风挡玻璃对车身结构刚度影响的研究
2014年(第36卷)第12期
汽 车 工 程Automotive Engineering
2014(Vol.36)No.12
2014285
风挡玻璃对车身结构刚度影响的研究
*
*国家863计划项目(2006AA110103)资助三
原稿收到日期为2013年3月13日,修改稿收到日期为2013年4月27日三
王 超1,吕振华1,吕毅宁1,2
(1.清华大学汽车工程系,北京 100084; 2.中国船级社技术研究开发中心,北京 100007)
[摘要] 首先研究白车身(BIW)和带有风挡玻璃的车身结构(BIP)的有限元模型的构建技术,进而分析了风挡玻璃对车身结构静弯曲刚度和静扭转刚度的影响三接着,通过对BIW 和BIP 车身结构进行固有振动特性分析,揭示了风挡玻璃对车身结构动刚度的影响三最后,对车身结构的接头刚度性能进行了分析和评价,并总结了风挡玻璃对车身接头结构承载特性的影响规律三
关键词:风挡玻璃;白车身;刚度;有限元法
A Research on the Effects of Windshield on the Structural Stiffness of Vehicle Body
Wang Chao 1,LüZhenhua 1&LüYining 1,2
1.Department of Automotive Engineering ,Tsinghua University ,Beijing 100084;
2.Technology Research and Development Center ,China Classification Society ,Beijing 100007
[Abstract ] The finite element modeling technique for body?in?white (BIW)and body?in?prime (BIP)
structure with windshield is studied and the effects of windshield on the static bending and torsional stiffness of car body structure are analyzed first.Then through the analysis on the natural vibration characteristics of BIW and BIP
structures,the effects of windshield on the dynamic stiffness of car body are revealed.Finally the stiffness perform?ance of joint structures of car body is analyzed and evaluated with the law of the influence of windshield on the load
bearing characteristics of joint structure summarized.
Keywords :windshield ;BIW ;stiffness ;FEM
前言
采用直接粘结法进行轿车风挡玻璃的装配是国内外普遍采用的一项先进技术[1-2]三该方法与传统的橡胶密封条固定风挡玻璃的装配工艺相比,连接强度高,密封性能好二装配工艺简单二外形美观,而且有助于提高车身结构的刚度,从而提高车辆的乘坐舒适性三
在车身结构的设计中采用直接粘贴法进行轿车风挡玻璃的装配,最初主要是基于功能设计和密封方面的考虑三但是,直到20世纪90年代中期,随着高弹性模量二高强度胶粘剂的出现,风挡玻璃已经成为车身结构的承载构件,可显著提高车身结构的扭
转刚度三某白车身结构在装配全部风挡玻璃后,整
体扭转刚度提高了40%[2]三
现有的关于车身结构刚度方面的研究主要有以
下特点:研究对象一般为白车身结构[3-5];主要研究车身结构的刚度和固有振动特性;利用灵敏度分析法对白车身结构的刚度和振动特性进行优化[6-7]三
文献[8]中以两厢车为研究对象,分析了风挡玻璃对车身结构静刚度和接头承载特性的影响三
两厢车和三厢车在车身造型和风挡玻璃的布置等方面有明显差异,因此,风挡玻璃对三厢车车身结构刚度的影响有着自身的特点三文中以某经济型三厢轿车(下称X 轿车)为研究对象,首先研究BIW 结构和BIP 结构的有限元模型的建模技术;然后分析风挡玻璃对车身结构固有振动特性的影响,并将分
四1540 四汽 车 工 程2014年(第36卷)第12期
析结果与实验结果相比较,以验证有限元模型的精度;在此基础上分析风挡玻璃对车身结构静刚度的影响;最后就风挡玻璃对车身接头结构承载特性的影响作简单探讨三
1 车身结构的有限元模型
1.1 白车身结构的有限元模型
根据X 轿车白车身结构的CAD 模型和分析目标,对各零部件分别进行合理的几何简化和有限元网格划分,并采用CWELD 焊点模型对所有焊点和焊缝进行建模,建好的白车身结构的有限元模型如图1所示三为使所建立的车身模型能尽可能包括对整体结构刚度有较大贡献的所有部件,图1的模型中除包括白车身车体结构外,还包括副车架和仪表盘梁三建立的白车身结构的有限元模型的统计信息如表1所示
三
图1 X 轿车BIW 结构的有限元模型
表1 车身结构有限元模型的统计信息
节点数
焊点单元壳单元单元总数BIW 3985463343375303380125BIP
420750
3343
394162
399704
1.2 风挡玻璃及其与车身装配结构的有限元模型
轿车中装配风挡玻璃的胶粘剂一般为高强度的黏弹性材料,其剪切模量随频率的变化关系如表2所示[9]三利用壳单元对风挡玻璃进行有限元建模,风挡玻璃与窗框之间的装配结构的建模方法如图2所示[8]三风挡玻璃的弹性模量为76GPa,其真实应力应变关系如图3所示三利用该建模方法在白车身结构中加入前后风挡玻璃就完成了对BIP 车身结
表2 胶粘剂的力学特性
f /Hz 102030405070100
G /MPa
0.
60
0.65
0.69
0.71
0.73
0.77
0.80
构的建模
,如图4所示三
图2 风挡玻璃与窗框间装配结构及其有限元建模方法
图3 风挡玻璃材料的应力应变关系
图4 X 轿车BIP 结构的有限元模型
2 车身结构扭转静刚度分析
计算车身结构扭转静刚度的有限元模型中,其支撑方式应该保证4个悬架安装支撑点可以发生合理的相对运动,且在该约束和加载条件下车身结构不是超静定的,以避免得到的车身结构刚度中包含由于过约束引入基础刚度三图5为对车身结构施加的约束和载荷条件:在两个后悬架支座A二B 处约束其Z 方向的平动自由度,在副车架上取某一位于车身纵向对称平面的点E,约束其3个方向的平动和绕Z 轴的转动自由度;在两个前悬架避震塔C二D 处施加大小相等二方向相反的沿Z 轴方向的载荷F ,实现对车身结构施加3kN四m 的转矩三
2014(Vol.36)No.12王超,等:风挡玻璃对车身结构刚度影响的研究四1541
四
图5 X轿车车身结构扭转静刚度分析时的边界条件
根据车身结构在上述边界条件下的变形,即可算得车身的整体扭转静刚度为
C T=T/θ(1)式中:T为通过前悬架支座对车身结构施加的转矩,通常为3kN四m;θ为前后避震塔中心轴线之间的相对扭转角三
前人的研究[2,8]业已证实,采用直接粘贴的风挡玻璃,相对于传统安装方式的风挡玻璃,能显著提高其对车身刚度的贡献三本文中不再进行两种安装方式的对比,而着重对采用直接粘贴风挡玻璃对提高车身刚度的作用进行定量分析三文中所示BIP皆采用直接粘贴的风挡玻璃三X轿车车身结构的整体扭转静刚度有限元分析结果如表3所示三可以看出,采用粘贴方式安装风挡玻璃有助于提高车身结构的扭转静刚度,而且增强效果十分显著;并且前后风挡玻璃对车身扭转静刚度的增强效果基本相同三表3 X轿车车身结构的整体扭转静刚度
车身模型BIW FW_BIP RW_BIP BIP
C/(kN四m/(°))4.856.796.338.84 注:FW_BIP表示仅装有前风挡玻璃的车身结构;RW_BIP表示仅装有后风挡玻璃的车身结构三
车身结构的整体扭转静刚度可以在一定程度上反映车身整体结构在承受扭转载荷情况下的抗变形能力三但是,该参数并不能反映车身整体结构的刚度分布,不能据此发现车身结构设计中的薄弱环节三在车身结构刚度测试和有限元分析方法研究中,一般常用前后纵梁二中通道及门槛梁的变形情况来描述车身结构的刚度分布三
为深入了解前后风挡玻璃对车身结构扭转静刚度的影响,通过对4类车身结构在扭转载荷下左右两侧的前纵梁二门槛梁和后纵梁的相对扭转角进行了对比分析,
分析结果如图6所示三可以看出风挡玻璃并不影响车身地板沿车身纵向轴线的变形方式;采用粘贴方式安装风挡玻璃可以显著提高车身扭转静刚度三相比而言,前风挡玻璃对车身结构扭转静刚度的贡献更为明显三
图6 车身结构扭转静刚度比较
为保证密封二安全和舒适性等要求,车身上活动件的安装框架还有特别的刚度要求[10]三如图7~图10所示,前窗框二后窗框二前车门框和后车门框在扭
转载荷下的变形可以通过其对角线的伸长或缩短量
来表示三分析得到各安装框架的变形见表4三可见风挡玻璃只能显著减小各自窗框变形,对车门框架等的变形很难起到明显的增强作用三同理,门锁位
置的相对变形等也可以用相同的分析方法求得三
图
7 前窗框对角线标识图8
后窗框对角线标识
图9 前车门框对
角线标识
图10 后车门框对
角线标识此外,根据车身结构在扭转载荷下的计算结果,得到白车身结构的变形分布如图11所示三可见车身结构纵向对称平面附近的变形较小,沿车身纵向
四1542 四汽 车 工 程2014年(第36卷)第12期
表4 扭转载荷下前后车门和风挡安装框架的变形
mm
A 1
A 2
B 1
B 2
C 1
C 2
C 3
D 1
D 2
BIW
4.2-4.1-2.72.70.6-0.8-0.90.8-0.
