工程技術(shù)論文編寫要求及論文模板

1、 工程技術(shù)論文投稿要求1、要求論文語言流暢，邏輯關(guān)系明確。在不影響基本思想表述完整性的前提下，請盡量精煉語句，精簡圖表和公式，簡化推導(dǎo)和證明過程，宜將篇幅控制在6000字以內(nèi)（包括圖表所占篇幅）。2、請寫明題目的英譯文、作者姓名的漢語拼音以及作者單位的英譯文，同時附38個中英文關(guān)鍵詞和200400字的中文摘要及約250個實詞的英文摘要。摘要請采用第三人稱寫法，應(yīng)是一篇獨立的短文，包含與論文同等量的主要信息，一般應(yīng)包括目的、方法、結(jié)果、結(jié)論四要素。3、文中和公式中字符（數(shù)字、希文、英文、羅馬字）的大小寫、上下標(biāo)及上下標(biāo)字母含義須明晰，公式應(yīng)用公式編輯器進行編輯。圖表中文字、變量、單位、數(shù)字要清晰

2、。圖表應(yīng)有中、英文標(biāo)題，并注明物理量及其單位。4、應(yīng)引用5-10個參考文獻，并在文中標(biāo)示引用，參考文獻格式參考論文模板。應(yīng)有作者簡介，格式參考論文模板。5、論文應(yīng)用雙列排版，格式、字體、字號請嚴(yán)格按照論文模板編輯。6、論文統(tǒng)一報送至24241011，聯(lián)系人：張亞迪。輸電線路貨運索道系統(tǒng)計算理論張燁1 伍建明2 田維立2 趙震3 張亞迪4（1.四川省電力公司，成都市，610041；2. 四川電力送變電建設(shè)公司，成都市，610051；3武漢大學(xué)，武漢市，430072；4. 國家電網(wǎng)公司交流建設(shè)分公司，北京市，100052）- 7 - 摘要：隨著電力建設(shè)施工條件的不斷艱險，

3、采用常規(guī)的人力、畜力運輸已經(jīng)不能滿足要求，貨運索道在輸電線路施工領(lǐng)域的作用越來越重要。為了科學(xué)有效的指導(dǎo)索道的架設(shè)和選材，必須進行大量的分析和科學(xué)計算。本文提出了一種輸電線路貨運索道系統(tǒng)計算理論，并在川藏聯(lián)網(wǎng)工程中驗證了其正確性。關(guān)鍵詞：承載繩計算；牽引索的計算；鞍座軸的計算與校核；支架設(shè)計計算Transmission Line Tramway System-related Computational TheoryZHANG Ye1 WU Jianming2 TIAN Weili2 ZHAO Zhen3 ZHANG Yadi4(1. Sichuan Electric Power Corpora

4、tion, 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 con

5、struction, 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 scient

6、ific 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引言貨運索道運輸技術(shù)在地形復(fù)雜、條件惡劣的輸電線路工程施工中具有特殊的競爭優(yōu)勢,尤其在貨運量較大、現(xiàn)有運輸手段很難甚

7、至無法滿足要求時其作用更加明顯1-4。而特高壓輸電線路施工中，地勢險要以及起伏的區(qū)域占整個地形的近 65% 5-7更加需要開發(fā)一種大起重量、大運量、安全、可靠、靈活的輸變電施工貨運架空索道。川藏聯(lián)網(wǎng)工程科技項目 Supported by the science project of Sichuan-Tibet power grid connecting project貨運施工索道工作索中承載索設(shè)計計算的精度直接影響索道在使用過程中的安全性以及經(jīng)濟合理性，在安全系數(shù)的選取方面安全系數(shù)過小影響施工運輸過程中的安全，安全系數(shù)過大則大大降低工作索的使用壽命8，工作索精確的選型設(shè)計計算能夠解決該問題。牽

8、引索設(shè)計計算可以在承載索設(shè)計計算的基礎(chǔ)上遵循一定的規(guī)則展開。計算承載索受力的理論主要分懸鏈線法、拋物線法、懸索曲線法和攝動法 4種 9。懸鏈線理論可以作為懸索理論的精確解，1691年幾何學(xué)家 James Bemalli 等人10建立了懸鏈線的解，但由于是超越方程，計算較為困難。本文在這些工作的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)的總結(jié)了承載繩計算，牽引索的計算，鞍座軸的計算與校核和支架設(shè)計計算。1承載索的計算1.1 確定最大檔跨距根據(jù)索道路徑縱斷面圖，初步選定支架位置及高度，確定最大檔跨距，以承載索空載狀態(tài)下，垂跨比35作為控制條件，按式1計算承載索初始水平安裝張力H0：（1）式中：H0 承載索的初始安裝水平張力，N

