工程技术论文编写要求及论文模板

工程技术论文编写要求及论文模板工程技术论文编写要求及论文模板 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的英译文 同时 附3 8个中英文关键词和200 400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 公式应用公式器进行 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 6 论文统一报送至24241011 qq 联系人张亚迪6 论文统一报送至24241011 qq 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 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 LineTramway System related ComputationalTheory ZHANGYe1WU Jianming2TIAN Weili2ZHAO Zhen3ZHANG Yadi4 1 Sichuan ElectricPower Corporation Chengdu610041 China 2 Sichuan ElectricPower Transmission Transformation Construction Company Chengdu610051 China 3 Wuhan University Wuhan430072 China 4 State GridAC EngineeringConstructionCompany Beijing100052 China ABSTRACT With thedangerous conditionof electricpower construction the useof conventionalhuman animal transportcan notmeet therequirements the roleof freightropeway inthe fieldof constructionof transmissionlines andmore important For scientificand effectiveguidance cablewayerection andselection mustbe alot ofanalysis andscientific puting The theoryis presentin thispaper which isproved inthe Sichuan Tibet powergrid connectingproject KEYWORDS Carrying ropecalculation haul ropecalculation saddle shaft calculation andcheck stent designcalculation 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 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3 5 作为控制条件 按式1计算承载索初始水平安装张力H0 cos820flH 1 式中H0 承载索的初始安装水平张力 N l 跨距 m 川藏联网工程科技项目Supported bythe scienceproject ofSichuan Tibet powergrid connectingproject 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H2222322220322024cos24coskHSE lHHSElH 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2222331 lQlQk 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Fig1Schematic diagramof pointload2cos2Hlh lV A左左左左 3 22cos2Hlh QlVA 右 4 22cos2Hlh QlV B 左 5 2cos2Hlh lVB右右右右 6 右左A A AV VV 7 右左B BBV VV 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 左AV 支架A对其左侧档承载索提供的支持力 N 右AV 支架A对其右侧档承载索提供的支持力 N AV 支架A对承载索提供的支持力 N 左BV 支架B对其左侧档承载索提供的支持力 N 右BV 支架B对其右侧档承载索提供的支持力 N BV 支架B对承载索提供的支持力 N 左l 最大档左侧档档距 m 左h 最大档左侧档高差 绝对值 m 右l 最大档右侧档档距 m 右h 最大档右侧档高差 绝对值 m l 最大档档距 m h 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 i iPH Hh222承单承 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 承载索单位长度重力 N m ih 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 xxxkHSE lHHSElH232221322124cos24cos 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 k x 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 lxlQlxQk x112122 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 lQHx lxfxx2cos2 11 x xhf Yhlxy 12 式中f x 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 h x 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13321P P PP 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 3 1 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QfhlfP 41 cos422 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 cos3 Q P 15 R 1010 16 式中 动滑车轮轴间的滑动摩擦系数 用青铜轴套 取0 06 0 1 用滚动 轴承 取0 01 0 02 动滑车的滑轮沿承载索的滚动摩擦系数 取0 05 0 06 R 动滑车滑轮的外沿半径 cm2 牵引索破断拉力应满足安全系数5 4 bTPK 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Fig2Schematic diagramof saddleshaftcalculation 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10 Q FA A 17 弯矩拉应力100 100 L QL FMA AAA 18 式中 A AF 鞍座轴套筒口的剪切应力 N A AM 鞍座轴套筒口的弯矩拉 压应力 N m 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 3 2 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 132int 最小直径3s min A AMKD 19 式中s 屈服强度 材质为Q235B 取值为235Mpa 材质为40Cr 取值为785M Pa 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14 34 14 36 0 2min D FDbAA 20 式中b 抗拉强度 取值按照0 6 0 8s 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n n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 momentof 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3 0 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