)行優(yōu)化，并對(duì)優(yōu)化后的結(jié)果進(jìn)行強(qiáng)度校核。根據(jù)分析結(jié)果，在確保結(jié)構(gòu)安全性能可靠的前提下，保證有足夠的強(qiáng)度和剛度，減輕螺旋槳整體重量，合理優(yōu)化結(jié)構(gòu)。

1 有限元分析方法及軟件在螺旋槳結(jié)構(gòu)分析中的應(yīng)用

有限元方法主要包括計(jì)算原理、計(jì)算機(jī)軟件、計(jì)算機(jī)硬件三個(gè)方面的應(yīng)用與實(shí)施。有限元分析法主要是運(yùn)用離散概念，把連續(xù)的彈性體進(jìn)行劃分，劃分成一個(gè)集合體，這個(gè)集合體由無數(shù)有限小單元組成，通過單元分析和組合，得到一組聯(lián)立的代數(shù)方程，最終求得數(shù)值解。它不但可以解決工程中的線性問題，非線性問題，而且對(duì)于各種不同性質(zhì)的材料均能求解。將計(jì)算機(jī)軟件應(yīng)用于一定環(huán)境下的特定結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元分析時(shí)，對(duì)結(jié)構(gòu)的分析模型、邊界條件及載荷的模擬需要一定的經(jīng)驗(yàn)和技巧。在對(duì)復(fù)雜結(jié)構(gòu)進(jìn)行整體分析建模過程中，可供選擇使用的單元有上百種。求解的精度和收斂的速度取決于單元的選用、結(jié)點(diǎn)的布局、網(wǎng)格的生成。對(duì)應(yīng)于不同的分析目標(biāo)同樣的工程結(jié)構(gòu)，建立的模型是不一樣的。這就要求分析者深入地理解和正確的判斷所分析的物理問題。在很大程度上，分析模型與實(shí)際結(jié)構(gòu)的差異決定了計(jì)算結(jié)果的正確性和可靠性。

螺旋槳由于整體結(jié)構(gòu)、零件外形、受力復(fù)雜，利用MSC公司有限元軟件Patran的MSC.Patran、MSC.Nastran模塊，對(duì)螺旋槳的主要受力件包括槳?dú)?、槳套、變距套筒、槳葉、螺樁進(jìn)行強(qiáng)度分析。利用實(shí)體建模軟件Catia對(duì)螺旋槳的復(fù)雜零件和主要受力件進(jìn)行實(shí)體造型，利用Catia和有限元分析軟件的接口將零件的實(shí)體導(dǎo)入MCS.Patran，對(duì)各零件進(jìn)行簡(jiǎn)化處理和有限元建模，同時(shí)給各零件施加材料屬性，加載和施加約束，最后提交給其后處理器Nastran進(jìn)行計(jì)算，利用計(jì)算的應(yīng)力結(jié)果結(jié)合設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)從材料、結(jié)構(gòu)和使用角度進(jìn)行優(yōu)化，以進(jìn)一步降低螺旋槳重量。

利用MSC.Patran/ MSC.Nastran進(jìn)行有限元線性靜力分析的過程通常是：在有限元前處理軟件“MSC.Patran”中創(chuàng)建幾何模型，如果模型較復(fù)雜最好通過CAD軟件創(chuàng)建，然后導(dǎo)入MSC.Patran進(jìn)行前處理：劃分網(wǎng)格、創(chuàng)建材料、賦單元特性、施加約束邊界條件、加載。前處理完畢，提交解算器MSC.Nastran進(jìn)行線性靜力分析，最后讀入分析結(jié)果，應(yīng)力、應(yīng)變、位移等量值以云圖形式顯示出來。分析比較應(yīng)力、應(yīng)變值及其位置是否合理。

傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化一般是憑借經(jīng)驗(yàn)或者參照已有的工程實(shí)例，通過比擬的方法進(jìn)行設(shè)計(jì)。由于機(jī)械結(jié)構(gòu)形式的多變性、建立的數(shù)學(xué)模型的復(fù)雜性、選用的優(yōu)化方法的有效性，在機(jī)械行業(yè)選用不同的初始設(shè)計(jì)方法尤為重要。