8FW_BIP 0.3-0.3-2.92.90.7-0.8-0.80.8-0.7RW_BIP
4.3-4.3-0.30.30.6-0.8-0.90.7-0.8BIP 0.4-0.3-0.40.4
0.7-0.7-0.80.7
-0.
8
图11 白车身在扭转载荷下的变形分布(单位mm)
轴线方向的变形变化较均匀,这说明车身结构的扭转静刚度沿车身纵向轴线分布较均匀三
3 车身结构的弯曲刚度分析
分析车身结构弯曲刚度时对车身结构施加的约束条件和加载方式如图12所示:在右后悬架支座处约束3个方向的平动,左后悬架支座处约束纵向和垂向平动,两个前悬架支座处都只约束垂向位移三根据满载工况下车身结构承受的静态载荷对车身结构进行加载三主要的加载位置包括前纵梁和副车架上的发动机悬置安装点二前排座椅安装横梁和支架二后排座椅安装横梁和支架以及后备箱等处三
图12 车身弯曲静刚度分析时的边界条件
通过分析车身结构的弯曲变形沿车身纵向轴线的分布,可以发现车身结构中的薄弱构件,进而全面评价车身结构弯曲刚度三分析得到车身地板纵梁和
地板中通道梁的垂向挠度分布如图13所示三可以看出,装风挡玻璃后车身的前纵梁二门槛梁二后纵梁和中通道的变形都有一定的减小,刚度都有一定的提升三同样的边界与载荷条件下,前后窗框和前后车门的变形如表5所示三可以看出在弯曲载荷下,风挡玻璃对活动件安装框架刚度的增强效果一般
三
图13 风挡玻璃对车身结构弯曲静刚度的影响
表5 扭转载荷下前后车门和风挡安装框架的变形
mm
A 1
A 2
B 1
B 2
C 1
C 2
C 3
D 1
D 2
BIW0.00600.014-0.00700.030-0.1500.2000.1500.2600.009BIP 0.0003-0.003-0.00040.006-0.1500.2000.1600.1800.070
车身结构在弯曲载荷下的变形分布如图14所示三可见车身结构的变形沿纵向对称平面对称分布三白车身地板的变形变化较均匀,说明车身地板的弯曲静刚度分布较均匀,后排座椅安装横梁处变形较大,该处的刚度有待进一步的加强三
图14 白车身结构在弯曲载荷下的变形(单位mm)
由上述分析可知,采用粘贴方式安装风挡玻璃可以显著提高车身结构的扭转静刚度,但对车身结构的弯曲静刚度的增强效果不是很明显三产生这种
差异的主要原因为:在扭转工况下,前后风挡玻璃是主要的承载部件;而在弯曲工况下,车身地板和前后
2014(Vol.36)No.12王超,等:风挡玻璃对车身结构刚度影响的研究四1543 四纵梁等结构是主要的承力结构,风挡玻璃的增强效
果不甚显著三
4 车身结构固有振动特性分析
对车身结构进行固有振动特性分析,可较全面
地了解车身结构的刚度特性及其分布,发现车身结
构的局部薄弱构件,为各部件的选择与设计提供依
据三通过研究风挡玻璃对车身结构固有振动特性的
影响可以进一步明确车身结构设计需要重点关注的
整体振动特性三
在对X轿车白车身进行模态实验分析时,车身
结构中不包括副车架以及仪表盘梁三分析中为验证
所建模型的精度,对白车身结构的有限元模型做了
适当修正,以达到与实验时白车身状态相一致,然后
分析实验对比模型的固有振动特性,并对其建模精
度进行分析三为便于对比分析风挡玻璃对车身结构
动刚度性能的影响,还分析了BIW二FW_BIP二RW_
BIP和BIP模型的固有振动特性,结果如表6所示三
表6 X轿车车身结构固有振动特性Hz
阶次1阶2阶3阶4阶5阶6阶
振型描述横向
振动
1阶纵
向扭转
前端
横摆
散热器支架
局部模态
行李箱支架
局部模态
1阶垂
向弯曲
实验24.330.740.946.646.654
对比模型25.331.541.646.846.853.1 BIW25.331.544.646.846.853.2 FW_BIP 3042.445.846.849.7 RW_BIP26.140.5 45.7 52.5 BIP 40.243.845.8 49.4
由表可见:仿真分析结果与实验结果能够很好吻合,说明所建立的白车身模型是满足分析精度要求的;副车架和仪表盘梁对车身结构动刚度的增强效果不明显;装有风挡玻璃的车身结构1阶弯曲振动频率有所降低,说明风挡玻璃对车身结构弯曲振动模态的作用主要体现在增加质量上;前风挡玻璃对车身结构扭转振动的影响较小,这说明其前风挡玻璃对车身结构扭转振动的刚度增强和质量增加效果相当;后风挡玻璃对车身结构扭转振动的增强效果显著,与白车身结构相比可以提高1阶扭转频率达28.57%,并且通过对BIP车身结构的固有振动特性分析,进一步看出BIP结构扭转动刚度的增强基本上完全是由后风挡玻璃提供的三分析发现产生这种现象的主要原因为:前后风挡玻璃对车身结构扭转静刚度的增强效果基本相当,但是前风挡玻璃的质量是后风挡玻璃的2.1倍三
为验证上述有关风挡玻璃对车身结构固有振动特性影响的相关结论的普遍性,现对另一款经济型三厢轿车(Y轿车)进行固有振动特性分析三该款车在开发过程中对白车身(BIW)和装有前后风挡玻璃的车身(BIP)结构都进行了模态实验,经过与实验结果的对比分析,得出有关风挡玻璃及其与窗框之间的装配结构的建模方法是满足精度要求的三Y轿车的分析结果如表7所示,可以看出风挡玻璃对车身结构的第1阶扭转和垂向弯曲振动的影响规律与
X轿车的分析结论基本一致,后风挡玻璃可以显著提高车身的扭转动刚度,使第1阶扭转振动频率相对于白车身结构提高了近18.5%;通过该车型的分析还可以看出,前风挡玻璃可大幅提高车身的侧向弯曲动刚度,而后风挡玻璃对侧向弯曲动刚度的影响则不太明显三
表7 Y轿车车身结构固有振动特性Hz 阶次1阶2阶3阶4阶5阶6阶振型
描述
1阶
扭转
行李箱支架
局部模态
散热器支架
局部模态
1阶侧
向弯曲
呼吸
模态
1阶垂
向弯曲BIW25.932.833.235.6 47.1 FW_BIP26.232.833.238.146.247.1 RW_BIP30.732.943.235.8 47.4 BIP30.932.933.239.346.547.5
5 车身接头结构刚度的分析和评价
文献[8]中提出了子结构刚度灵敏度和承载系数的概念三这里首先简单介绍这两个概念的基本含义,然后利用这两个指标评价风挡玻璃对车身接头结构刚度性能的影响三
5.1 子结构的刚度灵敏度
假设结构是线弹性的,且所施加的载荷不使结构超出线弹性范围三将整体结构划分为N个互不相交的子结构,则在该结构的有限元模型中,任一子结构S k即为一组有限单元的集合三设在某给定载荷条件下,结构发生变形后整体结构的应变能为U,而子结构S k中所有单元的应变能之和为U k,定义
λk=U k/U(2)式中λk是一无量纲的参数,反映整体结构刚度对子
四1544 四汽 车 工 程
2014年(第36卷)第12期
