接触分析十篇

接触分析 篇1

保护接地、保护接零和安装漏电保护器是防止间接接触电击最基本的措施。在当前我国电气标准化从传统标准向国际标准过渡的情况下, 掌握保护接地、保护接零和安装漏电保护器, 对安全用电、避免人身伤亡是十分重要的。本文对间接接触电击预防的几种措施做如下分析。

1 IT系统 (保护接地)

1.1 保护接地系统安全原理

保护接地系统构成如图1所示。图中, Ll, L2, L3是相线, N是中性点, Z是配电网对地绝缘阻抗, Rp是人体电阻, Re是保护接地电阻, Ie是接地电流。所谓接地, 就是将设备的某一部位经接地装置与大地紧密连接起来。保护接地的做法是将电气设备在故障情况下可能呈现危险电压的金属部位经接地线、接地体同大地紧密地连接起来, 把故障电压限制在安全范围以内。IT系统的字母I表示配电网不接地或经高阻抗接地, 字母T表示电气设备外壳接地。保护接地的原理是给人体并联一个小电阻, 以保证发生故障时, 减小通过人体的电流和承受的电压。

图1所示设备采用保护接地后, 当一相绕组因绝缘损坏而碰壳, 即与外壳短路时, 此时若工作人员触及带电的设备外壳, 因人体的电阻远较接地极的电阻大, 大部分电流流经接地极入地, 而通过人体的电流极其微小, 从而保证了人身的安全。

在380 V不接地低压系统中, 一般要求保护接地电阻Re≤4Ω。当配电变压器或发电机的容量不超过100 kV·A时, 要求Re≤10Ω。

在10 kV配电网中如果高压设备与低压设备共用接地装置, 要求接地电阻≤10Ω, 并满足下式要求:Re≤120/Ie

1.2 IT系统应用范围

IT系统适用于各种不接地配电网, 凡由于绝缘损坏或其它原因而可能带危险电压的正常不带电金属部分, 除另有规定外, 均应接地。接地部位通常是:电动机、变压器、开关设备、照明器具、移动式电气设备的金属外壳或金属结构;0Ⅰ类和Ⅰ类电动工具或民用电器的金属外壳;配电装置的金属构架、控制台的金属框架及靠近带电部分的金属遮栏和金属门;配线的金属管;电气设备的传动装置;电缆金属接头盒、金属外皮和金属支架;架空线路的金属杆塔;电压互感器和电流互感器的二次线圈。

直接安装在已接地金属底座、框架、支架等设施上的电气设备的金属外壳一般不必另行接地;有木质、沥青等高阻导电地面、无裸露接地导体且干燥的房间、额定电压交流380 V和直流440 V及以下的电气设备的金属外壳一般也不必接地;安装在木结构或木杆塔上的电气设备的金属外壳一般也不必接地。

2 TT系统

2.1 TT系统安全原理

我国绝大部分地面企业的低压配电网都采用如图2所示星形接法的低压中性点直接接地的三相四线配电网。这种配电网能提供一组线电压和一组相电压。图中, 中性点引出的导线叫做中性线也叫工作零线。TT系统第一个字母T表示配电网直接接地、第二个字母T表示电气设备外壳接地。

在这种系统中, 当某一相线直接连接设备金属外壳时, 其对地电压为:

式中, Rn为工作接地的接地电阻;U为相电压。

该电压低于相电压, 但由于Re与Rn同在一个数量级, 所以几乎不可能被限制在安全范围内。对于一般的过电流保护, 实现速断是不可能的。因此, 一般情况下不能采用TT系统。如必须采用TT系统, 则必须将故障持续时间限制在允许范围内。在TT系统中, 故障最大持续时间原则上不得超过5 s, 这样才能减少电流对人体的危害。

2.2 TT系统应用范围

TT系统的接地Re1、Re2也能大幅度降低漏电设备上的故障电压, 但一般不能降低到安全范围以内。因此, 采用TT系统必须装设漏电保护装置或过电流保护装置, 并优先采用前者。TT系统主要用于低压用户, 即用于未装备配电变压器, 从外面引进低压电源的小型用户。

3 TN系统 (保护接零)

目前, 我国地面低压配电网绝大多数都采用中性点直接接地的三相四线配电网。在这种配电网中, TN系统是应用最多的配电及防护方式。

3.1 TN系统安全原理

TN系统是将负载设备的外露导电部分通过保护导体连接到电源接地点的系统。字母“T”和“N”分别表示配电网中性点直接接地和电气设备金属外壳接零。典型的TN系统如图3所示。PE是保护零线, 在这种系统中, 当某一相线直接连接设备金属外壳时即形成单相短路。短路电流促使线路上的短路保护装置迅速动作, 在规定时间内将故障设备断开电源, 消除电击危险。

3.2 TN系统种类及应用

TN系统有三种类型, 即TN-S系统, 如图4所示;TN-C-S系统如图5所示、TN-C系统, 如图6所示。

TN-S系统是有专用保护零线 (PE线) , 即保护零线与工作零线 (N线) 完全分开的系统;爆炸危险性较大或安全要求较高的场所应采用TN-S系统;有独立附设变电站的车间宜采用TN-S系统。TN-C-S系统是干线部分保护零线与工作零线前部共用 (构成PEN线) , 后部分开的系统。厂区设有变电站, 低压进线的车间以及民用楼房可采用TN-C-S系统。TN-C系统是干线部分保护零线与工作零线完全共用的系统, 用于无爆炸危险和安全条件较好的场所。由同一台变压器供电的配电网中, 不允许一部分电气设备采用保护接地而另一部分电气设备采用保护接零, 即一般不允许同时采用TN系统和TT系统的混合运行方式。

3.3 重复接地

TN系统中, 保护中性导体上一处或多处通过接地装置与大地再次连接的接地, 称为重复接地, 图3中的Rc即重复接地, 重复接地的作用。

(1) 图3, 断线后方, 某接零设备漏电但断线后方有Rc重复接地, 则断线后方的零线及接零设备和断线前方的零线及接零设备分别带有如下的对地电压:

这两个电压虽然都可能是危险电压, 但毕竟都远远低于相电压, 使危险程度得以降低。

(2) 减轻PEN线断线时负载中性点“漂移”。TN-C系统的零线断开后, 如断线后方有不平衡负荷, 则负载中性点发生电位“漂移”, 使三相电压失去平衡, 可能导致接在一相或两相上的用电器具烧坏。

(3) 进一步降低故障持续时间内意外带电设备的对地电压。

(4) 缩短漏电故障持续时间。由于重复接地在短路电流返回的途径上增加一条并联支路, 可增大单相短路电流, 缩短漏电故障持续时间。

(5) 改善架空线路的防雷性能由于重复接地对雷电流起分流作用, 可降低雷击过电压, 改善架空线路的防雷性能。

3.4 工作接地

工作接地的作用是保持系统电位的稳定性, 即减轻低压系统由高压窜入低压等原因所产生过电压的危险性。

配电网一相故障接地有抑制电压升高的作用。如没有工作接地, 发生一相接地故障时, 中性线对地电压可上升到接近相电压、另两相对地电压可上升到接近线电压。如有工作接地, 由于接地故障电流经工作接地成回路, 对地电压的“漂移”受到抑制, 在线电压0.4 kV的配电网中, 中性线对地电压一般不超过50 V、另两相对地电压一般不超过250 V。