以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)就是：在規(guī)定的各種設(shè)計(jì)限制條件下，將實(shí)際設(shè)計(jì)問題首先轉(zhuǎn)為最優(yōu)化問題，然后運(yùn)用最優(yōu)化理論和方法在計(jì)算機(jī)上自動(dòng)調(diào)優(yōu)計(jì)算。

結(jié)構(gòu)優(yōu)化的基本步驟：一、以工程問題為基礎(chǔ)，把工程問題轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)問題，即建立數(shù)學(xué)模型；二、根據(jù)工程問題的實(shí)際情況選擇適合的優(yōu)化方法。

建立數(shù)學(xué)模型包括選定設(shè)計(jì)變量和目標(biāo)函數(shù)，建立約束方程等。結(jié)構(gòu)優(yōu)化數(shù)學(xué)模型一般由設(shè)計(jì)變量、目標(biāo)函數(shù)和狀態(tài)變量（約束條件）三要素構(gòu)成。

按照設(shè)計(jì)變量的難易程度結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)劃分，可分為尺寸變量、形狀變量和拓?fù)渥兞康龋瑢?duì)這些不同的變量進(jìn)行的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)分別被稱為：尺寸優(yōu)化、形狀優(yōu)化和拓?fù)鋬?yōu)化。

尺寸優(yōu)化：將結(jié)構(gòu)的尺寸參數(shù)作為設(shè)計(jì)變量，修改結(jié)構(gòu)單元的尺寸進(jìn)行的優(yōu)化設(shè)計(jì)；形狀優(yōu)化：將結(jié)構(gòu)的形狀參數(shù)作為設(shè)計(jì)變量，調(diào)整設(shè)計(jì)的可行域的邊界和形狀，最終得到最優(yōu)的幾何形狀和可行域的邊界；拓?fù)鋬?yōu)化：在結(jié)構(gòu)內(nèi)部尋找承力最小的部位即非實(shí)體區(qū)域的部位進(jìn)行優(yōu)化，使結(jié)構(gòu)得到最優(yōu)的配置。綜上所述，工程結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)可以劃分為三個(gè)不同的層次，這三個(gè)層次的優(yōu)化代表了工程設(shè)計(jì)人員對(duì)于要設(shè)計(jì)的工程結(jié)構(gòu)，從概念設(shè)計(jì)階段到基本設(shè)計(jì)階段，再到最后的詳細(xì)設(shè)計(jì)階段這樣一個(gè)連續(xù)的過程。

3 螺旋槳結(jié)構(gòu)優(yōu)化程序及結(jié)論

螺旋槳的機(jī)構(gòu)優(yōu)化將有限元方法和設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合，對(duì)螺旋槳各主要受力零部件的強(qiáng)度進(jìn)行有限元分析，根據(jù)分析結(jié)果，從材料選擇、加工工藝和產(chǎn)品使用角度對(duì)螺旋槳整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，使螺旋槳整體重量減輕，并對(duì)改進(jìn)后的強(qiáng)度進(jìn)行校核。主要包括以下幾方面：

a）主要對(duì)螺旋槳承受的載荷、受力情況、產(chǎn)品工作的原理、各部件連接形式和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行分析。

b）利用Catia軟件建立某型螺旋槳主要受力件（包括槳?dú)?、槳葉、槳套、變距套筒、連桿、螺樁、撥套）的實(shí)體模型。簡(jiǎn)化各零部件的受力情況和約束情況，并選擇合理的單元類型和網(wǎng)格劃分方法，然后根據(jù)分析類型合理施加載荷和約束之后得到一個(gè)有限元分析模型。

c）選擇合適的解算器計(jì)算主要受力件的應(yīng)力和應(yīng)變，根據(jù)計(jì)算結(jié)果，發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的薄弱環(huán)節(jié)，并以此分析結(jié)果作為結(jié)構(gòu)改進(jìn)或優(yōu)化設(shè)計(jì)的依據(jù)。

d）根據(jù)分析結(jié)果確定結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案，對(duì)優(yōu)化結(jié)構(gòu)再進(jìn)行強(qiáng)度校核，并與優(yōu)化前結(jié)構(gòu)進(jìn)行對(duì)比分析，達(dá)到減重的目的。

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篇10

關(guān)鍵詞: 樁筏基礎(chǔ), 設(shè)計(jì)方法, 數(shù)值分析,減沉設(shè)計(jì), 變剛度調(diào)平設(shè)計(jì)