结构S k 刚度的灵敏度三5.2 子结构的承载系数
结构优化设计的均匀应变能密度设计准则要求,在结构的弹性变形范围内并保持结构刚度一定的条件下,由相同弹性特性的材料所制成的最优结构应该具有均匀的应变能密度分布,因此各个子结构对整体结构刚度的贡献比例应该与其质量的比例相一致三将子结构的应变能与其质量之比称为该结构的质量平均应变能密度,简称为应变能密度三假设整体结构的应变能密度为u ,子结构S k 的应变能密度为u k ,则可定义一定载荷状态下子结构S k 的承载系数:
αk =u k /u
(3)
如果αk >1,即其应变能密度高于整体结构的应
变能密度,说明其承载水平高于整体结构的平均水平三因此,为使各个子结构的刚度与整体结构的刚度相匹配,应将子结构适当加强或者将αk <1的子结构的刚度适当降低,从而使对于任意的子结构S k (k =1, ,N s ),其承载系数αk 都尽量趋近于1三
5.3 风挡玻璃对车身接头承载特性的影响由于风挡玻璃对车身结构弯曲静刚度的影响不甚明显,但是对扭转静刚度的影响非常显著,因此以下有关车身接头刚度的分析均是基于扭转载荷条件下进行的三
图15示出车身结构中的主要接头结构J1~J7三采用子结构应变能分析方法,计算得到在扭转载荷下车身结构各个接头的刚度灵敏度λk 和承载系数αk ,如表8和表9所示
三
图15 车身结构中的主要接头结构
表8 扭转载荷下接头子结构的刚度灵敏度λk
%
J1
J2
J3
J4
J5
J6
J7
BIW
6.962.136.661.912.743.77
7.18FW_BIP
0.552.578.272.553.582.981.43RW_BIP 8.662.501.002.033.614.639.59BIP
0.693.111.243.054.463.782.12
表9 在扭转载荷下各接头子结构的承载系数αk
J1
J2
J3
J4
J5
J6
J7
BIW
6.201.345.930.590.551.323.95FW_BIP
0.511.697.700.820.761.090.82RW_BIP 7.891.610.910.640.751.655.39BIP
0.66
2.09
1.18
1.00
0.96
1.41
1.24
由表可见:不考虑风挡玻璃的影响时,与风挡玻璃安装框架相关的接头(如J1二J3二J7)的刚度灵敏度和承载系数均较高,说明如果不采用粘贴的方式安装风挡玻璃,这些接头的刚度都较弱,有待进一步加强;考虑风挡玻璃的影响后,与风挡玻璃安装框架相关的接头刚度灵敏度和承载系数均有大幅降低,这将使各接头的受力趋于合理;与风挡玻璃不相关的接头(J2二J4二J5二J6)的刚度灵敏度和承载系数受风挡玻璃的影响不大;通过分析BIP 车身上各个接头的刚度灵敏度和承载系数,可以看出接头J2刚度偏弱,应该对其进行进一步优化设计;另外,根据车身结构模型得到7个接头结构约占BIP 车身总质量的
16%,并根据表8得到其对车身刚度的贡献率达18.5%,说明该车的设计还基本满足均匀能量密度的原则,但是如果不采用粘贴方式安装风挡玻璃,接头结构对车身刚度的贡献将达到31%,大大提高了接头的承载系数,这样会加大接头设计的难度三6 结论
(1)风挡玻璃对车身结构固有振动特性的影
响三副车架二仪表盘梁对车身结构固有振动特性的影响不大;风挡玻璃对车身结构的1阶弯曲振动的作用主要体现在增加质量上,使车身结构的1阶弯曲振动频率略有降低;前风挡玻璃对车身结构的第
1阶扭转振动的影响较小;后风挡玻璃对车身结构第1阶扭转动刚度的增强效果显著,第1阶扭转振动频率比白车身提高了28.57%,并且通过对BIP 车身的分析,可以进一步看出车身的第1阶扭转动刚度的增强基本上完全是由后风挡玻璃提供三
(2)风挡玻璃对车身结构扭转静刚度的影响三
在弯曲和扭转载荷下,风挡玻璃并不影响车身地板沿车身纵向轴线的变形方式;采用粘贴方式安装风挡玻璃可以显著提高车身结构的扭转静刚度;以白车身为基准,前后风挡玻璃可以分别使车身的扭转静刚度提高40%和30.5%,BIP 车身的扭转静刚度
2014(Vol.36)No.12王超,等:风挡玻璃对车身结构刚度影响的研究四1545 四
可以比BIW 车身提高82.3%三
(3)风挡玻璃对车身结构弯曲静刚度的影响三
风挡玻璃对车身结构弯曲静刚度的增强效果有限,装有风挡玻璃的车身结构前纵梁二门槛梁等处变形略有减小,车身弯曲静刚度略有提高三
(4)风挡玻璃对车身接头承载特性的影响三考
虑风挡玻璃的影响后,与风挡玻璃相关的接头(如J1二J3二J7)的刚度灵敏度和承载系数均会大幅降低,
这将使各个接头的受力趋于合理;与风挡玻璃没有装配关系的接头(J2二J4二J5二J6)的刚度灵敏度和承载系数受风挡玻璃的影响不大;7个接头的质量占BIP 车身总质量的16%左右,对车身刚度的贡献率达18%,说明X 轿车的车身结构基本满足均匀能量密度的原则,但是如果不采用粘贴的方式安装风挡
玻璃,接头对车身刚度的贡献率将达到30%左右,大大提高了接头的承载系数,进而会加大接头的设计难度三
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风挡玻璃对车身结构刚度影响的研究
作者：王超， 吕振华， 吕毅宁， Wang Chao， L Zhenhua， L Yining
作者单位：王超,吕振华,Wang Chao,L Zhenhua(清华大学汽车工程系,北京,100084)， 吕毅宁,L
Yining(清华大学汽车工程系，北京 100084; 中国船级社技术研究开发中心，北京 100007)刊名：
汽车工程
英文刊名：Automotive Engineering
年，卷(期)：2014(12)
本文链接：https://www.wendangku.net/doc/a29699082.html,/Periodical_qcgc201412021.aspx
转向节的结构设计与强度分析--开题报告
杭州电子科技大学 毕业设计（论文）开题报告题目转向节的结构设计和强度分析 学院机械工程学院 专业车辆工程 姓名吴志军 班级车辆二班（07010512） 学号07010570 指导教师胡彦超