3.5 应用保护接零应注意的问题

(1) 在同一接零系统中, 一般不允许部分或个别设备只接地、不接零的做法;否则, 当接地的设备漏电时, 该设备及其他接零设备都可能带有危险的对地电压。如确有困难, 个别设备无法接零而只能接地时, 则该设备必须安装漏电保护装置。

(2) 电缆或架空线路引入车间或大型建筑物处, 配电线路的最远端及每1 km处, 高低压线路同杆架设时共同敷设的两端应作重复接地。每一重复接地的接地电阻不得超过10Ω;在低压接地电阻不超过10Ω的场合, 每一重复接地的接地电阻允许不超过30Ω, 但不得少于3处。

(3) 发生对PE线的单相短路时能迅速切断电源。对于相线对地电压220 V的TN系统, 手持式电气设备和移动式电气设备末端线路或插座回路的短路保护元件应保证故障持续时间不超过0.4 s;配电线路或固定式电气设备的末端线路应保证故障持续时间不超过5 s。

(4) 工作接地的接地电阻一般不应超过4Ω, 在高土壤电阻率地区允许放宽至不超过10Ω。

(5) PE和PEN线上不得安装单极开关和熔断器;PE线和PEN线应有防机械损伤和化学腐蚀的措施;PE线支线不得串联连接, 即不得用设备的外露导电部分作为保护导体。

4 漏电保护 (剩余电流保护)

漏电保护装置主要用于防止间接接触电击和直接接触电击。漏电保护装置也用于防止漏电火灾和监测一相接地故障。电流型漏电保护装置以漏电电流或触电电流为动作信号, 动作信号经处理后带动执行元件动作, 促使线路迅速分断。

5 结语

接触分析 篇2

通过对坚实冰雪特性分析, 结合常用的检测方法, 设计出接触式坚实冰雪厚度检测装置, 通过初步试验查验了装置的可行性和精度范围。

坚实冰雪特性分析

坚实冰雪是由行人和车辆的反复碾压伴随在温度的升降变化反复融冻后形成的表层冰膜, 内部含杂, 硬度大、密度高、与路面粘附紧固的冰雪。坚实冰雪的物理特性如表1所示。

检测方法分析

常用的测量方法中, 主要测量方法分为接触式测量和非接触式测量, 如图1所示。目前对冰雪厚度检测已有应用的是降雪监测站用激光检测降雪厚度、利用电容测量冬季江河冰层厚度等, 但对道路冰雪的厚度测量方法尚在研究阶段, 还未有成熟的技术和方法。

由于坚实冰雪的特殊性, 冰雪和沥青路面均为非金属, 介电常数相近, 冰雪内部含杂, 厚度检测时所有检测装置必须在冰雪上侧, 且检测精度不易受外界环境影响, 又需实时动态测量。所以现已运用的激光测量、电容电感测量、超声波测量等在冰雪层厚度测量时均不再适用。经过分析最终选用机械接触式测量, 具体方法如下。

假定路面平整、路面障碍为井盖和车辆减速带。通过在同一基准面上测量路面的起伏状况, 然后在进行相应的计算, 得出起伏的冰雪层厚度。检测原理是在连接冰雪试验台的拖拉机上安装伸出的厚度测量基准杆。此基准杆在拖拉机上固定, 并和已除路面距离为h, 且为已知值。厚度检测时, 利用倾角传感器测量冰雪待除路面上随行杆与基准杆的角度θ值, 通过公式 (1) 可计算出检测的冰雪厚度。检测原理图如图2所示。

式中:

h—为随行杆离地面的距离;

h2—测量得冰雪厚度值。

试验原理及过程

结合试验原理利用倾角传感器来检测随行杆与测量基准杆的实时夹角, 由于室外冰雪检测时的温度低、环境差, 选用普通的商用传感器不能满足温度和试验要求, 通过综合对比, 最终选择LVT526H型倾角传感器, 如图4所示, LVT526H型倾角传感器的参数指标如表2所示。51单片机如图5所示, LED12864显示屏如图6所示。

基于夯实土胚的坚实度可控, 且形成过程和物理特性与坚实冰雪相近。运用土胚代替坚实冰雪检测结果具有可参考性。经过分析在初步室内检测试验中用特定坚实度范围的夯实土胚和土槽轨道分别代替坚实冰雪和道路路面。试验中简化相关试验参数。厚度检测系统示意图如图3所示。

根据试验原理搭建的试验台如图7所示。试验中土胚参数分别设置为长度1m, 厚度分别按正弦起伏、先增后减、递增、递减、先减后增五种典型的形状设置。模拟可能出现的路面冰雪形状。验证不同路面下检测装置的测量精度。

试验前通过土壤坚实度测量仪检测各段土胚的坚实度, 检测结果如表3所示, 从测量结果可以看出试验土胚的坚实度均在坚实冰雪的坚实度范围内, 试验土胚性质接近坚实冰雪的性质。试验过程图片如图7~10所示。

试验结果分析

通过检测试验, 试验测得的厚度和试验前人工测得的结果分别如图11~15所示。通过结果图形可知试验路段中图12中先增后减路段检测精度最高, 误差均在0.8mm以内;图13中递增段中土胚厚度持续增加时检测精度较高, 误差在0.9mm以内, 末端起伏阶段误差稍大, 最大为1.7mm;图14递减路面与之类似, 递减段厚度最大误差达到2.5mm。图15先减后增段最大误差为2.6mm;图11正弦起伏路段起伏频繁, 测量误差最大, 误差最大处主要发生在路段的最高点和最低处, 最大误差为第二个波谷处, 数值为3.7mm。综合分析试验中检测误差在可允许的4mm范围之内, 最大误差出现在正弦起伏段为3.7mm, 其余路段误差均在3mm以内。试验装置反馈速度快, 精度满足要求。

结语

(1) 介绍了坚实冰雪的物理特性, 分析了目前常用的检测方法, 结合冰雪特性选取接触式检测方法, 首次利用机械接触式方法对坚实冰雪厚度进行检测。针对冰雪厚度检测原理, 选用LVT526H倾角传感器通过编程计算显示出待测的冰雪厚度。

接触分析 篇3

一、信息及时性是商务人士选择媒体的一大标准

据新秦调查数据显示，互联网成为中国商务人士接触最多的媒体。超过九成的被访者平时能经常接触到互联网，而经常接触到电视媒介的人占86．9％，报纸和杂志媒介则紧随其后，分别为75．2％和60．9％。83％的调查对象表示会在日常工作中利用互联网收集资料，其次分别是电视、报纸及杂志，依次是56％、53％和34％。这是因为在收集资料方面．互联网可以在短时间内获得大量的信息，而且信息的更新速度较快。

位居三甲的媒体，互联网、电视和报纸都代表了新闻性很强的媒体。这样的媒体，更新速度快，信息传递及时，同时包含的内容丰富，领域广泛。这些媒体的特征，很大程度上满足了商务人士对于即时资讯的需求。而杂志则在信息的更新速度与内容的深度挖掘之间的平衡上，做得更出色，有效地实现了营销角色的区隔化。