9、； l 跨距，m； 承載索單位長度重量，N/m； f 承載索在空載下的跨距中點最大弛度，m； 對應(yīng)檔距高差角，°。1.2 計算最大水平張力利用有集中荷載和無集中荷載的承載索近似狀態(tài)方程式，按式2計算集中荷載位于索道最大跨距中點時承載索的最大水平張力H2：（2） 式中： H2 集中荷載作用在最大跨距中點時，承載索的水平張力，N；S 承載索截面積，mm2；E 承載索的彈性模量,N/mm2；k2 集中荷載位于索道最大跨距中點時，對架空線索長度的影響系數(shù)。只有一個集中荷載時：。要求同跨距內(nèi)作用有多個較輕的集中荷載時,多個較輕集中荷載重量之和不大于只有一個較重的集中荷載（多個小荷載作用下的應(yīng)力

10、和位移都比單個大荷載作用下要?。?。 對應(yīng)檔距高差角，°。1.3 計算支架對承載索的豎向支持力按式3至式8進行計算。集中荷載及相鄰兩檔示意見圖1所示。圖1 集中荷載及相鄰兩檔示意圖Fig1 Schematic diagram of point load（3）（4）（5） （6） （7） （8） 式中：Q 集中荷載重量，N；H2 集中荷載作用在最大跨距中點時，承載索的水平張力，N；支架A對其左側(cè)檔承載索提供的支持力，N；支架A對其右側(cè)檔承載索提供的支持力，N；支架A對承載索提供的支持力，N；支架B對其左側(cè)檔承載索提供的支持力，N；支架B對其右側(cè)檔承載索提供的支持力，N；支架B對承載索提供

11、的支持力，N；最大檔左側(cè)檔檔距，m；最大檔左側(cè)檔高差（絕對值），m；最大檔右側(cè)檔檔距，m；最大檔右側(cè)檔高差（絕對值），m；最大檔檔距，m；最大檔高差，m；對應(yīng)檔距高差角，°。1.4 計算各支架上承載索處的承載索張力H承i（9） 式中：H承i 第i個支架上承載索處的承載索張力，N；H2 集中荷載作用在最大跨距中點時，承載索的水平張力，N；P單 單件最大荷載，N； 承載索單位長度重力，N/m第i個支架支撐點到最大檔左側(cè)支架支點的累積高差，第i個支架支撐點高時取正值，反之取負(fù)值，m。求出各各支架上承載索處的承載索張力H承i后，取其最大值作為承載索選取依據(jù)。1.5 檢驗承載對地距離初選承載索

12、規(guī)格后，應(yīng)校驗承載索對地距離，按下列步驟進行計算：（1）計算集中荷載位于地面障礙物垂直上方時承載索的水平張力Hx，按式10計算。（10） 式中：H1 承載索的初始安裝張力，N；Hx 集中荷載地面障礙物上方時，承載索的水平張力，N；kx集中荷載位于地面障礙物垂直上方時，集中荷載對架空線索長度的影響系數(shù)。只有一個集中荷載時：，x為障礙物到低側(cè)支架的水平距離，m。（2）根據(jù)Hx，計算集中荷載位于地面障礙物垂直上方時，該處承載索的垂度fx，進而校驗集中荷載對地面障礙物的安全距離y，按式11和式12計算。（11） （12） 式中：fx單個集中荷載位于地面障礙物垂直上方時，該處承載索的弧垂，m；Hx 單個

13、集中荷載位于地面障礙物垂直上方時，承載索的水平張力,N； 承載索單位長度重量,N/m；h 承載索支持點的高差,m；x 地面障礙物到低側(cè)支架處的水平距離,m；Y 跨距低側(cè)支架高度,m；hx 地面障礙物到低側(cè)支架處地面的相對高差，m； 集中荷載下邊緣到承載索支持點的垂直距離，m。(4) 承載索對地安全距離不符合要求時，應(yīng)通過改變支架位置、增加支架高度、危險點少量降方、增加支架等方式進行調(diào)整，設(shè)定控制條件重新進行計算與選型。(5) 承載索計算工作量大，并需反復(fù)試算，宜用計算機編程計算，以求得合理的施工技術(shù)參數(shù)。2 牽引索的計算1) 架空索道牽引索的最大總拉力P，按式13 （13）P1牽引索初始張力，