一、本课题国内外研究动态及选题的依据和意义 （一）课题研发背景 汽车是重要的运输工具，是科学技术发展水平的标志。同时也是20世纪最显著的人文标志之一。它改变了人们的生活方式、时空和价值观念。为人类社会的物质财富和精神文明做出了巨大的贡献。汽车是产业关联度高、规模效益明显、资金和技术密集的重要产品，又是唯一兼有大批量、高精度、群众性消费特征的全球化产业，也是唯一的一种零件以万计、产量以百万计、保有量以亿计，并惠及全人类的高科技产品。汽车工业由于其资金密集、技术密集、人才密集、综合性强、经济效益高的特点，使得世界各个工业发达国家几乎无一例外地把汽车工业作国民经济的支柱产业。汽车的研制、生产、销售、运营，与国民经济许多部门都息息相关，对社会经济建设和科学技术发展起着重要的推动作用。 转向节是汽车上的关键零件，它既支撑车体重量，又传递转向力矩和承受前轮刹车制动力矩，因此对其机械性能和外形结构要求严格，是汽车上的重要安全零件之一。转向节包括转向节轴和转向节臂。转向节一般采用锻造毛坯件，经机械加工成为一个复杂的空间受力件。转向节圆锥轴上装有一对单列圆锥滚子轴承，使转向节与前轮毂、前轮制动器相连。其圆锥轴端采用螺母紧固轴承与轮毂，这样就能使转向节承受来自地面的支承力、滚动阻力和制动力。其上端球销通过纵向拉力杆与车架连接于一体，并与整车相连，从而约束了转向节沿x、y方向的位移和转动，使其仅能沿z方向移动和旋转。转向节的转向节臂上有两个球头销分别与转向纵拉杆、横拉杆相连以保证左右两轮同步转向。由此可见，转向节承受着车辆转向系统较大的负荷。 （二）转向节国内外研发现状 由于汽车转向节使用的重要性和形状的特殊性，国内外对转向节的结构和强度分析予以高度的重视，对其进行了深入的研究，取得了一定的研究成果。 在国内，北京机电研究所、吉林工业大学、机械工业部第四设计院、中国重汽公司、山东光岳转向节总厂、安庆百协锻造厂等单位对转向节进行了比较深入研究。郑州轻工业学院机电工程学院的韩国立等提出了概率有限元分析，并得出影响其可靠性的主要因素是外负荷和弹性模量。河南师范学院的冯彬彩建立了斯太尔转向节的实体模型，并对转向节的受力依照紧急制动工况、侧滑工况和越过不平路面工况等三种危险工况进行强度分析。合肥工业大学机械与汽车工程学院的张红旗等实用ANSYS对客车转向节进行了受力分析。天津大学武一民等利用NSRAN—PARTAN对农用车转向节结构进行了有限元计算，并对结构变化对应力分布的影响进行了计算．同济大学汽车学院的蔡智健等通过有限元建立某轿车转向节模型。机械加工方面，佳木斯煤矿机械厂的张风岩等对转向节的机械加工进行了有效的研究，极大提高了生产效率。这些研究工作对汽车转向节设计生产提供了宝贵的经验。
刚度介绍
9.1.2 短期刚度B s 截面弯 曲刚度 不仅随 荷不载 增大而 减小，而 且还将 随荷载作用时间的增长而减小。首先讨论 荷载短期作用下的截面弯曲刚度（简称为 短期刚度），记作B s。 1 ．平均曲率 取承受两个对称集中荷载的简支梁在荷载间的纯弯段进行讨论。左图为裂缝出现后的第Ⅱ阶段，在纯弯段内测得的钢筋和混凝土的应变情况： 1) 沿梁长，受拉钢筋的拉应变和受压区边缘混凝土的压应变都是不均匀分布的，裂缝截面处最大，裂缝间为曲线变化； 2) 沿梁长，中和轴高度呈波浪形变化，裂缝截面处中和轴高度最小； 3) 如果量测范围比较长（≥ 750mm) ，则各水平纤维的平均应变沿梁截面高度的变化符合平截面假定。 由于平均应变符合平截面的假定，可得平均曲率 式中r —与平均中和轴相应的平均曲率半径；εsm、εcm—分别为纵向受拉钢筋重心处的平均拉应变和受压区边缘混凝土的平均压应变；在此处，第二个下脚码m 表示平 均值； h0—截面的有效高度。因此，短期刚度式中， M k为按荷载标准组合计算的弯矩值。 2. 裂缝截面的应变εsk和εck 在荷载效应的标准组合也即短期效应组合作用下，裂缝截面纵向受拉钢筋重心处的拉应变εsk和受压区边缘混凝土的压应变εck按下式计算 式中σsk , σck—分别为按荷载效应的标准组合作用计算的裂缝截面处纵向受拉钢筋重心处的拉应力和受压区边缘混凝土的压应力；E c'、E c—分别为混凝土的变形模量和弹性模量；ν —混凝土的弹性特征值。σsk和σck可按右图所示第Ⅱ阶段裂缝截面的
应力图形求得。对受压区合力点取矩，得 受压区面积为（b f' - b ）h f'+ b x0 =( γf' + ξ0 )bh0，将曲线分布的压应力换算成平均压应力ωσck，再对受拉钢筋的重心取矩， 则得式中：ω－压应力图形丰满程度系数；η—裂缝截面处内力 臂长度系数；ξ0—裂缝截面处受压区高度系数，ξ0 =x0 /h0；γf' —受压翼缘的加强系数（相对于肋部面积），γf' =(b f '-b) h f '/bh 0 。 3. 平均应变εsm和εcm 设裂缝间纵向受拉钢筋重心处的拉应变不均匀系数为ψ，受压区边缘混凝土压应变不均匀系数为ψc，则平均应变εsm和εcm可用裂缝截面处的相应应变εsk和εck表达。 式中，ζ称为受压区边缘混凝土平均应变综合系数；从材料力学观点，ζ也可称为截面弹塑性抵抗矩系数。采用系数ζ后既可减轻计算工作量并避免误差的积累，又可通过试验直接得到它的试验值。 4. 短期刚度Bs 的一般表达式 9.1.3 参数η、ψ和ζ的表达式
模具结构强度分析方法
模具結構強度分析方法 當我們在進行模具設計時,首先進行的動作便是結構確定.模具結構的合理性,對模具的承載能力有很大的影響,不合理的結構可能引起嚴重的應力集中或過高的工作溫度,從而惡化模具的工作條件,降低模具壽命,造成生產成本增加. 為確定合理的模具結構,以下幾點我們必須要有一些初步的了解: 一模具的失效形式及原因: 在正常情況下,模具的失效主要過程為:損傷--->局部失效--->失效 模具損傷的基本形式有五種:塑性變形,磨損,疲勞,冷熱疲勞(主要出現在熱作模具),斷裂及開裂. 1沖壓模具的結構對損傷過程的影響: 1>模具的沖裁間隙是一個重要的結構參數,對模具刃口的應力水平以及 其磨損速度有很大的影響. (1)沖裁間隙過小在沖頭的刃口和凹模刃口處易產生裂紋.此時,被 沖下的材料外形大于凹模刃口的內徑,板料上沖孔的直徑小于沖 頭的直徑.當進行沖壓工作時沖頭和凹模刃口的側面將受到劇烈 的磨擦,使磨損加劇. (2)沖裁間隙過大間隙過大時,板料變形量增大,使刃口和板料的接 觸面積減少,刃口端面的壓應力急劇增大,加速了刃口的塑性變形 (鈍化). 2>模具鋼的力學性能指標及治金質量對模具的失效形式及壽命有很大的 影響. 3>模具的熱處理是非常重要的工序,模具要通過此工序賦予其所需要的 性能,才能保障模具的壽命. 二模具結構強度分析方法: 模具結構強度分析方法到目前為止還未有統一的標準,大體上依據: (1)應力分析(塑性變形抗力,斷裂抗力,疲勞抗力,耐磨性,韌性 或沖擊韌度ak), (2)材料在復雜應力狀態下的強度分析(例如建立有限元模型, 利用速度和加速度傳感器進行模擬分析), (3)材料疲勞的工程分析; (4)工程斷裂分析; 不同的試驗研究單位有各自的試驗方法,由於試驗方法不同,結果也不相同.並且此類方法也不適應目前的模具結構強度分析, 此類試驗研究尚停留在材料或模型分析過程,無法適應現在的模具設計進度要求.但是此類的研究對設計人員預防模具早期失效有很大的幫助,對提高模具的承載能力有極大的潛力. 三模具局部結構強度改善 模具工作部份的幾何形狀,決定于沖壓產品的外形,模具非工作部份的幾何形