二、传统媒体信任度更高

营销者不仅希望自己传递的品牌信息有效地覆盖到目标受众最可能接触的媒体，而且也希望借助目标受众对于传播媒体的信任，实现更有亲和力、更有说服力的传播与沟通。

调查显示，在信息的权威性方面，相对于电视、报纸及杂志等传统媒体，由于互联网的监管力度会弱很多，造成其信息的真实性和有效性大打折扣，商务人士对于互联网信息的信任度相对而言会低一些。而电视、报纸和杂志媒体的信任度会比较高，同时，由于电视媒体的信息形式丰富性，以及报纸、杂志等媒体的信息易保存性和信息挖掘功能，也使得这些媒体收到了商务人士的欢迎。

依据媒体的接触范围和信任度，结合不同媒体的独特特征，合理地安排品牌传播的媒体结构和比例，对于品牌营销传播渠道的架构，有诸多益处。

三、考察媒体接触趋势有利于营销传播组合结构优化

对于目标受众未来预期接触媒体的预测的了解，有利于更好地制订营销传播组合的计划。

对于将来打算增加接触的媒体，互联网排在第一，6成以上的人都表示在今后会增加对互联网的接触，这一数据也在一定程度上反映出了互联网未来发展的强劲势头。对于电视、报纸、杂志，打算增加对其接触的人也比较多，毕竟，作为“根基”比较牢固的传统媒介，一定时间内仍将占据着一个举足轻重的位置，而且电视、报纸、杂志各自独特的特征，也一定程度上为自身保留了一部分稳固的受众群体。

至于被调查者打算减少接触的媒介，表达明确否定意见的主要是街头宣传单，而其他的形式差异性比较小。信息利用的效率、内容的丰富程度、接受信息的主被动关系、表现形式的多样化等媒介特征，都是影响商务人士选择增加或者减少媒体接触时间的依据。

综合新秦调查的数据来看，互联网媒体占据着中国商务人士接触媒体的很大一部分，而电视、报纸、杂志等传统的媒介传播渠道更多地赢得了商务人士的信任。对于自身接触媒体的选择，中国商务人士比较倾向于单一而清晰的传播媒介组合，不希望有太多的干扰信息。

而综合商务人士的媒介环境来看，媒体的形式与内容都比较丰富，信息干扰度较高。针对于商务人士偏好的媒介渠道组合，可以更好地接触到商务人士，并实现更优质的传播效果。

齿轮接触安定分析 篇4

齿轮接触安定分析

以Hertz理论为基础,建立齿轮的接触模型.针对齿轮接触表面层变曲率的特点,构造出局部坐标下残余应力应变场的分布状态,分析在此残余应力场分布状态下,齿轮接触的静力安定和机动安定的条件.采用应力应变释放的算法和不同啮合点局部坐标之间的转换法则,模拟齿轮在重复啮合过程中残余应力应变的`累积过程,求解安定状态下残余应力的分布状况,确定齿轮接触的安定极限与摩擦因数和齿轮啮合位置之间的变化情况.

作 者：原园 徐颖强 吕国志 YUAN Yuan XU YingQiang LV GuoZhi 作者单位：西北工业大学,航空学院,西安,710072刊 名：机械强度 ISTIC PKU英文刊名：JOURNAL OF MECHANICAL STRENGTH年，卷(期)：29(6)分类号：V232.8 O343.2关键词：齿轮 安定 接触 残余应力

重症接触性皮炎35例临床分析 篇5

1 资料与方法

1.1 一般资料

35例接触性皮炎患者中男14例, 女21例, 年龄19～68岁。染发皮炎10例;植物接触性皮炎14例:山辣椒秧皮炎9例, 芒果皮炎3例, 漆树皮炎2例;药物皮炎8例:黑药膏皮炎5例, 红花油3例;农药皮炎3例皆为乙草胺皮炎。

1.2 临床表现

1.2.1 染发皮炎1 0例

皆为2次以上过敏, 本次过敏为1～48 h发病, 累及头皮、发际、颜面、颈部、上胸部, 表现为皮肤红肿基础上水疱、糜烂、渗液、结痂, 双眼睑高度肿胀, 睁眼费力, 结膜充血。伴皮肤瘙痒及灼热、胀痛感。2例合并发热, 纳差。

1.2.2 植物接触性皮炎1 4例

山辣椒秧皮炎9例:过去有类风湿关节炎和风湿性骨关节炎病史6例, 仅有关节痛3例, 9例患者发病前均为初次外敷捣烂的山辣椒秧, 外敷至发疹时间2～4 h。皮疹表现为外敷部位出现红斑、水疱、大疱、糜烂、渗出, 似烫伤样, 边界清楚, 皮疹分布部位为手、膝、肘和脊柱, 其中2例皮疹仅限于双膝, 其余患者皮疹位于一处或多处。自觉症状为受累部位有程度不等的灼热、胀痛、瘙痒, 其中3例继发感染的患者伴有发热, 白细胞计数升高;芒果皮炎3例, 先出现口唇、口周肿胀, 逐渐漫及整个颜面及颈部, 并出现粟粒大小水疱、渗液;漆树皮炎2例, 为颜面高度肿胀, 躯干、四肢为广泛皮肤肿胀上水疱。

1.2.3药物皮炎

8例5例为因外伤后外用中医院自治中药黑药膏4～7 d后接触部位先起红斑、水疱、渗液, 局部处理不当躯干四肢起红斑、丘疹, 出现自身敏感性皮炎;3例外用红花油中1例因眼睑被油点烫伤, 自行外用后3 h双眼睑红肿, 逐渐颜面, 颈部弥漫性红肿基础上水疱;其余2例因腰部疼痛, 外用红花油后接触部位广泛皮肤红肿上水疱。

1.2.4 农药皮炎3例

患者皆为接触除草剂乙草胺后3～20 h出现双手皮肤红肿基础上水疱、逐渐皮疹漫及躯干、四肢, 水疱广泛, 伴发热, 恶心, 1例眼结膜发红, 眼睑红肿, 1例阴囊糜烂、渗液。

2 治疗及转归

所有患者均迅速去除过敏原, 给予开瑞坦10 mg 1次/d口服, 扑尔敏10 mg晚睡前肌注, 生理盐水250 mL+维生素C2.0+葡萄糖酸钙10 mL 1次/d静滴, 生理盐水250 mL+复方甘草酸苷40 mL1次/d静滴 (注意监测血压, 高血压需应用降压药) , 水疱及渗液处予生理盐水250 mL+庆大霉素8万U 2次/d湿敷。水疱大的抽液处理后湿敷, 渗液多的做渗液培养加药敏。对9例山辣椒秧皮炎及2例腰部外用红花油的患者皮损虽较重, 但皮损局限, 无粘膜症状, 未用激素, 治疗10～14 d水疱基本干涸、结痂, 基底无红肿;对3例芒果皮炎及1例因烫伤颜面外用红花油的患者出现颜面及颈部高度红肿、水疱, 需及时治疗, 否则易累及粘膜或合并感染, 需及早应用激素, 但因过敏原已消除, 皮损局限, 故予生理盐水250 mL加甲强龙40 mg静滴3 d病情明显好转, 遂停用, 继续予普通脱敏药维持7～12 d好转出院;对于其余的患者, 皆皮疹广泛, 有的过敏原很难马上去除 (如染发剂, 特别是女患者) , 有的原发刺激重 (如乙草胺;漆树) , 有的出现自身敏感性皮炎 (如黑药膏) 予生理盐水250 mL加甲强龙40 mg静滴, 强的松10 mg晚1次口服治疗5～7 d病情明显好转后逐渐激素减量后停用, 14～16 d左右出院。上述患者合并发热, 血白细胞高的加用抗炎药物。应用激素的患者常规应用雷尼替丁抑酸、维敏胶囊保护胃粘膜等对症治疗。并注意兼顾合并系统性疾病的诊治。