14、N。牽引索弧垂取承載索安裝弧垂的1.31.5倍，根據(jù)張力與弧垂的關(guān)系計算初始張力。P2克服集中荷載Q沿牽引索方向上的分力，N；此力出現(xiàn)在高差最大的跨距內(nèi)，按式14計算：（14） 式中：f 承載索的弧垂，m；l索道最大檔檔距，m；h索道最大檔高差,m；Q集中荷載，N。P3克服運行小車動滑輪沿承載索的滾動摩擦力，N，按式15計算：（15） （16）式中：動滑車輪軸間的滑動摩擦系數(shù)，用青銅軸套，取0.060.1，用滾動軸承，取0.010.02； 動滑車的滑輪沿承載索的滾動摩擦系數(shù)，取0.050.06；R 動滑車滑輪的外沿半徑，cm 2) 牽引索破斷拉力應(yīng)滿足安全系數(shù) 。3 鞍座軸的計算與校核（1）鞍

15、座設(shè)計時，應(yīng)驗算鞍座軸的彎矩拉應(yīng)力（彎矩壓應(yīng)力）和剪切應(yīng)力，進而計算求得鞍座軸的所需直徑。（2）鞍座軸的計算與校核示意圖見圖2所示。圖2 鞍座軸計算示意圖Fig2 Schematic diagram of saddle shaft calculation（3）鞍座軸的計算與校核按以下步驟進行：1) 計算軸承套筒口（即A-A截面）的剪切應(yīng)力、彎矩拉/壓應(yīng)力，按公式17、18計算：剪切應(yīng)力 （17）彎矩拉應(yīng)力（18）式中： 鞍座軸套筒口的剪切應(yīng)力，N； 鞍座軸套筒口的彎矩拉/壓應(yīng)力，N·m；L軸套中心到掛板的距離，m，根據(jù)設(shè)計初始條件最大鋼絲繩直徑26，取托索輪厚度32mm，考慮預(yù)留間隙

16、及軸套伸出掛板距離，設(shè)定L=32/2+6=22mm，即校驗時取L=0.022m；2) 按公式19計算由彎矩造成的拉/壓應(yīng)力所需要的軸承最小直徑：（19）式中：屈服強度，材質(zhì)為Q235B，取值為235Mpa，材質(zhì)為40Cr，取值為785MPa；K 安全系數(shù)，此處取3.0；3) 按公式2-8計算由抗彎抗剪加權(quán)后所需的最終軸承直徑：（20）式中：抗拉強度，取值按照0.6-0.8取值，材質(zhì)為Q235B，225-300MPa；4 支架設(shè)計計算4.1 有限元計算基本步驟（1）對整個結(jié)構(gòu)進行離散化，將其分割成若干個單元，單元間彼此通過節(jié)點相連； （2）求出各單元的剛度矩陣K（e）K（e）是由單元節(jié)點位移量（

17、e）求單元節(jié)點力向量F（e）的轉(zhuǎn)移矩陣，其關(guān)系式為:F（e）= K（e） （e）（3）集成總體剛度矩陣K并寫出總體平衡方程：總體剛度矩陣K是由整體節(jié)點位移向量求整體節(jié)點力向量 的轉(zhuǎn)移矩陣，其關(guān)系式為F= K ，此即為總體平衡方程。 （4）引入支撐條件，求出各節(jié)點的位移節(jié)點的支撐條件有兩種：一種是節(jié)點n沿某個方向的位移為零，另一種是節(jié)點n沿某個方向的位移為一給定值。（5） 求出各單元內(nèi)的應(yīng)力和應(yīng)變。 4.2 單元剛度矩陣的特性 單元剛度矩陣無論在局部坐標(biāo)系中還是在整體坐標(biāo)系中都具有相同的三個特性：（1）對稱性由材料力學(xué)中的位移互等定理可知，對一個構(gòu)件，作用在點j的力引起點i的繞度等于有同樣大小而

18、作用于點i的力引起的點j的繞度，即kij（e） = kji（e），表明單元剛度矩陣是一個對稱矩陣。 （2）奇異性無逆陣的矩陣就叫做奇異矩陣，其行列式的值為0，即|k（e）|=0，這一點可以從例題直接得到驗證。其物理意義是引入支撐條件之前，單元可平移。 （3）分塊性有前面所講的內(nèi)容可以看出，矩陣k（e）可以用虛線分成四塊，局部坐標(biāo)系中單元（e）按局部碼標(biāo)記的節(jié)點m、n之間的剛度子矩陣。4.3 剛架結(jié)構(gòu)中非節(jié)點載荷的處理的方法 在剛架結(jié)構(gòu)以及其他較復(fù)雜的結(jié)構(gòu)上，他們所受的載荷可以直接作用在節(jié)點上，又可以不直接作用在節(jié)點上而作用于單元節(jié)點間的其他位置上。后一種情況下的載荷稱為非節(jié)點載荷。有限元分析時