弹性模量及刚度关系
1、弹性模量： （1）定义 弹性模量：材料在弹性变形阶段内，正应力和对应的正应变的比值。 材料在弹性变形阶段，其应力和应变成正比例关系（即符合胡克定律），其比例系数称为弹性模量。 “弹性模量”是描述物质弹性的一个物理量，是一个总称，包括“杨氏模量”、“剪切模量”、“体积模量”等。所以，“弹性模量”和“体积模量”是包含关系。 一般地讲，对弹性体施加一个外界作用（称为“应力”）后，弹性体会发生形状的改变（称为“应变”），“弹性模量”的一般定义是：应力除以应变。例如： 线应变——对一根细杆施加一个拉力F，这个拉力除以杆的截面积S，称为“线应力”，杆的伸长量dL除以原长L，称为“线应变”。线应力除以线应变就等于杨氏模量E=( F/S)/(dL/L) 剪切应变——对一块弹性体施加一个侧向的力f（通常是摩擦力），弹性体会由方形变成菱形，这个形变的角度a称为“剪切应变”，相应的力f除以受力面积S称为“剪切应力”。剪切应力除以剪切应变就等于剪切模量G=( f/S)/a 体积应变——对弹性体施加一个整体的压强p，这个压强称为“体积应力”，弹性体的体积减少量(-dV)除以原来的体积V称为“体积应变”，体积应力除以体积应变就等于体积模量: K=P/(-dV/V) 在不易引起混淆时，一般金属材料的弹性模量就是指杨氏模量，即正弹
性模量。单位：E（弹性模量）吉帕（GPa） （2）影响因素 弹性模量是工程材料重要的性能参数，从宏观角度来说，弹性模量是衡量物体抵抗弹性变形能力大小的尺度，从微观角度来说，则是原子、离子或分子之间键合强度的反映。 凡影响键合强度的因素均能影响材料的弹性模量，如键合方式、晶体结构、化学成分、微观组织、温度等。因合金成分不同、热处理状态不同、冷塑性变形不同等，金属材料的杨氏模量值会有5%或者更大的波动。 但是总体来说，金属材料的弹性模量是一个对组织不敏感的力学性能指标，合金化、热处理（纤维组织）、冷塑性变形等对弹性模量的影响较小，温度、加载速率等外在因素对其影响也不大，所以一般工程应用中都把弹性模量作为常数。 （3）意义 弹性模量可视为衡量材料产生弹性变形难易程度的指标，其值越大，使材料发生一定弹性变形的应力也越大，即材料刚度越大，亦即在一定应力作用下，发生弹性变形越小。 弹性模量E是指材料在外力作用下产生单位弹性变形所需要的应力。它是反映材料抵抗弹性变形能力的指标，相当于普通弹簧中的刚度。 2、刚度 （1）定义 刚度:结构或构件抵抗弹性变形的能力，用产生单位应变所需的力或力矩来量度。. 转动刚度（k）：——k=M/θ 其中，M为施加的力矩，θ为旋转角度。 其他的刚度包括：拉压刚度（Tension and compressionstiffness）、轴
白车身结构强度分析报告
目录 1.分析目的 (1) 2.使用软件说明 (1) 3.模型建立 (1) 4 边界条件 (3) 5.分析结果 (3) 6.结论 (21)
1.分析目的 白车身结构的静强度不足则会引起构件在使用过程中出现失效。本报告采用有限元方法对Q11白车身分别进行了满载、1g制动、0.8g转弯、右前轮抬高150mm、左后轮抬高150mm、右前轮左后轮同时抬高150mm,6种工况的强度分析，观察整车受力状况，找出高应力区，考察其零部件的强度是否满足要求，定性地评价Q11白车身的结构设计，并提出相应建议。 2.使用软件说明 本次分析采用HyperMesh作前处理，Altair optistruct求解。HyperMesh是世界领先的、功能强大的CAE应用软件包，也是一个创新、开放的企业级CAE平台，它集成了设计与分析所需的各种工具，具有无与伦比的性能以及高度的开放性、灵活性和友好的用户界面，与多种CAD和CAE软件有良好的接口并具有高效的网格划分功能；Altair Optistruct是一个综和隐式和显示求解器与一体的大规模有限元计算软件，几乎所有的线性和非线性问题都可以通过其进行求解。通过Altair Optistruct可以进行任何形状、尺寸、拓扑结构的优化，采用固定的内存分配技术，具有很高的计算精度和效率。 3.模型建立 对车身设计部门提供的Q11白车身CAD模型进行有限单元离散，CAD模型以及有限元模型如图3.1所示。白车身所有零部件均采用板壳单元进行离散，并尽量采用四边形板壳 图3.1 Q11白车身CAD以及有限元模型
强度分析模型质量按整车满载质量计算，其中的白车身附加质量（见表 3.2）用质量点单元CONM2单元模拟。发动机和变速箱、油箱、备胎、冷凝器、前门总成、滑移门总成、后背门总成、发动机罩总成、前排座椅及乘员等使用RBE刚性单元加载到相应总成的安装处。由于额定载货质心的不可确定性，无法给定具体质心位置，因此本次分析在经验基础上确定质心位置，并将额定载货分布于后地板多处主要受力点处进行模拟。具体质量点分布情况可参考图3.2。 表3.2 Q11白车身附加质量及质心 图3.2 Q11白车身附加质量分布
玻璃幕墙优缺点分析
关于玻璃幕墙 现代建筑中的玻璃幕墙采用了由镜面玻璃与普通玻璃组合，隔层充入干燥空气或惰性气体的中空玻璃。中空玻璃有两层和三层之分，两层中空玻璃由两层玻璃加密封框架，形成一个夹层空间；三层玻璃则是由三层玻璃构成两个夹层空间。中空玻璃具有隔音、隔热、防结霜、防潮、增加采光度、抗风压强度大等优点。但同时也存在光污染、能耗较大等问题。 优缺点分析 优点 玻璃幕墙是当代的一种新型墙体,它赋予建筑的最大特点是将建筑美学、建筑功能、建筑节能和建筑结构等因素有机地统一起来，建筑物从不同角度呈现出不同的色调，随阳光、月色、灯光的变化给人以动态的美。 反光绝缘玻璃厚6毫米，墙面自重约50kg/㎡，有轻巧美观、不易污染、节约能源等优点。在浮法玻璃组成中添加微量金属元素，并经钢化制成颜色透明板状玻璃，它可吸收红外线，减少进入室内的太阳辐射，降低室内温度。它既能像镜子一样反射光线，又能像玻璃一样透过光线，幕墙外层玻璃的里侧涂有彩色的金属镀膜，从外观上看整片外墙犹如一面镜子，在光线的反射下，室内不受强光照射，视觉柔和。 缺点 玻璃幕墙也存在着一些局限性，例如光污染、能耗较大等问题。建筑的幕墙