1． 引言

樁筏基礎(chǔ)顧名思義是由樁基和筏基共同組成，屬于混合基礎(chǔ)型式，在軟土地區(qū)使用較多，樁筏基礎(chǔ)傳統(tǒng)的計(jì)算方法是采用結(jié)構(gòu)力學(xué)的方法，將整個(gè)靜力平衡體系分割成上部結(jié)構(gòu)、基礎(chǔ)和地基三個(gè)部分，各自獨(dú)立求解。對(duì)筏板一般采用倒梁法或倒樓蓋法，顯然這樣各自獨(dú)立求解的計(jì)算結(jié)果與實(shí)際工作狀態(tài)是不相符的，忽視了上部結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)之間以及基礎(chǔ)與地基之間的變形連續(xù)條件, 造成了計(jì)算的偏差。因此，尋求樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)化和優(yōu)化方法，是設(shè)計(jì)人員的迫切課題，許多學(xué)者在這方面進(jìn)行了卓有成效的工作，提出了各種考慮樁土相互作用的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，有的方法己經(jīng)應(yīng)用于實(shí)際工程，取得了可觀的效益。

2． 樁筏基礎(chǔ)設(shè)計(jì)思路

對(duì)于摩擦群樁或端承摩擦群樁的樁筏基礎(chǔ)，其主控因素一是建筑物的沉降和不均勻沉降，二是地基的承載力。目前常見的設(shè)計(jì)思想是按承載力控制設(shè)計(jì)思路和按沉降控制設(shè)計(jì)的思路。在深厚土層特別是深厚軟土層中的樁筏基礎(chǔ)的失效，絕大多數(shù)是由于總體沉降或差異沉降過大造成的。這種情況下，采用以沉降控制設(shè)計(jì)的思路較為合適。而在土質(zhì)堅(jiān)硬，壓縮性較小的地區(qū)，顯然按承載力控制設(shè)計(jì)較為合理。樁筏基礎(chǔ)優(yōu)化設(shè)計(jì)的發(fā)展方向是考慮了樁土的共同作用，主要有以下幾種方法。

3． 樁筏基礎(chǔ)優(yōu)化設(shè)計(jì)的幾種方法

3.1上部結(jié)構(gòu)與地基基礎(chǔ)共同作用的分析法

共同作用分析的方法就是把上部結(jié)構(gòu)、地基和基礎(chǔ)看成一個(gè)彼此協(xié)調(diào)的工作整體, 在滿足邊界變形的情況下得到各部分的內(nèi)力和變形, 從而較真實(shí)地反映建筑物的實(shí)際工作狀態(tài)。JGJ 699 高層建筑箱形與筏形基礎(chǔ)技術(shù)規(guī)范中采用了等代剛度的計(jì)算公式,適當(dāng)考慮了上部結(jié)構(gòu)剛度的貢獻(xiàn), 這還是不夠的。由于樁筏基礎(chǔ)與地基共同作用分析是一個(gè)復(fù)雜的力學(xué)問題, 解析法和半解析法很難得到應(yīng)用。因此, 數(shù)值方法成為筏板分析的首選方法, 一般以有限元法為基礎(chǔ)。將上部結(jié)構(gòu)、基礎(chǔ)和地基作為一個(gè)整體的計(jì)算域, 統(tǒng)一劃分單元, 分別求出三部分的剛度矩陣, 依次疊加, 并通過力的平衡和變形協(xié)調(diào)條件來建立分析的基本方程, 進(jìn)行位移和內(nèi)力的求解。計(jì)算中可采用用諸如“子結(jié)構(gòu)”等等能減少未知數(shù)、節(jié)省存貯量的計(jì)算方法。

實(shí)際計(jì)算時(shí)可采用ANSYS 等有限元軟件建立三維模型, 使用以下兩種方法建模分析。

①樁采用桿單元, 土采用實(shí)體單元

上部結(jié)構(gòu)、基礎(chǔ)和地基共同作用有限元方程可用下式表示:

其中, 分別為上部結(jié)構(gòu)剛度矩陣、基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)剛度矩陣、樁身分割為桿單元后的剛度矩陣及地基土的彈塑性支承剛度矩陣； 分別為荷載向量及位移向量。對(duì)于基礎(chǔ)剛度很大的情況, 還應(yīng)考慮土的非線性性質(zhì)。如文獻(xiàn)中, 將上述有限元法用于樁筏基礎(chǔ)共同作用數(shù)值分析, 得出基礎(chǔ)沉降、樁土荷載分擔(dān)比等與實(shí)測(cè)結(jié)果吻合較好。該方法在一定范圍內(nèi)得到了較好應(yīng)用, 但由于求解的未知數(shù)的數(shù)量很大, 運(yùn)用于復(fù)雜結(jié)構(gòu)的求解存在困難。

②樁簡(jiǎn)化為彈簧的分析法

將樁簡(jiǎn)化為作用在筏板下面具有一定剛度的彈簧, 彈簧剛度根據(jù)樁頂平均荷載和樁頂沉降來計(jì)算。分析模型如圖1 所示, 體系的基本方程可寫成:

求解上述方程可得出筏板節(jié)點(diǎn)位移, 從而進(jìn)一步計(jì)算筏板內(nèi)力、撓度、樁反力等一系列結(jié)果。將該方法運(yùn)用于實(shí)際工程, 證實(shí)了這種分析方法使用方便, 計(jì)算結(jié)果較為理想,而且避免了計(jì)算樁端下臥層應(yīng)力場(chǎng)的繁瑣。

3.2 減沉設(shè)計(jì)

① 減沉設(shè)計(jì)的基本原理

減沉設(shè)計(jì)是指按沉降控制為原則設(shè)計(jì)樁筏基礎(chǔ)。減沉設(shè)計(jì)概念主要應(yīng)用于軟土地基上多層建筑設(shè)計(jì)，在軟土地基的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中，有時(shí)決定采用樁基主要并不是因?yàn)猷徑乇淼耐翆訌?qiáng)度不足，而是較深處的軟弱土層產(chǎn)生過大沉降的緣故，這時(shí)可采用數(shù)量較少的樁使沉降量減小到允許的范圍內(nèi), 這種樁一般是摩擦樁，在承臺(tái)產(chǎn)生一定沉降的情況下，樁可充分發(fā)揮并能繼續(xù)保持其全部極限承載力，能有效地減小沉降量。同時(shí)，承臺(tái)或筏板也能分擔(dān)部分荷載，與按樁承擔(dān)全部荷載設(shè)計(jì)的樁基相比，根據(jù)不同的容許沉降量要求，用樁量有可能大幅度減少，樁的長(zhǎng)度也可能減短，因而可以獲得較好的經(jīng)濟(jì)效果。

② 減沉設(shè)計(jì)的內(nèi)容

1) 樁長(zhǎng)及樁身斷面選擇: 選擇樁長(zhǎng)應(yīng)盡可能穿過壓縮性高的土層, 樁端持力層壓縮性應(yīng)相對(duì)較低。在承臺(tái)產(chǎn)生一定沉降時(shí)樁仍可充分發(fā)揮并能繼續(xù)保持其全部極限承載力: 選擇樁身斷面應(yīng)使樁身結(jié)構(gòu)強(qiáng)度確定的單樁容許承載力與地基土對(duì)樁的極限承載力二者匹配, 以充分發(fā)揮樁身材料的承載能力。

2) 承臺(tái)埋深及其地面尺寸的初步確定：首先按外荷載，全部由承臺(tái)承擔(dān)時(shí)其極限承載力仍有一定安全儲(chǔ)備的原則, 先初步確定承臺(tái)的埋深及其底面尺寸，然后確定減沉設(shè)計(jì)的用樁量, 再驗(yàn)算承臺(tái)的初步尺寸, 并給予調(diào)整。

3) 不同用樁數(shù)量時(shí)樁基沉降計(jì)算：根據(jù)初定的承臺(tái)埋深及其底面尺寸，原定若干種不同的用樁數(shù)量方案, 分別計(jì)算相應(yīng)的沉降量，從而得到沉降s與樁數(shù)n 的關(guān)系曲線, 減少沉降樁基礎(chǔ)的樁距一般應(yīng)大于6d，樁的分布與建筑物豎向荷載相對(duì)應(yīng)。

