工程技术论文编写要求及论文模板.doc

工程技术论文投稿要求1、要求论文语言流畅，逻辑关系明确。在不影响基本思想表述完整性的前提下，请尽量精炼语句，精简图表和公式，简化推导和证明过程，宜将篇幅控制在6000字以内（包括图表所占篇幅）。2、请写明题目的英译文、作者姓名的汉语拼音以及作者单位的英译文，同时附38个中英文关键词和200400字的中文摘要及约250个实词的英文摘要。摘要请采用第三人称写法，应是一篇独立的短文，包含与论文同等量的主要信息，一般应包括目的、方法、结果、结论四要素。3、文中和公式中字符（数字、希文、英文、罗马字）的大小写、上下标及上下标字母含义须明晰，公式应用公式编辑器进行编辑。图表中文字、变量、单位、数字要清晰。图表应有中、英文标题，并注明物理量及其单位。4、应引用5-10个参考文献，并在文中标示引用，参考文献格式参考论文模板。应有作者简介，格式参考论文模板。5、论文应用双列排版，格式、字体、字号请严格按照论文模板编辑。6、论文统一报送至24241011，联系人：张亚迪。输电线路货运索道系统计算理论张烨1 伍建明2 田维立2 赵震3 张亚迪4（1.四川省电力公司，成都市，610041；2. 四川电力送变电建设公司，成都市，610051；3武汉大学，武汉市，430072；4. 国家电网公司交流建设分公司，北京市，100052）- 7 - 摘要：随着电力建设施工条件的不断艰险，采用常规的人力、畜力运输已经不能满足要求，货运索道在输电线路施工领域的作用越来越重要。为了科学有效的指导索道的架设和选材，必须进行大量的分析和科学计算。本文提出了一种输电线路货运索道系统计算理论，并在川藏联网工程中验证了其正确性。关键词：承载绳计算；牵引索的计算；鞍座轴的计算与校核；支架设计计算Transmission Line Tramway System-related Computational TheoryZHANG Ye1 WU Jianming2 TIAN Weili2 ZHAO Zhen3 ZHANG Yadi4(1. Sichuan Electric Power Corporation, Chengdu 610041, China；2. Sichuan Electric Power TransmissionTransformation Construction Company, Chengdu 610051, China; 3. Wuhan University, Wuhan 430072, China；4. State Grid AC Engineering Construction Company, Beijing 100052, China)ABSTRACT: With the dangerous condition of electric power construction, the use of conventional human, animal transport can not meet the requirements, the role of freight ropeway in the field of construction of transmission lines and more important.For scientific and effective guidance cableway erection and selection must be a lot of analysis and scientific computing. The theory is present in this paper, which is proved in the Sichuan-Tibet power grid connecting project.KEYWORDS: Carrying rope calculation; haul rope calculation; saddle shaft calculation and check; stent design calculation.0引言货运索道运输技术在地形复杂、条件恶劣的输电线路工程施工中具有特殊的竞争优势,尤其在货运量较大、现有运输手段很难甚至无法满足要求时其作用更加明显1-4。而特高压输电线路施工中，地势险要以及起伏的区域占整个地形的近 65% 5-7更加需要开发一种大起重量、大运量、安全、可靠、灵活的输变电施工货运架空索道。