上采用了涂膜玻璃或镀膜玻璃，当直射日光和天空光照射到玻璃表面时由于玻璃的镜面反射（即正反射）而产生的反射炫光。 但随着玻璃幕墙技术的发展以及新材料技术的不断出现，现在建筑中的玻璃幕墙所用材料已经能较好的解决光污染及能耗问题。 基本分类 明框玻璃幕墙 明框玻璃幕墙是金属框架构件显露在外表面的玻璃幕墙。它以特殊断面的铝合金型材为框架，玻璃面板全嵌入型材的凹槽内。其特点在于铝合金型材本身兼有骨架结构和固定玻璃的双重作用。明框玻璃幕墙是最传统的形式，应用最广泛，工作性能可靠。相对于隐框玻璃幕墙，更易满足施工技术水平要求。 隐框玻璃幕墙 隐框玻璃幕墙的金属框隐蔽在玻璃的背面，室外看不见金属框。隐框玻璃幕墙又可分为全隐框玻璃幕墙和半隐框玻璃幕墙两种，半隐框玻璃幕墙可以是横明竖隐，也可以是竖明横隐注。隐框玻璃幕墙的构造特点是：玻璃在铝框外侧，用硅酮结构密封胶把玻璃与铝框粘结。幕墙的荷载主要靠密封胶承受。 点式玻璃幕墙（金属支承结构点式玻璃幕墙） 点式玻璃幕墙由玻璃面板、点支撑装置和支撑结构构成的玻璃幕墙。点式玻璃幕墙具有钢结构的稳固性、玻璃的轻盈性以及机械的精密性。
配筋率对刚度的影响
一般的钢筋混凝土结构设计流程如下：弹性刚度——内力分析——构件塑性设计——正常使 用极限状态验算。 仅仅在“正常使用极限状态验算”下使用配筋后的构件真实刚度来计算，弹性刚度和考虑混合 材料后的真实刚度是不同的。 而且，绝大部分软件都是仅对构件截面刚度，而不是体系真实刚度进行验算。 如：框架中的梁，计算刚度时的“混凝土有效抗拉截面”取值，基本上没考虑翼缘的影响，造 成大部分框架梁梁端裂缝计算过大，进而影响配筋（此处仅指出影响裂缝计算的一个因素， 其它因素不在本话题讨论）。 在【混凝土规范】7.3.12条里提到的刚度折减与考虑配筋后的截面刚度不是一个概念，它仅 针对考虑二阶效应的弯压构件有关，是种数据向结果的模拟，而混合材料刚度与弹性刚度的 不同是因为材料因素。 以此延伸：预应力可以提高刚度吗？我认为这是个伪命题。无论预应力钢筋还是普通的存在，都使得结构截面刚度变化。 考虑配筋率对截面刚度的影响，其实就是考虑配筋对结构弹性刚度的影响。 我个人对设计流程有如下意见：采用三轮计算法 1、弹性刚度——内力分析1——构件塑性设计——正常使用极限状态验算（调整配筋）—— 2 2、调整后刚度（拟刚度）——内力分析2——构件验算（调整）——正常使用极限状态验算（调整）——3 3、真实刚度——内力分析——构件验算——正常使用极限状态验算——完成 简化方法： 1、预算出不同构件、不同材料、不同配筋率下的构件刚度调整系数，制成表格 2、在计算程序中的不同构件填入刚度调整系数 3、内力计算 4、构件验算 5、正常使用极限状态验算 6、根据验算结果调整第二个数据——完成 即：1——2——3——4——5——6——2——……
ansys实验强度分析报告
ansys有限元强度分析 一、实验目的 1 熟悉有限元分析的基本原理和基本方法； 2 掌握有限元软件ANSYS的基本操作； 3 对有限元分析结果进行正确评价。 二、实验原理 利用ANSYS进行有限元静力学分析 三、实验仪器设备 1 安装windows XP的微机； 2 ANSYS11.0软件。 四、实验内容与步骤 1 熟悉ANSYS的界面和分析步骤； 2 掌握ANSYS前处理方法，包括三维建模、单元设置、网格划分和约束设置；3掌握ANSYS求解和后处理的一般方法； 4 实际应用ANSYS软件对六方孔螺钉头用扳手进行有限元分析。 五、实验报告 1）以扳手零件为例，叙述有限元的分析步骤； 答：（1）选取单元类型为92号； （2）定义材料属性，弹性模量和泊松比；
建立模型。先生成一个边长为0.0058的六边形平面，再创建三条线，其中z向长度为0.19，x向长度0.075，中间一段0.01的圆弧，然后把面沿着三条线方向拉伸，生成三维实体1如题中所给形状，只是手柄短了0.01；把坐标系沿z轴方向平移0.01，再重复作六边形面，拉伸成沿z轴相反方向的长为0.01的实体2；利用布尔运算处理把实体1和2粘接成整体。 （4）划分网格。利用智能网格划分工具划分网格，网格等级为4级。
（5）施加约束。在扳手底部面上施加完全约束； （6）施加作用力。在实体2的上部面上施加344828pa（20/（0.01*0.0058））的压强，在实体2的下部面的临面上施加1724138pa(100/0.01/0.0058)的压强；
（7）求解，进入后处理器查看求解结果，显示应力图。 2）对扳手零件有限元分析结果进行评价； 答：结果如图所示： 正确的显示出了受力的最大位置及变形量，同时给出了各处受力的值，分析结果基本正确，具有一定的参考意义。
玻璃幕墙的种类大全
在玻璃幕墙的成本构成中，占比大约在百分之四十左右;从面积占比分析上，玻璃大约在百分之七十左右。从中我们不难看出，玻璃是玻璃幕墙中不可替代的最重要组成部分。玻璃的种类众多，可供玻璃幕墙应用的就有好几种，中国幕墙网编辑部编辑整理了部分玻璃种类和应用介绍，供众多网友鉴赏。 什么是 热就是通常所说的镀膜玻璃，通常在玻璃表面镀1~3膜组成。热反射玻璃的SC=～。 通常适用于：住宅、宿舍、旅馆、办公楼、医院、托儿所、幼儿园、学校、礼堂、剧场、影院、商场、机场、车站、等。 什么是热反射玻璃的特性
理想的和，多种反射色调，低获得率，理想的系数。 通常适用于：住宅、宿舍、旅馆、办公楼、医院、托儿所、幼儿园、学校、礼堂、剧场、影院、商场、机场、车站、超等。 什么是单向透明玻璃的应用 主要应用于隐蔽性观察，釆用在透明玻璃或上镀膜。膜面必须朝着光源明亮的被观察室，必须创造适当的光照度比，以达到理想的效果。 破碎几率的控制范围是多大 理论上控制在3%范围内(免赔破碎率)。现因市场变化，已无法达到。 基片(玻璃原片)的种类有多少 透明玻璃和着色玻璃两大类。着色玻璃在南玻集团经常使用的有：F绿(G R2)、H绿(GR5)、中国绿(GR8)、湖水蓝(AZ)、美国蓝绿(PG4)、比利时蓝绿(BL6)。 镀膜玻璃的顔色有哪几类 南玻生产的镀膜玻璃有灰色、银灰、蓝灰、茶色、金色、黃色、篮色、绿色、蓝绿、纯金、
紫色、玫瑰红、中性色等。 什么是干拔色 膜厚是否影响千涉色肥皂泡和水中漂淳的极薄一层汽油膜产生的颜色为薄膜千涉色，它不是的颜色，而是光与薄膜相互作用产生的。当镀膜玻璃上的薄膜厚度变化时，干涉颜色发生变化，这是镀膜玻璃具有各种颜色的原因。着色玻璃为基片的镀膜玻璃的颜色是玻璃本体的颜色，不是千涉色。 膜面污染是否影响顔色 薄膜千涉产生颜色的镀膜玻璃，即使粘附上一层很薄且很透明的污染膜，玻璃的颜色也会有明显的改变。厚度不均的污染膜会使外观变成花脸。 什么是
汽车零部件强度分析
雪佛莱C1500皮卡整车分析实例 ?重力荷载下悬挂臂的应力和变形 ?刹车分析——惯性平衡 ?行驶在不平整路面——子结构 雪佛来C1500皮卡Copyright 2009 ABAQUS, Inc. 雪佛莱C1500皮卡整车分析实例 ?重力荷载下悬挂臂的应力和变形 重力荷载下悬挂臂的应力 重力荷载下底盘的应力分布Copyright 2009 ABAQUS, Inc.