19、，總體剛度方程中所用到的力向量是節(jié)點力向量。因此在進行整體分析前應(yīng)當(dāng)進行載荷的移植，將作用于單元上的力移植到節(jié)點上。移植時按靜力等效的原則進行。 處理非節(jié)點載荷一般可直接在整體坐標(biāo)系內(nèi)進行，其過程為：（1）將各桿單元看成一根兩端固定的梁，分別求出兩個固定端的約束反力。其結(jié)果可直接利用材料力學(xué)的公式求得；（2）將各固定端的約束反力變號，按節(jié)點進行集成，獲得各節(jié)點的等效載荷。4.4 總體剛度矩陣的集成法 使用剛度矩陣獲得的方法獲得總體剛度矩陣。在此將其擴展到由整體坐標(biāo)系中的單元剛度矩陣的子矩陣集成總體剛度矩陣。步驟如下：（1）對一個有n個節(jié)點的結(jié)構(gòu)，將總體剛度矩陣K劃分為n×n各子區(qū)間，

20、然后按節(jié)點總碼的順序進行編號； （2）將整體坐標(biāo)系中單元剛度矩陣的各子矩陣根據(jù)其下標(biāo)的兩個總碼對號入座，寫在總體剛度矩陣相應(yīng)的子區(qū)間；（3）同一子區(qū)間內(nèi)的子矩陣相加，成為總體剛度矩陣中的相應(yīng)的子矩陣。 4.5 總體剛度矩陣的特性 （1）對稱性：因為由此特性，在計算機中只需存儲其上三角部分；（2）奇異性：物理意義仍為在無約束的情況下，整個結(jié)構(gòu)可做剛體運動；（3）稀疏性：K中有許多零子矩陣，而且在非零子矩陣中還有大量的零元素，這種矩陣稱為稀疏矩陣。大型結(jié)構(gòu)的總體剛度矩陣一般都是稀疏矩陣；（4）分塊性：和單元剛度矩陣一樣。4.6 使用MIDAS有限元軟件計算索道門架針對各種型號門架，建立各種規(guī)格的有

21、限元模型，按照計算結(jié)果后分類。在索道門架有限元模型中，門架采用了兩種單元形式分別為桁架單元和梁單元。偏于安全考慮，門架橫梁梁端采用鉸接方式。（1）桁架單元及只受拉、只受壓單元 桁架單元、只受拉單元以及只受壓單元一般用于空間網(wǎng)架、索結(jié)構(gòu)、支撐等只承受軸向力的構(gòu)件和對接觸面的模擬上。例如：桁架單元可以用于既承受壓力也承受張力的空間網(wǎng)架、桁架上；只受拉單元可以用于可以忽略垂度的索上，也可以用于長細(xì)比比較大從而幾乎不能承受壓力的抗風(fēng)斜支撐上；只受壓單元可以用于結(jié)構(gòu)間的接觸面模擬上，也可以用于模擬只能受壓力的地基邊界條件；當(dāng)有初始張力作用時，可以給桁架或只受拉單元施加初拉力。桁架單元、只受拉單元以及只受

22、壓單元沒有旋轉(zhuǎn)方向的剛度，其兩端節(jié)點沒有旋轉(zhuǎn)方向的自由度。沒有旋轉(zhuǎn)方向自由度的單元之間連接時，程序分析過程中將發(fā)生奇異現(xiàn)象（Singular Error）。當(dāng)模型有這種非正常連接時，MIDAS/CIVIL在程序內(nèi)部自動約束相應(yīng)節(jié)點的旋轉(zhuǎn)自由度，從而防止因分析時發(fā)生奇異而退出計算的情況發(fā)生。桁架單元、只受拉單元以及只受壓單元等沒有旋轉(zhuǎn)方向的剛度的單元與具有旋轉(zhuǎn)方向剛度的單元（如梁單元）連接時，程序無需在內(nèi)部做調(diào)整，也不會發(fā)生奇異現(xiàn)象。另外，當(dāng)只受拉單元（或只受壓單元）受壓力荷載（或受張力）時，單元可以退出工作。（2）梁單元一般梁/變截面梁單元一般用于桿系構(gòu)件或變截面（如楔形變截面）構(gòu)件上，也可以