4) 按建筑物容許沉降量確定實(shí)際用樁數(shù)量: 根據(jù)沉降s與樁數(shù)n 關(guān)系曲線, 按建筑物容許沉降量確定樁基實(shí)際所需的用樁數(shù)量。在用樁數(shù)量確定后，再按已經(jīng)選定的樁數(shù)和初步確定的承臺(tái)埋深及底面尺寸計(jì)算其極限荷載，驗(yàn)算安全系數(shù)或調(diào)整承臺(tái)埋深及底面尺寸,以確保合理的安全度。減沉樁基礎(chǔ)樁距較常規(guī)樁筏基礎(chǔ)布樁要大，一般至少大于4倍～6 倍樁徑，故其介于天然地基淺基礎(chǔ)與樁基礎(chǔ)之間。因而減沉樁基礎(chǔ)也稱之為控制變形疏樁基礎(chǔ)。對(duì)于減沉樁筏基礎(chǔ)的沉降計(jì)算則應(yīng)結(jié)合當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)考慮樁同作用。將筏板進(jìn)行有限單元剖分，可得到上部結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)地基( 樁土)共同工作分析方程表達(dá)：

其中,為上部結(jié)構(gòu)荷載;為上部結(jié)構(gòu)剛度凝聚;為厚筏或其他形式基礎(chǔ)的荷載;為厚筏或其他形式基礎(chǔ)的剛度；為地基或樁土的剛度凝聚;為基礎(chǔ)位移。盡管上式中各項(xiàng)的計(jì)算都很復(fù)雜，但是運(yùn)用目前的既有方法都是可以解決的。要考慮的問題是：就目前采用連續(xù)介質(zhì)彈性理論計(jì)算所得到的沉降偏離實(shí)測(cè)值過大，計(jì)算一般顯著大于實(shí)測(cè)，這樣就使得共同工作分析成果的實(shí)際價(jià)值降低。如何運(yùn)用共同工作分析的成果優(yōu)化設(shè)計(jì)是在共同工作分析中要重視的問題，而優(yōu)化設(shè)計(jì)的關(guān)鍵乃是盡量減小差異沉降，從而降低筏板內(nèi)力和上部結(jié)構(gòu)次應(yīng)力，減小筏板配筋和用鋼量，提高樁筏基礎(chǔ)的可靠性。為此，提出變剛度調(diào)平設(shè)計(jì)的概念和方法。這也是發(fā)展控制變形設(shè)計(jì)的一個(gè)重要方面。

3.3 變剛度調(diào)平設(shè)計(jì)

①變剛度調(diào)平設(shè)計(jì)的內(nèi)容

在樁筏變剛度調(diào)平設(shè)計(jì)中，群樁剛度與單一筏板剛度的比值最為關(guān)鍵。最合適的值與樁筏面積比有關(guān)，且當(dāng)有關(guān)樁筏面積比范圍為16%～25%時(shí)值接近于1。當(dāng)樁筏面積比較大時(shí)，為減少沉降差， 值應(yīng)稍微增加。考慮到樁的非線性，比完全彈性分析所得到的稍大( 約50%)， 值可能更為合適。為減小樁的承載能力明顯發(fā)揮(大于50%)后的沉降差，只要= 1的條件滿足，任何實(shí)際樁長(zhǎng)都可采用。當(dāng)然為獲得樁承載特性的合理發(fā)揮，樁的承載力應(yīng)以側(cè)摩阻力為主，而不是樁端阻力。研究表明，樁的總承載力發(fā)揮的強(qiáng)度與樁的極限承載力的比值m 不應(yīng)超過0.8，以避免沉降差明顯增加，在m