雪佛莱C1500皮卡整车分析实例 maximum stress = 193.9 N/mm 2maximum stress = 191.4 N/mm 2 静态分析——惯性平衡瞬态动力学分析刹车制动时的两种方法对比分析：?刹车制动时的应力分析（两种方法）Copyright 2009 ABAQUS, Inc. 雪佛莱C1500皮卡整车分析实例 ?路况1结果 ?卡车以速度7 m/sec (25.2 km/h) 跳过一个颠簸. 车轮与路面有脱离接触的过程?卡车在不平整的路面上行驶（两种工况）： Copyright 2009 ABAQUS, Inc.
雪佛莱C1500皮卡整车分析实例 ?卡车在不平整的路面上行驶（两种工况）： ?路况2结果 路况2下四个轮胎上的径向力路况2下纵摆(Pitch) 侧倾(Roll) 偏转(yaw) Copyright 2009 ABAQUS, Inc. 雪佛莱C1500皮卡整车分析实例 ?卡车在不平整的路面上行驶（两种工况）： ?路况2结果( 子模型) A型臂上的应力分布 Copyright 2009 ABAQUS, Inc.
减震支架分析（GM） ?实验过程中出现异常噪声 结构示意图 实际装配结构（与设计偏移）SCC2010 减震支架分析（GM） ?1500N 径向载荷 SCC2010
结构强度的分析
第三节结构与稳定性 一、新课内容： 结构的稳定性是指结构在负载的作用下，维持原有平衡状态的能力。 台风过后，部分结构却完好无损，这又说明，有的结构稳定，有的结构不稳定。 想一想： 结构的稳定性与什么因素有关？ 填表说明下表中的物体有可能因受哪些力的作用而出现不稳定现象，并根据你的生活经验，简要说明原因。（P012） （一）影响结构稳定性的主要因素： [实验探究1]： 学生拿一本书，让它直立在桌面上，它马上倾倒了，显然，其稳定性不好。 同样的一本书，把它的下端各书页展开一定的角度，仍旧将它直立在桌面上，它就能很好的挺立住。 因素一：支撑面积的大小 1. 稳定性与支撑面积的大小有关
支撑面越大越稳定，越小越不稳定。 A.落地电风扇或者宾馆里的落地灯，它们都有一个比较大的底座。 [引导学生得出结论]：结构的底座，结构与地面接触所形成的 B：为什么大坝的横截面总是建成梯形？ 生：思考回答 师：大坝需要承受很大的力的作用，如自身的重力，水的冲击力、压力等等，要起到防洪的作用，大坝必须要求非常稳固。大坝建成梯形，增大了与地面接触所形成的支撑面，支撑面越大越坚实，稳定性就越好。 C.为什么许多课桌椅的支撑脚要做成往外倾斜？ 生：思考回答 师：这是为了进一步增大与地面接触所形成的支撑面积，增加稳定性。从而引导学生得出结论：结构的稳定性与支撑面积大小有关。 注意：支撑面≠接触面。（接触面是物体与地面接触形成的面。支撑面是物体与地面接触形成支撑点的连线与地面构成的面。）
[实验探究2]：显示落地扇的图片 师：落地扇为什么不易倾倒？ 生：思考回答 师：落地扇的底座采用较重的材料，风扇比底座轻很多，使落地扇的重心降低。 因素二：重心位置 2．结构的稳定性与重心位置有关。 物体重心越低，越稳定。 A.不倒翁为什么不倒？如果在它脖子上挂上一定数量的铁环，它还会不倒吗？ 师：研究不倒翁的结构，发现不倒翁的重心很低，就在它与地面的接触点上，所以不倒，如果往它的脖子挂上铁环，它的重心位置升高了，当铁环达到一定数量时，不倒翁就不在是不倒翁了。 [引导学生得出结论]：重心的高低影响结构的稳定性。重心越低,稳定性越好;重心越高,稳定性越差。 B.以前的农作物个子高，遭遇暴风骤雨容易倾覆，造成减产；现在的农作物普遍个子矮。就是利用了重心低结构稳定的原理。 C.屏幕显示比萨斜塔的图片，比萨斜塔为什么不倒塌？（简单介绍比萨斜塔。） 通过分析长方体重心的垂线位置与稳定性示意图，使学生容易理解，比萨斜塔不倒的原因是它的重心所在点的垂线落在塔的底面的范围内。当塔倾斜到一定程度，重心的垂线不再落在塔的底面时，塔就会倾倒。 [引导学生得出结论]：结构的稳定性与重心位置有关。
结构检测鉴定报告
金房玲珑湾商业综合楼改扩建工程结构检测鉴定方案 编写： 审核： 湖南省宏尚土木工程检测有限公司
2012年07月21日
金房玲珑湾商业综合楼改扩建工程 结构检测鉴定方案 一、工程概况 本工程为长沙金房房地产开发有限公司开发建设的金房玲珑湾商业综合楼。设计单位为湖南大学设计研究院有限公司，监理单位为湖南骥征工程建设监理有限公司。 本工程原设计为四层框架柱无梁楼盖结构，两电梯井为剪力墙。原楼层为、、、四层，现用无损切割将,两层楼盖切除，增加、、、、楼层，将四层改造为七层。为了解该楼建筑工程改扩建后工程安全性状况，长沙金房房地产开发有限公司委托湖南省宏尚土木工程检测有限公司对该楼工程进行结构检测鉴定。 二、检测内容和主要仪器设备 主要检测内容及方法 现场检测工作内容： 工程概况的调查与现场踏勘，内容包括：结构形式、基础形式、墙体材料与砌筑方法、楼屋盖形式，工程地质勘察单位、设计单位、施工单位、监理单位等。 现场调查内容包括：鉴定建筑物的工程名称、委托鉴定单位名称、坐落地址、开竣工及投入使用日期、房屋用途、使用现状、结构受荷、周围环境等。明确房屋鉴定的原因。 材料强度及性能
材料强度的检测、评定是结构可靠性评定的重要指标，如钢筋混凝土结构的混凝土强度、砂浆强度等。现场检测主要采用回弹法、钻芯法等检测方法进行材料强度检测。 几何尺寸检测、评定 现浇混凝土结构及预制构件的尺寸，应以设计图纸规定的尺寸为基准确定尺寸的偏差，尺寸的检测方法和尺寸偏差的允许值应按《混凝土结构工程施工质量验收规范》GB50204确定。 对于受到环境侵蚀和灾害影响的构件，其截面尺寸应在损伤最严重部位量测，在检测报告中应提供量测的位置和必要的说明。 几何尺寸是结构和构件可靠性验算的一项指标，截面尺寸也是计算构件自重的指标，几何尺寸一般可查设计图纸，如果是老建筑物图纸不全，或图纸丢失，需要现场实测其建筑物的平面尺寸，有竣工图纸时，也可将几何尺寸的检测结果对照图纸进行复核，评定其施工质量，为可靠性鉴定提供依据。 外观质量和缺陷检测 混凝土构件外观质量与缺陷的检测可分为蜂窝、麻面、孔洞、夹渣、露筋、裂缝、疏松区和不同时间浇筑的混凝土结合面质量等项目。 混凝土构件外观缺陷，可采用目测与尺量的方法检测；检测数量，对于建筑结构工程质量检测时宜为全部构件。混凝土构件外观缺陷的评定方法，可按《混凝土结构工程施工质量验收规范》GB50204-2002确定。 结构构件的挠度或倾斜度检测 可用目测或/和用吊锤进行检测；若有明显挠度或倾斜度，应采用激光或经纬仪或其他仪器进行定量检测。 混凝土构件钢筋保护层检测 采用SW-180T钢筋位置测定仪对外露混凝土构件钢筋保护层和间距进行检测，采取局部凿开混凝土核查钢筋规格及间距。 结构构件裂缝检测