川藏联网工程科技项目 Supported by the science project of Sichuan-Tibet power grid connecting project货运施工索道工作索中承载索设计计算的精度直接影响索道在使用过程中的安全性以及经济合理性，在安全系数的选取方面安全系数过小影响施工运输过程中的安全，安全系数过大则大大降低工作索的使用寿命8，工作索精确的选型设计计算能够解决该问题。牵引索设计计算可以在承载索设计计算的基础上遵循一定的规则展开。计算承载索受力的理论主要分悬链线法、抛物线法、悬索曲线法和摄动法 4种 9。悬链线理论可以作为悬索理论的精确解，1691年几何学家 James Bemalli 等人10建立了悬链线的解，但由于是超越方程，计算较为困难。本文在这些工作的基础上，系统的总结了承载绳计算，牵引索的计算，鞍座轴的计算与校核和支架设计计算。1承载索的计算1.1 确定最大档跨距根据索道路径纵断面图，初步选定支架位置及高度，确定最大档跨距，以承载索空载状态下，垂跨比35作为控制条件，按式1计算承载索初始水平安装张力H0：（1）式中：H0 承载索的初始安装水平张力，N； l 跨距，m； 承载索单位长度重量，N/m； f 承载索在空载下的跨距中点最大弛度，m； 对应档距高差角，。1.2 计算最大水平张力利用有集中荷载和无集中荷载的承载索近似状态方程式，按式2计算集中荷载位于索道最大跨距中点时承载索的最大水平张力H2：（2） 式中： H2 集中荷载作用在最大跨距中点时，承载索的水平张力，N；S 承载索截面积，mm2；E 承载索的弹性模量,N/mm2；k2 集中荷载位于索道最大跨距中点时，对架空线索长度的影响系数。只有一个集中荷载时：。要求同跨距内作用有多个较轻的集中荷载时,多个较轻集中荷载重量之和不大于只有一个较重的集中荷载（多个小荷载作用下的应力和位移都比单个大荷载作用下要小）。 对应档距高差角，。1.3 计算支架对承载索的竖向支持力按式3至式8进行计算。集中荷载及相邻两档示意见图1所示。图1 集中荷载及相邻两档示意图Fig1 Schematic diagram of point load（3）（4）（5） （6） （7） （8） 式中：Q 集中荷载重量，N；H2 集中荷载作用在最大跨距中点时，承载索的水平张力，N；支架A对其左侧档承载索提供的支持力，N；支架A对其右侧档承载索提供的支持力，N；支架A对承载索提供的支持力，N；支架B对其左侧档承载索提供的支持力，N；支架B对其右侧档承载索提供的支持力，N；支架B对承载索提供的支持力，N；最大档左侧档档距，m；最大档左侧档高差（绝对值），m；最大档右侧档档距，m；最大档右侧档高差（绝对值），m；最大档档距，m；最大档高差，m；对应档距高差角，。1.4 计算各支架上承载索处的承载索张力H承i（9） 式中：H承i 第i个支架上承载索处的承载索张力，N；H2 集中荷载作用在最大跨距中点时，承载索的水平张力，N；P单 单件最大荷载，N； 承载索单位长度重力，N/m第i个支架支撑点到最大档左侧支架支点的累积高差，第i个支架支撑点高时取正值，反之取负值，m。求出各各支架上承载索处的承载索张力H承i后，取其最大值作为承载索选取依据。1.5 检验承载对地距离初选承载索规格后，应校验承载索对地距离，按下列步骤进行计算：（1）计算集中荷载位于地面障碍物垂直上方时承载索的水平张力Hx，按式10计算。（10） 式中：H1 承载索的初始安装张力，N；Hx 集中荷载地面障碍物上方时，承载索的水平张力，N；kx集中荷载位于地面障碍物垂直上方时，集中荷载对架空线索长度的影响系数。只有一个集中荷载时：，x为障碍物到低侧支架的水平距离，m。（2）根据Hx，计算集中荷载位于地面障碍物垂直上方时，该处承载索的垂度fx，进而校验集中荷载对地面障碍物的安全距离y，按式11和式12计算。（11） （12） 式中：fx单个集中荷载位于地面障碍物垂直上方时，该处承载索的弧垂，m；Hx 单个集中荷载位于地面障碍物垂直上方时，承载索的水平张力,N； 承载索单位长度重量,N/m；h 承载索支持点的高差,m；x 地面障碍物到低侧支架处的水平距离,m；Y 跨距低侧支架高度,m；hx 地面障碍物到低侧支架处地面的相对高差，m； 集中荷载下边缘到承载索支持点的垂直距离，m。(4) 承载索对地安全距离不符合要求时，应通过改变支架位置、增加支架高度、危险点少量降方、增加支架等方式进行调整，设定控制条件重新进行计算与选型。(5) 承载索计算工作量大，并需反复试算，宜用计算机编程计算，以求得合理的施工技术参数。2 牵引索的计算1) 架空索道牵引索的最大总拉力P，按式13 （13）P1牵引索初始张力，N。牵引索弧垂取承载索安装弧垂的1.31.5倍，根据张力与弧垂的关系计算初始张力。