23、作為連接自由度不同的兩種單元的連接構(gòu)件。梁單元荷載類型有集中荷載、均布荷載、梯形荷載、三角形荷載、溫度荷載、預(yù)應(yīng)力荷載等。MIDAS/CIVIL中的梁單元具有六個自由度，并默認(rèn)計算剪切變形。當(dāng)用戶不想考慮剪切變形時，可將截面特性值的剪切面積設(shè)為零。梁單元以鐵摩辛柯的梁理論（垂直于中和軸的截面，在變形后保持平面形狀，但不一定要繼續(xù)垂直于中和軸）為基礎(chǔ)，分析時考慮剪切變形。當(dāng)截面尺寸與構(gòu)件長度的比大于1/5時（深梁），軸向的剪切變形的影響將顯著增加，這種情況推薦用戶使用板單元建模并劃分較詳細(xì)的網(wǎng)格。梁單元截面特性值中的扭轉(zhuǎn)剛度（torsional resistance）與截面的極慣性矩（polar

24、 moment of inertia）是不同的（圓形截面時，兩個值相等）。扭轉(zhuǎn)剛度一般由實驗確定，當(dāng)扭轉(zhuǎn)變形較大時，應(yīng)給予注意。梁單元（或桁架單元）被理想化為線單元，截面的特性值均以中和軸為基準(zhǔn)，因此程序不能自動考慮梁單元連接的剛域效果（梁柱節(jié)點）以及中和軸不同引起的效果。當(dāng)需要考慮梁單元連接的剛域效果（梁柱節(jié)點）以及中和軸不同引起的效果時，需要利用梁端偏心功能或幾何約束條件（在主菜單中選擇模型>邊界條件>剛域效果）。當(dāng)構(gòu)件為變截面時，在截面中選擇變截面表單輸入。建立曲梁模型時，單元的劃分應(yīng)盡量細(xì)一些。（3）釋放橫梁梁端約束當(dāng)梁單元端部為鉸接或為滾動支座時，可使用釋放梁端部約束功能

25、，釋放相應(yīng)自由度方向的約束。當(dāng)在一個節(jié)點釋放多個桿件的端部約束時，注意可能會發(fā)生奇異現(xiàn)象。當(dāng)不可避免地發(fā)生這種情況時，需要在相應(yīng)自由度方向加一具有微小剛度的彈性連接單元或彈性約束。決定選定節(jié)點在單元局部坐標(biāo)系中各自由度方向的約束條件。選擇某個方向自由度時，表示將釋放該自由度方向上的約束。在后面的輸入框中可以輸入釋放后殘留的約束能力(按百分比輸入）。例如左圖中，i節(jié)點(N1端節(jié)點)彎矩My系數(shù)為0.3，表示My抗彎剛度30%有效。右側(cè)j節(jié)點(N2端節(jié)點)彎矩My系數(shù)為0，表示My抗彎剛度為0，即成為鉸支。Fx：釋放單元局部坐標(biāo)系x軸方向的約束，并按需要輸入部分約束比率。Fy：釋放單元局部坐標(biāo)系y

26、軸方向的約束，并按需要輸入部分約束比率。Fz：釋放單元局部坐標(biāo)系z軸方向的約束，并按需要輸入部分約束比率。Mx：在相應(yīng)端釋放繞單元局部坐標(biāo)系x軸方向的扭矩，并按需要輸入部分約束比率。My：在相應(yīng)端釋放繞單元局部坐標(biāo)系y軸方向的彎距，并按需要輸入部分約束比率。Mz：在相應(yīng)端釋放繞單元局部坐標(biāo)系z軸方向的彎距，并按需要輸入部分約束比率。（4）應(yīng)力驗算MIDAS軟件提供了顯示荷載作用下應(yīng)力的輸出。其中：Sax：單元局部坐標(biāo)系x軸方向的軸向應(yīng)力。Ssy：單元局部坐標(biāo)系y軸方向的剪應(yīng)力。Ssz：單元局部坐標(biāo)系z軸方向的剪應(yīng)力。Sby：繞單元局部坐標(biāo)系y軸的彎曲應(yīng)力。Sbz：繞單元局部坐標(biāo)系z軸的彎曲應(yīng)力。門架各個桿件應(yīng)力不超過允許應(yīng)力。（5）屈曲分析控制輸入結(jié)構(gòu)屈曲分析的荷載工況及相關(guān)數(shù)據(jù)。屈曲分析采用子空間迭代法。MIDAS/Civil做屈曲分析的步驟如下：結(jié)構(gòu)做屈曲分析時需要構(gòu)成幾何剛度。為了構(gòu)成幾何剛度，需要靜力分析的內(nèi)力結(jié)果。所以，應(yīng)該建立屈曲分析所需的荷載工況。在分析>屈曲分析控制