3 讨论

接触性皮炎是由于皮肤、粘膜接触外界物质而发生的炎性反应, 是皮肤科常见、多发病[1]。其发病机制可分为原发性刺激反应和接触性致敏反应。有些物质在低浓度时可以为致敏物, 在高浓度时则为刺激物或毒性物质。原发性刺激反应是接触物本身具有强烈刺激性或毒性, 任何人接触该物质均可发病。接触性致敏反应为典型的Ⅳ型变态反应, 接触物为致敏因子, 本身并无刺激性或毒性, 多数人接触后不发病, 仅有少数人接触后经过一定时间的潜伏期, 在接触部位的皮肤、粘膜发生变态反应性炎症[2]。

随着物质生活的提高, 染发的人们逐渐增多, 染发皮炎特别是重症皮炎增多, 因为即使曾经过敏, 他们仍相信下次应用的染发剂不会过敏, 而且过敏后不忍剪发, 导致无法脱离过敏原, 病情加重。故多数需应用激素控制。染发剂中能使头发染黑的主要成分是对苯二胺, 是半抗原, 具较强的致敏作用, 能激发产生皮肤迟发型变态反应[3]。故对任何欲染发者在染发前均需做斑贴试验。

植物接触性皮炎, 山辣椒秧的汁液刺激皮肤引起炎症;漆树属植物包括芒果、野葛等, 多含漆酚, 为高度变应原性油脂混合物[4]。故过敏相对重。

临床中应用刺激性较大的中药应格外谨慎, 注意其原发刺激性和致敏性。重症接触性皮炎可发展为中毒性表皮坏死松解。治疗上, 应早期足量应用糖皮质激素、积极控制感染、对症支持治疗, 以尽快控制病情, 减少并发症及死亡率[5]。

农药 (含除草剂) 引起接触性皮炎是夏秋季农村常见的一种皮肤病, 对农民危害较大。农药皮炎多属原发性接触性皮炎, 变应性接触性皮炎为辅[6]。该病好发于夏秋季, 由于衣着较少, 某些农民农药溢洒皮肤不及时换衣、清洗, 皮肤已出现红斑、瘙痒仍继续作业而导致农药皮炎加重。乙草胺为除草剂的一种, 属低毒, 曾有报道接触乙草胺致中毒性表皮坏死松解症, 该组患者水疱广泛, 病情重, 及早应用激素治疗。

4 结论

重症接触性皮炎需及时有效的治疗, 去除病因是关键, 有效的内服外用治疗是保障, 勿再接触过敏原是防止再发的前提。该组患者因病因明确, 而且过敏重, 未做斑贴试验, 如过敏原不明确的需做斑贴试验查明病因。

参考文献

[1]代丽萍.接触性皮炎[J].中国实用乡村医生杂志, 2007, 4 (4) :7.

[2]张学军.皮肤性病学[M].6版.北京:人民卫生出版社, 2005:98-99.

[3]朱学骏, 顾有守, 沈丽玉.实用皮肤病性病治疗学[M].3版.北京:北京大学医学出版社, 2006:149.

[4]张学军.皮肤性病学高级教程[M].北京:人民军医出版社, 2010:207.

[5]邢育华, 孙晓杰, 王珺, 等.外用中药致接触性皮炎三例[J].国际皮肤性病学杂志, 2011, 37 (3) :191-192.

采煤机截割部传动齿轮接触分析 篇6

接触是一个复杂的非线性问题,齿轮的啮合是一种典型的接触行为[1]。传统的分析和设计方法也逐渐不能适应设计的要求,而新兴的分析和设计方法正越来越被认同和采用,如王立华和李润方利用有限元理论和数值分析方法,对高速重载齿轮系统在加载和离心力共同作用下的变形和强度进行了分析[2],研究了离心力对该系统的影响和动态响应,利用三维啮合弹塑性接触有限元方法对高速重载齿轮进行了接触强度分析。赵健对齿轮啮合接触非线性分析模型及响应面分析方法进行了阐述[3];郭辉以齿轮接触分析为基础,采用三维接触有限元方法计算了面齿轮副的啮合过程中及其它参数变化时弯曲应力的变化[4];仰荣德利用分形理论计算了凹凸啮合齿轮传动的接触强度[5];孙建国等利用ANSYS/LS-DYNA的显式动力学计算方法,对不同转速下的齿轮副进行了动力接触分析,得出标准渐开线齿轮由于弹性变形导致较大的啮入冲击,齿轮修形后啮入冲击得到明显改善[6]。本文利用ANSYS Workbench作为仿真平台对采煤机截割传动齿轮进行了静力接触分析。

2 理论分析齿轮接触强度计算[7]

传统齿轮接触应力的计算公式是以两圆柱体接触的接触应力公式为基础,结合齿轮的参数导出的。1881年赫兹按照弹性力学的理论,导出了两个弹性圆柱体接触表面最大接触应力的计算公式。

式中,“+”用于外接触,“-”用于内接触,其中,Fn为法向压力,N;σH为接触应力,MPa;b为齿轮的宽度,mm;ρ1、ρ2分别为两轮接触点处的曲率半径,mm;E1、E2为齿轮材料的弹性模量,MPa;μ1、μ2为两轮材料的泊松比。齿面接触强度的条件是σH≤[σH],[σH]为许用接触应力,MPa。

3 建立模型

在CAXA电子图板绘图软件中有绘制齿轮的模块,可以方便地绘制出变位齿轮的二维模型。本文在CAXA中建立截割部齿轮的二维图形,保存成IGES格式,导入Pro/E软件,选择mmns_part_solid模板,分别以x=0、y=0、z=0建立相互垂直的三个面,用绘图命令画出齿轮的内圆,并拾取齿轮的齿廓曲线,经过拉伸建立三维模型。新建组件,选择mmns_asm_design模板,创建两个轴线,并用销钉的方式对两个齿轮进行装配,然后在机构模块中完成齿轮啮合。本文是对采煤机截割部传动齿轮进行分析,齿轮参数如表1所示。

4 有限元分析

4.1 模型导入

ANSYS Workbench是ANSYS有限元分析软件的新一代产品,其功能强大,可以自动识别接触面。ANSYS12.1可以和Pro/E5.0建立连接,在Pro/E5.0点击ANSYS12.1中的Workbench选项,打开ANSYS Workbench12.1,如图2所示,在工具箱里的Analysis Systems中可以直接拖动Static Structural到A2中,如图3所示。双击A2中的Geometry,导入几何模型并可以对几何模型进行编辑,选择单位mm。