P2克服集中荷载Q沿牵引索方向上的分力，N；此力出现在高差最大的跨距内，按式14计算：（14） 式中：f 承载索的弧垂，m；l索道最大档档距，m；h索道最大档高差,m；Q集中荷载，N。P3克服运行小车动滑轮沿承载索的滚动摩擦力，N，按式15计算：（15） （16）式中：动滑车轮轴间的滑动摩擦系数，用青铜轴套，取0.060.1，用滚动轴承，取0.010.02； 动滑车的滑轮沿承载索的滚动摩擦系数，取0.050.06；R 动滑车滑轮的外沿半径，cm 2) 牵引索破断拉力应满足安全系数 。3 鞍座轴的计算与校核（1）鞍座设计时，应验算鞍座轴的弯矩拉应力（弯矩压应力）和剪切应力，进而计算求得鞍座轴的所需直径。（2）鞍座轴的计算与校核示意图见图2所示。图2 鞍座轴计算示意图Fig2 Schematic diagram of saddle shaft calculation（3）鞍座轴的计算与校核按以下步骤进行：1) 计算轴承套筒口（即A-A截面）的剪切应力、弯矩拉/压应力，按公式17、18计算：剪切应力 （17）弯矩拉应力（18）式中： 鞍座轴套筒口的剪切应力，N； 鞍座轴套筒口的弯矩拉/压应力，Nm；L轴套中心到挂板的距离，m，根据设计初始条件最大钢丝绳直径26，取托索轮厚度32mm，考虑预留间隙及轴套伸出挂板距离，设定L=32/2+6=22mm，即校验时取L=0.022m；2) 按公式19计算由弯矩造成的拉/压应力所需要的轴承最小直径：（19）式中：屈服强度，材质为Q235B，取值为235Mpa，材质为40Cr，取值为785MPa；K 安全系数，此处取3.0；3) 按公式2-8计算由抗弯抗剪加权后所需的最终轴承直径：（20）式中：抗拉强度，取值按照0.6-0.8取值，材质为Q235B，225-300MPa；4 支架设计计算4.1 有限元计算基本步骤（1）对整个结构进行离散化，将其分割成若干个单元，单元间彼此通过节点相连； （2）求出各单元的刚度矩阵K（e）K（e）是由单元节点位移量（e）求单元节点力向量F（e）的转移矩阵，其关系式为:F（e）= K（e） （e）（3）集成总体刚度矩阵K并写出总体平衡方程：总体刚度矩阵K是由整体节点位移向量求整体节点力向量 的转移矩阵，其关系式为F= K ，此即为总体平衡方程。 （4）引入支撑条件，求出各节点的位移节点的支撑条件有两种：一种是节点n沿某个方向的位移为零，另一种是节点n沿某个方向的位移为一给定值。（5） 求出各单元内的应力和应变。 4.2 单元刚度矩阵的特性 单元刚度矩阵无论在局部坐标系中还是在整体坐标系中都具有相同的三个特性：（1）对称性由材料力学中的位移互等定理可知，对一个构件，作用在点j的力引起点i的绕度等于有同样大小而作用于点i的力引起的点j的绕度，即kij（e） = kji（e），表明单元刚度矩阵是一个对称矩阵。 （2）奇异性无逆阵的矩阵就叫做奇异矩阵，其行列式的值为0，即|k（e）|=0，这一点可以从例题直接得到验证。其物理意义是引入支撑条件之前，单元可平移。 （3）分块性有前面所讲的内容可以看出，矩阵k（e）可以用虚线分成四块，局部坐标系中单元（e）按局部码标记的节点m、n之间的刚度子矩阵。4.3 刚架结构中非节点载荷的处理的方法 在刚架结构以及其他较复杂的结构上，他们所受的载荷可以直接作用在节点上，又可以不直接作用在节点上而作用于单元节点间的其他位置上。后一种情况下的载荷称为非节点载荷。有限元分析时，总体刚度方程中所用到的力向量是节点力向量。因此在进行整体分析前应当进行载荷的移植，将作用于单元上的力移植到节点上。移植时按静力等效的原则进行。 处理非节点载荷一般可直接在整体坐标系内进行，其过程为：（1）将各杆单元看成一根两端固定的梁，分别求出两个固定端的约束反力。其结果可直接利用材料力学的公式求得；（2）将各固定端的约束反力变号，按节点进行集成，获得各节点的等效载荷。4.4 总体刚度矩阵的集成法 使用刚度矩阵获得的方法获得总体刚度矩阵。在此将其扩展到由整体坐标系中的单元刚度矩阵的子矩阵集成总体刚度矩阵。步骤如下：（1）对一个有n个节点的结构，将总体刚度矩阵K划分为nn各子区间，然后按节点总码的顺序进行编号； （2）将整体坐标系中单元刚度矩阵的各子矩阵根据其下标的两个总码对号入座，写在总体刚度矩阵相应的子区间；（3）同一子区间内的子矩阵相加，成为总体刚度矩阵中的相应的子矩阵。 4.5 总体刚度矩阵的特性 （1）对称性：因为由此特性，在计算机中只需存储其上三角部分；（2）奇异性：物理意义仍为在无约束的情况下，整个结构可做刚体运动；（3）稀疏性：K中有许多零子矩阵，而且在非零子矩阵中还有大量的零元素，这种矩阵称为稀疏矩阵。大型结构的总体刚度矩阵一般都是稀疏矩阵；（4）分块性：和单元刚度矩阵一样。