對(duì)無限大地基上的局部區(qū)域，其沉降應(yīng)與該區(qū)域的荷載成正比，而與其剛度成反比。地基局部區(qū)域沉降較大，是該處荷載較大而剛度較小所致。削減該處的荷載或增大該處的剛度就可以減少該處的沉降，高層建筑樁筏基礎(chǔ)的荷載分布是由上部結(jié)構(gòu)確定的，而上部結(jié)構(gòu)由于受到功能的限制，一般很難進(jìn)行調(diào)整。只能調(diào)整基礎(chǔ)的剛度，對(duì)于樁筏基礎(chǔ)，可通過變化板厚、設(shè)置肋梁，縮小墻距等調(diào)整基礎(chǔ)剛度分布。但費(fèi)用往往很高，因此減少某處的沉降或進(jìn)行調(diào)平設(shè)計(jì)主要是針對(duì)筏底布樁與筏底地基土。調(diào)整地基樁土剛度分布不僅可行而且調(diào)平效果顯著，是變剛度調(diào)平設(shè)計(jì)的中心內(nèi)容。首先，主裙樓的地基基礎(chǔ)可采用不同形式,以適應(yīng)上部結(jié)構(gòu)荷載的分布狀況。當(dāng)采用樁基和復(fù)合地基時(shí)，可通過調(diào)整布樁及處理范圍形成樁土變剛度分布。是改變樁的平面布置、樁數(shù)、樁長(zhǎng)、樁徑以改變樁土剛度，還是采用復(fù)合地基改變筏底地基土和樁─土界面的性質(zhì)，選擇的標(biāo)準(zhǔn)只能是技術(shù)可行性與經(jīng)濟(jì)合理性。一般來講,對(duì)樁筏基礎(chǔ),樁在基礎(chǔ)中占主導(dǎo)地位，改變基樁的參數(shù)效果顯著。

②變剛度調(diào)平設(shè)計(jì)的步驟

1) 按建筑物性質(zhì)、荷載、地質(zhì)條件等進(jìn)行初始布樁并確定板厚。2) 對(duì)上部結(jié)構(gòu)、樁筏基礎(chǔ)與地基共同作用進(jìn)行分析，繪制沉降等值線。3) 對(duì)沉降等值線進(jìn)行分析，當(dāng)天然地基總體沉降不大而局部沉降過大時(shí)，根據(jù)具體條件，對(duì)沉降過大部分采用局部加強(qiáng)處理。如采用筏底布樁或復(fù)合地基, 在樁基沉降較小部位，應(yīng)抽掉一部分樁；或視土層情況適當(dāng)縮短樁長(zhǎng)或減小樁徑。對(duì)沉降較大的部位, 應(yīng)適當(dāng)加密布樁或視土層情況，適當(dāng)增加樁徑樁長(zhǎng),重新形成剛度體系。4) 進(jìn)行共同工作迭代計(jì)算, 直至沉降差減到最小。在此過程中, 可根據(jù)沉降等值線, 判斷主裙樓間是否設(shè)置后澆帶或沉降縫，是否需對(duì)基礎(chǔ)板厚和構(gòu)造進(jìn)行調(diào)整等。顯然，調(diào)平設(shè)計(jì)的關(guān)鍵在于合理地計(jì)算樁筏基礎(chǔ)的沉降分布與沉降差。因此，調(diào)平設(shè)計(jì)的沉降分析比減沉設(shè)計(jì)的要求更高。過去人們一直認(rèn)為：與承載力計(jì)算相比, 沉降計(jì)算更困難且更不可靠。C.通過沉降分析計(jì)算程序的開發(fā)研究認(rèn)為：對(duì)傳統(tǒng)承載力設(shè)計(jì)和大數(shù)量的樁基，基于小變形模量的線彈性分析是完全合適的；對(duì)低安全系數(shù)和小數(shù)量的樁基(如減沉設(shè)計(jì)樁群) 需進(jìn)行非線性分析；基于割線模量的等效線彈性分析，在概念上是錯(cuò)誤的；如果采用恰當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)模型、最大相互作用間距等，利用簡(jiǎn)化分析方法足以滿足工程目的。

4 結(jié)語(yǔ)

1) 樁筏基礎(chǔ)設(shè)計(jì)是雙控的，從優(yōu)化角度理解，承載力和沉降條件僅僅是兩個(gè)約束條件。在特定條件下，承載力和沉降往往只是其中一個(gè)起主控作用。在深厚軟粘土地基上的樁筏基礎(chǔ), 沉降往往是設(shè)計(jì)的主控要素，應(yīng)提倡以沉降控制設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)思想。

2) 以沉降控制為原則的減沉設(shè)計(jì)與變剛度調(diào)平設(shè)計(jì)，改變了傳統(tǒng)樁基設(shè)計(jì)概念，取樁基與天然地基之長(zhǎng), 達(dá)到揚(yáng)長(zhǎng)避短的作用。實(shí)際工程實(shí)例證明上述思路是正確的，并在實(shí)際工程中取得了很好的經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)

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