4.2 设置接触面

齿轮传动过程是单双对轮齿交替接触,对单对齿轮接触进行分析。双击B3将一对装配好的齿轮模型导入ANSYS Workbench仿真环境中,ANSYSWorkbench会自动在啮合处添加为绑定接触,删除绑定接触,建立摩擦接触,并设定摩擦系数为0.2。利用ANSYS Workbench接触向导定义目标面、接触面,建立接触对,以主动轮轮廓面作为接触面,从动轮轮廓面为目标面,设置接触刚度因子Stiffness Factor为1.0,如图4所示。接触面的设置是仿真计算时间和精度的关键,物理上,接触体间不相互渗透。因此,程序必须建立两表面间的相互关系以阻止分析中的相互穿透。对非线性实体表接触,可使用罚函数或增强拉格朗日公式。对于刚度因子的设定,刚度增加,渗透会减少,而刚度太大有可能会产生病态的矩阵,从而使计算不收敛。

4.3 设置材料属性

在Engineering Data选项中对齿轮材料进行设置,齿轮材料选择18Cr2Ni4WA,齿面渗碳硬化层有效深度1.9-2.3mm,齿面淬火58-62HRC,其力学特性为:弹性模量为2.02×1011Pa,泊松比为0.3,质量密度为7800kg/m3,接触疲劳极限σHlim=1600MPa。

4.4 划分网格

在ANSYS Workbench中,网格划分是作为一个体单独的工具平台,为ANSYS的不同求解器提供相应的网格文件,网格划分可以是自动生成的,也可在指定区域进行特定的网格划分。在没有指定接触区域的单元大小时,软件会自动进行网格的划分,这里采用了多体扫掠型划分网格,并在接触面进行网格加密,接触面网格单元为0.8mm,如图5所示。

4.5 添加约束条件和施加载荷

在ANSYS Workbench的仿真环境中,主动轮围绕其中心轴旋转,完成与从动齿轮的啮合。主动轮中心轴的切线方向应为自由的,在轴线方向和径向为固定的。因此在主动轮的中心施加“Cylindrical Support”,并将“Tangential”设定为“Free”,将“Radial”和“Axial”设定为“Fixed”,在从动轮内孔表面施加“Fixed Support”,然后在主动轮的内孔表面加载顺逆时针扭矩,这里是对齿轮进行静力接触分析,所以在主动轮内孔表面加上齿轮正常传动时的3倍扭矩,数值为29238.9N·m。

5 计算结果分析

5.1 接触应力和等效应力分析

图6为接触力分布图,图7为主动轮和从动轮的等效应力分布图。由图6和图7可以看出,两齿轮压应力发生在齿轮的接触面上,接触应力最大为1082.1MPa。等效应力最大为830.92MPa,此应力值小于材料的接触应力极限。由两图可以看出,当齿轮啮合传动时,应力集中分布在齿轮的齿面接触部分,且接触应力在两端处减小,等效应力云图可以直观看出整个齿轮的应力分布情况。图8为等效应力在齿宽方向上的分布,图9为剪切应力在齿宽方向的分布,由图可以看出最大应力出现在两端处,这是因为在两端处的剪切应力最大,最大值为478.46MPa。利用赫兹公式计算可得最大接触应力为1105MPa,比有限元软件计算结果大,但两者相差不到2.3%,其结果是可信的。

5.2 等效应变和安全系数分析

图10是齿轮啮合接触时的等效应变,最大应变是0.0041135,齿轮在此力矩下的应变很小,在传动时不会产生太大的偏差,从而造成更大的振动。在ANSYS Workbench中还可以查看齿轮在受力作用下的安全系数,从而确定齿轮啮合时最容易磨损破坏的区域。图11为齿轮啮合时的安全系数分布图,由图可以看出,齿轮最容易破损的地方出现在齿轮接触部位,其最小安全系数为1.33,齿轮是可以在此力矩下安全运行的。

6 结论

(1)传统分析只能计算出齿轮单对接触的最大接触应力,不能看出应力分布,而通过ANSYS Workbench对齿轮传动时主动轮和从动轮啮合时的接触情况进行分析,可以直观地看到应力主要集中区域、齿轮的弹性应变、剪切应力及各部分的安全系数等问题。

(2)由等效应力集中分布分析,可以采用倒角或修形方式减小齿宽两端的应力,为齿轮修形设计提供参考。

(3)利用有限元分析软件能够有效地对齿轮进行仿真,可以减少实验费用,提高产品设计效率,为产品生产赢得时间。

参考文献

[1]谢最伟,吴新跃,陈艳锋.人字齿轮齿面应力的接触元分析[J].机械设计,2007,24(10):26-27.

[2]王立华,李润方,林腾蛟,等.高速重载齿轮的有限元分析[J].中国机械工程,2003,14(20):1774-1776

[3]赵健,张国智.齿轮啮合接触非线性分析模型及响应面分析方法[J].南京航空航天大学学报,2009,41(4):550-554.

[4]郭辉,赵宁,方宗德,等.基于接触有限元的面齿轮传动弯曲强度研究[J].航空动力学报,2008,23(8):1438-1442.

[5]仰荣德.凹凸啮合齿轮接触强度计算的分形方法研究[D].合肥:合肥工业大学,2009.

[6]孙建国,林腾蛟,李润方,等.渐开线齿轮动力接触有限元分析及修形影响[J].机械传动,2008(32):57-59.

[7]邱宣怀.机械设计[M].北京:高等教育出版社,1997:26-28.

接触分析 篇7

深沟球轴承结构简单, 应用广泛, 其接触应力对接触疲劳和磨损有重要的影响, 在很大程度上决定着轴承的寿命。接触有限元分析可以了解轴承工作时各部分的接触信息, 如应力、应变、穿透和滑移距离等, 对于复杂轴承的优化设计具有重要的意义。

接触是一种复杂的非线性现象, 它不仅涉及到接触状态的改变, 还伴随着热、电等过程。接触问题目前主要存在两大难点。其一, 在求解问题之前, 通常不知道具体的接触区域。随着载荷、材料、边界条件和其他因素的变化, 表面之间可能接触或者分开, 这往往是难以预料的, 甚至可能是突然变化的。其二是大多数接触问题需要考虑摩擦作用, 摩擦效应可能是无序的, 而且都是非线性的。如何快速、准确地模拟类似的接触问题是学者非常关心的热点[1]。

ANSYS提供了接触分析的良好方案, 能够考虑过程中的摩擦生热及电接触过程, 有专门的接触向导, 很方便建立接触对。内置的接触分析专家系统对于一般的接触分析不需要设置接触的相关参数, 可以方便地建立接触分析。本文以6200深沟球轴承为例, 讨论其接触情况, 利用ANSYS的APDL参数化语言建立其三维参数化有限元模型, 并对其非线性接触状况进行分析研究。

1 接触状态分析及应力理论计算

球轴承工作中, 滚动球体与圈体的接触情况复杂, 当载荷为0时, 其接触为点接触。而运转过程中, 随着载荷的增大, 接触区发生塑性变形, 点接触变为面接触[2], 接触区域渐渐变成椭圆, 并产生残余应力[3]。接触区域的位置、大小、形状、接触面压力及摩擦力分布等接触参数将随外载荷的变化而改变, 是典型的边界非线性问题。根据赫兹理论[4], 并对公式进行适当简化, 深沟球轴承的接触应力和变形为[5]:

对于6200深沟球轴承 (相关材料及尺寸参数见表1和表2) , 当承受5000N的径向载荷时, 计算或查表, 可得:

2 轴承接触分析的基本步骤

在涉及到两个边界的接触问题中, 很自然把一个边界作为“目标面”, 而把另一个边界作为“接触面”。ANSYS支持刚体——柔体或柔体——柔体的面——面接触单元, 这些单元应用“目标面”和“接触面”来形成接触对。对于刚体——柔体接触, 可选择凸面、网格较密的面、尺寸相对较小的面为“接触面”, 反之则指定为“目标面”。

3 轴承有限元模型的建立

以ANSYS软件的APDL语言, 对模型的数据使用参数定义, 理论上可以通过修改参数改变模型的尺寸形状、材料特性、约束位置、施加载荷等。这种参数化建模的方式, 可以实现设计自动化, 提高设计效率, 并为可靠性及优化设计提供条件。

深沟球轴承基本结构主要有内圈、外圈、滚动体和保持架等。因使用条件的不同, 有的还带有止动槽、防尘罩、密封圈及顶丝等。由于轴承的倒角、边棱、防尘罩及止动槽等对轴承内部的应力分布和变形的影响较小, 建模时可对这些结构进行忽略简化。考虑到深沟球轴承模型结构相对简单, 且径向载荷主要集中在内圈的内径圆柱面下半圈的中部, 本文采用整体建模的方式。

表1和表2是6200深沟球轴承建模的相关材料及尺寸参数。

图1为所建的深沟球轴承有限元模型。轴承内、外圈、滚动体与保持架均选用8节点六面体的SOLID45实体单元。采用自由网格, 网格单元尺寸为1.5mm。整个模型共54224个节点, 258666个单元。

因滚动体任何瞬时只有一半的球面与轴承内圈滚道接触, 另一半球面则与轴承外圈滚道接触, 故建模应注意滚球的方向, 使两个半球面分别对应接触内外圈滚道沟面。

4 接触的定义及接触单元的检查

分别以轴承的外圈滚道沟面和内圈滚道沟面作为目标面, 相应的滚动体两半球面为接触面, 建立两个接触对。确定内、外圈滚道与滚动体之间为刚——柔接触, 接触面单元类型选用含中节点的8节点四边形单元CONTA174, 目标面接触单元类型选为无中节点的3节点单元TARGE170。设置各接触对的法向接触刚度因子FKN=0.1 (FKN值过大易引起接触分析中的许多不收敛问题) , 初始靠近因子ICONT=0.01, 摩擦因数MU=0.003。

接触单元网格划分后, 接触面外法线方向检查至关重要。对于3D单元, 按节点顺序号以右手法则来决定单元的外法向。接触面的外法向应该指向目标面, 否则, 在开始分析计算时, 程序可能会认为是有过度穿透的面, 很难找到初始解, 程序一般会立即停止执行。若外法向不一致时, 必须通过翻转不正确单元的节点号 (命令:ESURF, , REVE或GUI:Main Menu>Preprocessor>Create>Elements>Surf to Surf) , 或重新定义单元法向 (命令:ENORM或GUI:Main Menu>Preprocessor>Create>Move/Modify>Surf Normals) 。

图2中, 外圈沟与滚球半球面的外法向一致, 而内圈沟与滚球的另一个半球面不一致, 须通过上述方法将内圈沟的外法线方向反转。

5 边界条件的确定和载荷的施加

如图3施加边界条件、载荷和转速:约束轴承外圈外圆柱面及内圈内圆柱面的所有自由度。对内圈的内圆柱面下半圈中间部位的节点施加径向载荷;对内圈的一端面施加轴向压力;并对内圈施加角速度。

6 定义求解和载荷步选项

本分析属小应变、小位移、小滑动分析, 设置NLGEOM, OFF, 将加快搜索, 缩短搜索时间。时间步长必须足够小, 以捕捉适当的接触区 (如果时间步太大, 接触力的光滑传递会被破坏) 。按合理的时间步, 设置合适的平衡迭代次数。若在迭代期间接触状态变化, 可能发生不连续。为了避免收敛太慢, 使用修正的刚度阵, 将牛顿——拉普森选项设置成FULL。对于面——面的问题, 自适应下降通常不会有任何帮助, 建议关掉。

求解过程与一般的非线性问题求解过程相同。需特别注意, 在开始分析时, 程序总是检查目标面的接触状态, 如果检查到任何不希望的间隙 (或不接触) , 或过度的穿透, 将终止分析, 此时须重新检查和修改几何模型。

7 接触应力结果分析

仿真得到深沟球轴承的内圈、外圈、滚珠之间的接触力、接触应力、应变的变化情况, 同时也可以得到深沟球轴承的位移变化情况。

由图4可以看出深沟球轴承的接触总位移应变情况。因受旋转离心力的影响, 深沟球轴承的接触位移较大处主要集中于与外圈接触处的滚球节点, 深沟球轴承总体总位移应变最大值分别为:DMX=1.059, SMX=0.030841;其中滚球的总位移应变最大值DMX=1.059, SMX=0.030841, 而内圈的总位移应变最大值SMX=0.011382, DMX=0.023992, 这与实际应用情况相符。

由图5还可以看出, 受旋转离心力的影响, 深沟球轴承的接触应力较大处集中在外圈与滚球接触处, 仿真计算最大值为5133Mpa, 通过赫兹理论计算出轴承接触应力为4909.8MPa。通过比较可以看出, 赫兹理论解与有限元解具有较好的一致性。

由图4、图5还可以看出, 轴承内圈滚道下半圈及相对应滚球接触区域近似呈椭圆形状, 与赫兹接触理论一致。另外, ANSYS分析还可得到接触过程中, 轴承各部分的其它接触状态信息, 如接触状态、接触穿透、接触摩擦应力和滑移距离等 (如图6、图7所示) 。

从图6上得知, 接触状态最大值SMX=2, 表明有滑动接触;滑移距离图 (如图7所示) , 则表明滑移距离最大值SMX=0.082043;从图6得知, 接触穿透最大值SMX=0.036697, 表明接触过程中有微量的穿透;从图7得知, 可知接触摩擦应力最大值SMX=79.137Mpa;这些均与实际情况相符。

8 结束语

1) 采用ANSYS软件对深沟球轴承接触应力、应变进行数值模拟分析, 获得的有限元解与赫兹理论解具有较好一致性;2) 有限元法滚动轴承的接触分析, 可以方便、直观地获得各部位接触应力应变大小和云图, 有效地了解各部位的工作状态信息, 如最大接触应力和最大等效应力、位置等, 这对复杂轴承的强度分析、寿命设计和结构优化提供参考和依据。

参考文献

[1]小飒工作室.最新经典ANSYS及ANSYS Workbench教程[M].北京:电子工业出版社, 2004, 6:328.

[2]Pavlov V G.Wear calculations for radial ball bearings[J].Russian Engineering Research, 2008, 28 (7) :643-650.

[3]马士垚, 张进国.滚动轴承接触问题的有限元分析[J].机械设计与制造, 2010, 9:8-10.

[4]冈本纯三, 黄志强.球轴承的设计计算[M].北京:机械工业出版社, 2003.