4.6 使用MIDAS有限元软件计算索道门架针对各种型号门架，建立各种规格的有限元模型，按照计算结果后分类。在索道门架有限元模型中，门架采用了两种单元形式分别为桁架单元和梁单元。偏于安全考虑，门架横梁梁端采用铰接方式。（1）桁架单元及只受拉、只受压单元 桁架单元、只受拉单元以及只受压单元一般用于空间网架、索结构、支撑等只承受轴向力的构件和对接触面的模拟上。例如：桁架单元可以用于既承受压力也承受张力的空间网架、桁架上；只受拉单元可以用于可以忽略垂度的索上，也可以用于长细比比较大从而几乎不能承受压力的抗风斜支撑上；只受压单元可以用于结构间的接触面模拟上，也可以用于模拟只能受压力的地基边界条件；当有初始张力作用时，可以给桁架或只受拉单元施加初拉力。桁架单元、只受拉单元以及只受压单元没有旋转方向的刚度，其两端节点没有旋转方向的自由度。没有旋转方向自由度的单元之间连接时，程序分析过程中将发生奇异现象（Singular Error）。当模型有这种非正常连接时，MIDAS/CIVIL在程序内部自动约束相应节点的旋转自由度，从而防止因分析时发生奇异而退出计算的情况发生。桁架单元、只受拉单元以及只受压单元等没有旋转方向的刚度的单元与具有旋转方向刚度的单元（如梁单元）连接时，程序无需在内部做调整，也不会发生奇异现象。另外，当只受拉单元（或只受压单元）受压力荷载（或受张力）时，单元可以退出工作。（2）梁单元一般梁/变截面梁单元一般用于杆系构件或变截面（如楔形变截面）构件上，也可以作为连接自由度不同的两种单元的连接构件。梁单元荷载类型有集中荷载、均布荷载、梯形荷载、三角形荷载、温度荷载、预应力荷载等。MIDAS/CIVIL中的梁单元具有六个自由度，并默认计算剪切变形。当用户不想考虑剪切变形时，可将截面特性值的剪切面积设为零。梁单元以铁摩辛柯的梁理论（垂直于中和轴的截面，在变形后保持平面形状，但不一定要继续垂直于中和轴）为基础，分析时考虑剪切变形。当截面尺寸与构件长度的比大于1/5时（深梁），轴向的剪切变形的影响将显著增加，这种情况推荐用户使用板单元建模并划分较详细的网格。梁单元截面特性值中的扭转刚度（torsional resistance）与截面的极惯性矩（polar moment of inertia）是不同的（圆形截面时，两个值相等）。扭转刚度一般由实验确定，当扭转变形较大时，应给予注意。梁单元（或桁架单元）被理想化为线单元，截面的特性值均以中和轴为基准，因此程序不能自动考虑梁单元连接的刚域效果（梁柱节点）以及中和轴不同引起的效果。当需要考虑梁单元连接的刚域效果（梁柱节点）以及中和轴不同引起的效果时，需要利用梁端偏心功能或几何约束条件（在主菜单中选择模型边界条件刚域效果）。当构件为变截面时，在截面中选择变截面表单输入。建立曲梁模型时，单元的划分应尽量细一些。（3）释放横梁梁端约束当梁单元端部为铰接或为滚动支座时，可使用释放梁端部约束功能，释放相应自由度方向的约束。当在一个节点释放多个杆件的端部约束时，注意可能会发生奇异现象。当不可避免地发生这种情况时，需要在相应自由度方向加一具有微小刚度的弹性连接单元或弹性约束。决定选定节点在单元局部坐标系中各自由度方向的约束条件。选择某个方向自由度时，表示将释放该自由度方向上的约束。在后面的输入框中可以输入释放后残留的约束能力(按百分比输入）。例如左图中，i节点(N1端节点)弯矩My系数为0.3，表示My抗弯刚度30%有效。右侧j节点(N2端节点)弯矩My系数为0，表示My抗弯刚度为0，即成为铰支。Fx：释放单元局部坐标系x轴方向的约束，并按需要输入部分约束比率。Fy：释放单元局部坐标系y轴方向的约束，并按需要输入部分约束比率。Fz：释放单元局部坐标系z轴方向的约束，并按需要输入部分约束比率。Mx：在相应端释放绕单元局部坐标系x轴方向的扭矩，并按需要输入部分约束比率。My：在相应端释放绕单元局部坐标系y轴方向的弯距，并按需要输入部分约束比率。Mz：在相应端释放绕单元局部坐标系z轴方向的弯距，并按需要输入部分约束比率。（4）应力验算MIDAS软件提供了显示荷载作用下应力的输出。其中：Sax：单元局部坐标系x轴方向的轴向应力。Ssy：单元局部坐标系y轴方向的剪应力。Ssz：单元局部坐标系z轴方向的剪应力。Sby：绕单元局部坐标系y轴的弯曲应力。Sbz：绕单元局部坐标系z轴的弯曲应力。门架各个杆件应力不超过允许应力。（5）屈曲分析控制输入结构屈曲分析的荷载工况及相关数据。屈曲分析采用子空间迭代法。MIDAS/Civil做屈曲分析的步骤如下：结构做屈曲分析时需要构成几何刚度。为了构成几何刚度，需要静力分析的内力结果。所以，应该建立屈曲分析所需的荷载工况。在分析屈曲分析控制