接触分析 篇8

关键词：高速电气化铁路 接触网 施工技术

中图分类号：TM922.5 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）07（a）-0076-02

想要建造一条好的高速电气化铁路，那就必定离不开性能优越的高速接触网，来使弓网的性能的得到更好、更充分的发挥。但是二者要得到这么好的匹配度，是需要铁路建造工作者在不断地以往经验的基础上一丝不苟的进行计算然后以最优的方式来完成接触网和弓网的匹配使得发挥其最好的性能。该文就将从以往工程师的建造经验里简单探讨分析一下在新的时代下，高速电气化铁路的接触网的施工技术。

1 高速电气化铁路接触网的组成

什么是高速电气化铁路接触网？高速电气化铁路接触网就是在铁路沿线的上空架设起来的一条特殊形式的输电线路。他的组成部分由接触悬挂、支持装置、定位装置、支柱与基础等组成。

1.1 接触悬挂

接触网的悬挂装置是一种通过支持装置架设在支柱上的供电装置，它的作用是将牵引变电获得的电能输送给电力车。它主要包括了承力索、吊弦、接触线及连接这些部分的零件。在电力机车运行的时候，接触线的弹性均匀程度是要求均匀的，这样才能不断给电力机车进行输电。

1.2 支持装置

支持装置顾名思义就是起到一种支持的作用。在电气化铁路装置里，它起到的就是一个支持接触悬挂，并且将其负荷传给支柱或者是其他悬挂的全部设备。支持装备包含了腕臂、水平拉杆、悬式绝缘子串、捧式绝缘子等。支持装置的结构设置应该要能够适应各种不同的特点的场所，材料上一定要尽量轻巧耐用，但又有足够的机械强度的。在设计上还需注意到易使用、易检修、易施工。

1.3 定位装置

定位装置是由定位管、定位器、支持器及连接零件组成的高速电气化铁路网上的重要组成部分。在高速电气化铁路施工上，定位装置并不是像GPS的定位，这个定位装置的作用是固定接触线的位置，使得电力机车在受电弓滑板运行的轨迹范围内，保证接触线与受电弓不会脱离，并且使得接触线的抹水泥均匀，又能够将接触线的水平负荷力传给支柱。

1.4 支柱与基础

预应力钢筋混凝土支柱与基础是作为一个整体制作的，施工时直接将下端基础埋在地下；而钢柱是通过电焊焊接或者是由螺栓连接的方式将其固定于混凝土的基础内。在这个结构中，基础是处于一个相当重要的位置上的，它要承受住支柱传给的所有的负载力并且将这些力量分散于地基的土层中。支柱与基础是承受接触悬挂、支持装置和定位装置的全部力量的一个部分，它还有将接触悬挂悬挂与规定的位置与高度的作用。

2 接触网安装的施工要求及施工技术的现状

在一栋建筑上，基础的坚固程度是决定它是不是可以建造得更高的基础条件。那么在修筑铁路接触网的时候也是如此，基础的坚固程度直接决定了电力机车的行驶安全及接触网的各个组成部分的性能和它的耐用性。所以当在对基础进行施工时，一定要遵守它的施工要求。对软硬横跨、接触网线岔的安装、定位装置的施工技术也要遵守它的施工技术要求。

2.1 基础施工技术

基础的基坑尺寸、开挖方法都是有要求的。而钢筋混凝土支柱的基础坑深度和钢支柱的基础坑的深度又有着不一样的计算方法。第一种的坑深是蜘蛛的规定的埋入深度和接触线路上部的建筑高度（由于线路的等级有所不一，固有不同的坑深，一般为800 mm）之和。当支柱在站台上时，坑深计算又变成了站台表面垂直到坑底的距离了，坑深为支柱规定掩埋的深度同底板的厚度的和。第二种钢柱上，坑深由选定的基础标高和基础尺寸来计算。这里就用到了式（2—1），即H=h+△h+d（H为钢柱基础坑深；h为基础高度；△h为基础的标准高度值；d为垫层厚度）。对基础坑深计算好之后，开挖基础坑有三种方法：（1）切割开挖法；（2）钻孔开挖法；（3）控制爆破法。三种方法都有其优点及缺点，具体依靠哪种方法，还得靠挖坑处的地基层和挖坑地的条件决定。对基础的浇灌上有其基本质量要求：（1）基础的标高符合标准；（2）基础的外形尺寸及螺栓的位置要符合设计要求；（3）必须按照规定制作混凝土试块；（4）基础的表面要平整；（5）基础不扭斜，即使有扭斜，偏差必须在3cm之内。

2.2 软硬横跨施工技术要求

软硬横跨的安装标准较多，有10点需要注意的地方。（1）钢柱横向承力索的悬挂孔到支柱顶的距离是70 cm；（2）钢筋混凝土支柱的承力索的悬挂孔到支柱顶的距离为10 cm；（3）钢筋混凝土支柱的承力索的悬挂孔到地线孔的距离为108 cm；（4）上部的定位锁到纵向悬挂承力索的距离为16 cm；（5）上部的定位锁距离接触线30 cm；（6）旅客车站的站台边缘距离相邻线路的距离为173 cm；（7）货物车站的站台边缘与相邻线路的距离为175 cm；（8）节点2、4的横向承力索绝缘子串向下移动时，绝缘子串与支柱间加设的吊线垂直吊线水平距离为①绝缘子串为3个瓷瓶：3.88 m；②绝缘子串为4个瓷瓶时：4.02 m；（9）最短吊线长度为横向承力索的最低点到上部的定位锁的最小距离；（10）按采用43B型定位器的拉出值为0.3 m考虑，斜吊线的偏移量为1.48 m。关于吊线的安装技术，先是测量承力索的悬挂点高度、实际跨距，再用计算机对数据进行计算处理，然后列表预配之后就开始进行作业车安装。

2.3 接触网线岔施工技术要求

高速电气化铁路接触网的接触线布置技术，也要坚持三个要求：（1）道岔拉出值一定要符合设计要求，在道岔线间距800 mm处正、侧线接触线位于受电弓的同一侧；（2）线岔接触区内不得安装任何线夹。

2.4 定位管及定位器的安装技术

定位管要与腕臂在同一个平面内，正定位是允许抬头的，相反，反定位也是允许低头的；（2）限位定位器的安装坡度，限位的间隙严格按照设计施工，间隙施工允许的偏差只能在1 mm左右；（3）定位管的防风支撑安装角度在30～60度之间；（4）非支定位管吊线有线长度掉整到设计的要求之后在距其300 mm的距离留一个预留圈；（5）所有螺栓紧固力矩要符合设计的要求。

3 结语

在高速电气化铁路的接触网的施工上，遵守其施工技术是要取得一个好的施工效果的途径。标准是一个规定，按照标准的施工就是最好的技术。

参考文献

[1]常合富.关于接触网设备电气烧伤问题的探讨[J].黑龙江科技信息，2010（31）：309.

[2]陈建中.高速电气化铁路电气化工程施工探讨—— 光接入网系统的割接施工技术[J].中国高新技术企业，2010（3）： 165-166.

接触分析 篇9

考虑层间接触状态的水泥砼路面有限元分析

文章以广西柳南高速公路和桂柳高速公路的典型路面结构为研究对象,建立三维有限元模型,进行水泥混凝土路面结构模拟计算,分析水泥混凝土路面板与基层的层间接触状态对路面结构的挠度及荷载应力的`影响.

作 者：朱磊 何兆益 ZHU Lei HE Zhao-yi 作者单位：重庆交通大学土木建筑学院,重庆,400074刊 名：西部交通科技英文刊名：WESTERN CHINA COMMUNICATION SCIENCE & TECHNOLOGY年，卷(期)：“”(5)分类号：U416.216关键词：路面工程 层间接触 水泥混凝土路面 有限元分析

取水口结构的接触有限元分析 篇10

核电厂机组一般采用以海水为冷却水的直流供水系统, 冷却水及安全用水通过取水工程进入泵房。根据《核电厂抗震设计规范》, 取水口结构为核安全Ⅰ类物项, 应同时采用运行安全地震震动和极限安全地震震动进行抗震设计。

某核电厂取水口结构位于取水工程端头, 一头与输水隧道相连, 一头伸入海里。该位置原貌为海岸边基岩, 取水口施工前需先将整个取水头部范围内的基岩全部清除, 然后安放管道和喇叭口, 就位后用混凝土回填, 直至恢复海岸线原来面貌。它由取水隧洞延伸段 (SEC接口) 和进水口 (喇叭口和海工混凝土) 组成。

SEC和CRF用水钢管分开设置, 一端与钢筋混凝土输水隧道相连, 一端与取水头部钢制进水喇叭口相连。SEC用水钢管管内径1.2 m, 钢管壁厚10 mm;CRF用水钢管管内径4.2 m, 壁厚20 mm。钢管材料均采用耐海水腐蚀低合金钢 (10Cr Mo AL) 。SEC和CRF用水钢管和喇叭口用素混凝土回填 (顶部有配筋) , 直至恢复海岸线原来的面貌。

当取水口结构正常运行时, 钢管承担内水压力。混凝土结构和钢管之间的接触作用对结构受荷之后的接触状态和应力分布有直接的影响。本文采用有限元计算软件ANSYS建立三维接触单元模型, 进行动力反应谱分析, 为结构设计提供了可靠的数值依据。

2 接触单元

接触问题是一种高度非线性行为, 有两种基本类型:刚体—柔体的接触, 柔体—柔体的接触。ANSYS软件支持三种接触方式:点—点、点—面和面—面的接触。本文对钢管和外围混凝土之间的接触问题采用面—面接触方式。接触单元是覆盖在分析模型接触面之上的一层单元。用“目标面”和“接触面”形成“接触对”, 程序通过相同的实常数号来识别接触对。目标面分别用Targe169和Targe170来模拟, 接触面分别用Conta171, Conta172, Conta173, Conta174来模拟。

所有的接触问题都需要定义接触刚度, 两个表面之间的穿透量的大小取决于接触刚度, 过大的接触刚度可能会引起收敛困难, 应该选取足够大的接触刚度以保证接触穿透小到可以接受, 但同时又应该让接触刚度足够小以不会引起总刚矩阵的病态问题而保证收敛性。

接触单元设置的步骤为:1) 定义面—面接触使用的单元类型;2) 指定刚性目标面并检查目标面的方向;3) 定义柔性接触面并检查接触的方向是否指向目标面;4) 设定关键字和实常数, 选择接触算法和摩擦类型;5) 加载求解。

3 三维有限元建模

3.1 模型建立

本文以SEC和CRF钢管及外包的钢筋混凝土为研究对象建立有限元计算模型。有限元模型图见图1和图2。

(钢结构部分被混凝土包裹)

SEC和CRF钢管以及喇叭口用壳单元Shell63模拟, 弹性模量2.13×1011N/m2, 泊松比0.3, 回填C30素混凝土用实体单元Solid45模拟。弹性模量3×1010N/m2, 泊松比0.2。结构的侧面和底部与岩体相互作用用弹簧单元Combin14模拟, 结构的上表面为混凝土恢复的山体表面。三维有限元模型中有958个Shell单元, 30 781个Solid45单元, 3 507个Combin14单元。节点数共96 421个。

模型中使用接触单元Conta173和目标单元Targe170定义3-D接触对。钢管和混凝土之间没有考虑摩擦, 即假定为完全光滑状态, 其切向刚度为零, 其法向刚度也为无穷大, 实际情况应为介于共节点模型和考虑接触模型之间的状态。

3.2 荷载

本取水口侧向按原来的山体形状修复, 无外露段, 所以波浪力不起作用。计算中考虑的荷载有:1) 结构自重;2) 随海水潮位变化而变化的上部水压力;3) 内部水压力, 包括CRF钢管和喇叭口、SEC钢管分别受到的最大工作压力和最小工作压力;4) 地震作用, 包括运行安全地震动产生的地震作用SL-1 (结构阻尼比取0.05) 和极限安全地震动产生的地震作用SL-2 (结构阻尼比取0.07) 。

地震作用是作为荷载输入的, 对于地震作用的计算, 分析中没有采用时程分析直接动力法, 而是采用了较为便捷的振型分解反应谱分析方法。对极限安全地震震动SL-2:

以0.15g标定的RG1.60水平加速度反应谱作为厂址水平向设计地震动反应谱, 如表1所示;以0.10g标定的RG1.60水平加速度反应谱作为厂址竖直向设计地震动反应谱, 如表2所示。取SL-2设计地震动反应谱的1/2作为SL-1设计地震动反应谱。

4 ANSYS反应谱分析

4.1 模态分析

结构模态解对于谱分析是必须的。模态分析采用Block Lanczos法提取模态, 计算固有频率。从表3可以看出第一阶振型的主振方向为Y方向, 即结构的高度方向。结构的刚度是比较大的, 其基频达36.17 Hz, 相应的周期为0.027 6 s。

4.2 计算结果

对该模型用反应谱法进行抗震计算, 物项的最大反应值采用完全二次型组合 (CQC) 进行组合。地震震动的三个分量引起的反应值取每个分量在物项同一方向引起震动的最大反应值, 按平方和的平方根法进行组合。地震作用效应再与结构各种使用荷载进行工况组合, 经计算得到结构模型的最终分析结果。

1) 位移结果。

MPa

mm

图3为SL-1情况下高潮位的结构动位移云图, 详细计算结果见表4, 从图3和表5中可以看出, SL-1高潮位工况下位移最大, 沿轴向动位移最大值0.11 mm, 充分满足后侧输水隧道结构之间的伸缩缝50 mm的要求。

2) 应力结果。

从表4中可以看出, SL-1地震作用为控制工况。混凝土部分静、动叠加最大压应力为0.15 MPa, 最大拉应力为0.37 MPa;静、动叠加轴向最大拉应力为0.13 MPa。均小于C30混凝土的抗拉强度2.01 MPa。钢结构部分静、动叠加最大压应力为0.22 MPa, 最大拉应力为2.74 MPa, 静、动叠加轴向最大拉应力为1.59 MPa, 应力云图见图4~图7。参考文献:

5 结语

本文用大型通用有限元软件ANSYS建立接触单元模型, 用反应谱法进行地震分析, 考虑各种工况组合, 对整体结构进行计算, 得到了该结构的自振特性、变形和内力等计算结果, 为取水口结构设计提供了可靠的数据。混凝土部分和钢结构部分的应力均没有超过应力限值, 并有一定的安全裕度, 确保了建筑物在地震作用下保持结构的完整性。

摘要：采用不同材料交界面的接触单元, 对结构进行三维有限元建模, 并进行了动力反应谱分析, 得出了该结构的自振特性及最不利工况的位移和内力, 通过工程实施的验证, 得到的结果完全能满足结构的功能要求。

关键词：核电厂,谱分析,接触单元

参考文献

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