空气悬架强度分析报告
（1） 有限元网格划分 考虑到结构的复杂性以及期望得到分析结果的可靠性，对空气悬架整体采用六面体网格划分，局部采用四面体划分。运用hypermesh 前处理软件中的Solid Map 命令对每个零件单独划分，即现在某个零件的一面划分2D 有限元网格，并将这个被拉伸的2D 有限元网格映射到一个由几何元素定义的实体中，从而形成一个三维体积来创建实体网格。 → → 由于空气悬架上半梁两端的面积相差较大（如图），画出的有限元网格不是很理想，对在此部位出现问题的有限元网格尽可能得用手工方式去修改，但是工作量比较大。 最终画出的有限元网格如下图所示 （2） 模拟焊接单元 创建部件的实体几何 将实体几何分割成易 映射的区域 使用Solid Map 创建四面体或六面体网格
结合实际情况考虑，各个件之间是焊接的关系，所以在hypermesh中我们采取CWELD单元模拟焊接。首先是在要焊接的两个零件的焊接表面生成一个二维的薄膜单元，然后在spotweld面板下的using elems子面板下生成CWELD焊接单元，这样在每处需要焊接的地方生成焊接单元来模拟。焊接单元如下： （局部焊接单元的模拟） （整体的焊接单元） 这样就做好了焊接单元的模拟工作。 （3）添加约束以及载荷、载荷步 根据实际情况可知，空气悬架是两段加载荷，靠中间梁上的螺栓来约束其自由度，根据以往模拟螺栓的经验，把中间梁上下的盖板上的螺栓口的节点用rbe2来连接起来模拟螺栓，约束上下盖板八个口处以及螺栓口外一圈的节点的全部自由度。如下图所示：
在空气悬架的两端加载荷，由运动学仿真结果可知，空气悬架静载时主要在气囊支座以及弹簧支座上受力（压强），加在气囊支座上的力为30000N，计算得压强为1.72N/mm2，加在弹簧支座上的力为3000N,计算得压强为3.96N/mm2。如下图 最后，建立一个载荷步： 这样，前处理的全部工作完成，下面就可以提交给Optistruct进行运算。 （4）后处理
有关影响桥梁下部结构刚度的主要因素探究
有关影响桥梁下部结构刚度的主要因素探究 有关影响桥梁下部结构刚度的主要因素探究 摘要：桥梁下部结构刚度合格与否将对桥梁整体结构刚度造成直接而重大的影响。所以，有必要对影响桥梁下部结构刚度的主要因素进行深入的探究，从而提高桥梁下部结构设计水平，保证桥梁工程的整体质量，使其满足设计要求和使用要求。 关键词：桥梁下部结构；刚度；主要因素 中图分类号：U445文献标识码： A 文章编号： 桥梁设计过程中，通常要注意强度、刚度、经济性以及耐久性，尤其是刚度这一要素在某些特殊桥梁（客运专线）设计中更是重点中的重点。列车在桥上运行时，要满足以下几点：1）足够的安全性和舒适性；2）桥上轨道结构的稳定性；3）桥梁结构不会因附加力影响而发生过大振动；4）桥上轨道便于养护维修。桥梁下部结构刚度是其整体刚度的基础组成部分。对影响桥梁下部结构刚度的主要因素进行深入的分析，是桥梁下部结构设计的需要，也是桩基础合理设计的需要。 梁跨、墩高、墩形以及基础刚度是影响桥梁下部结构刚度的三大主要因素。在梁跨、墩高一定的前提下，通常需要重点考虑基础刚度，特别是桩基础刚度对桥梁下部结构刚度的影响。下文将从以下几个角度展开探讨：1)墩形；2）桩基础的混凝土强度、受力形式、桩长、桩径、间距、排列方式；3）地质参数。[1] 1.桥梁下部结构刚度计算参数 表1 桥梁下部结构刚度计算参数 某桥梁下部结构刚度计算参数如表1所示，当某个参数发生变化时，其他参数应保持不变。
2．影响桥梁下部结构刚度的主要因素 2.1墩形对桥梁下部结构刚度的影响 该桥梁对下部结构刚度有较高的要求，因此主要采用两种墩形，一是矩形空心墩（无托盘），二是圆端形空心墩（无托盘），二者对桥梁下部结构刚度的影响见表2。从表中数据可以看出，二者无论在纵向刚度方面，还是在横向刚度方面都极为接近，所以，得出结论：桥梁下部结构刚度几乎不受墩形的影响。[2] 表2 墩形变化对下部结构刚度的影响（kN/cm） 2.2桩基础对桥梁下部结构刚度的影响 2.2.1桩身混凝土强度等级 纵向刚度（kN/cm）：C20—626、C25—640、C30—654；横向刚度（kN/cm）：C20—965、C25—1001、C30—1034。从以上数据可知：C25到C30，纵横向刚度增加的比例分别是4.5%、7.2%，即桩身混凝土强度等级只对桥梁下部结构刚度产生很小的影响。实际上，桩身耐久性对桩身混凝土强度等级有一定的控制要求。[3] 2.2.2桩的受力类型 经大量计算（表3）发现：1）摩擦桩的承台底水平位移＞柱桩的承台底水平位移；2）摩擦桩承台转角引起的水平位移＜柱桩承台转角引起的水平位移；3）如果桩基础的布置是一致的，那么摩擦桩基纵向刚度＞柱桩纵向刚度。 表3 刚度计算比较（对墩顶施加一个300KN纵向水平力） 2.2.3桩长 图1为桩长对两种桩基础（摩擦桩/柱桩）纵横向刚度的影响。分析可知：1)摩擦桩桩长大约为20m时，纵横向刚度达到最大值，桩长小于30m的范围内，刚度变化不大；2)柱桩随桩长增加，纵横向刚度迅速下降；3)桩长对摩擦桩纵横刚度的影响相对较小；4）桩长对
船舶结构强度分析.
船舶结构强度分析 近几年来，国内船舶修理公司如雨后春笋般出现，修理任务急剧扩张，修理的船型也是多种多样，涵盖整个船舶市场。而对船体结构的修理也是首当其冲，由于船厂的技术水平和工人技能等多方面原因，对于结构修理过程中拆换结构也会出现不同的修理方案，导致船舶结构在修理后出现异常情况。因此对于船舶结构强度分析的提出是相当重要的。其主导思想是在船舶修理的船体拆换强度分析的应用中，运用的基本计算原理和方法，是以船舶原理和船舶结构力学为理论基础。在以往的工程实际中，修船工程技术人员往往忽略或者不重视将这些理论的知识与船舶修理工程充分地结合起来。为了很好地说明这些基础理论在修船工程实际中的应用，本文将以船舶原理和船舶结构力学的基本理论，来阐述在船舶修理工程中的基本强度理论和基本计算原理及方法。 一、船舶结构力学 在船舶工程传统意义上，船舶结构力学研究和解决船体结构在静力响应，即在给定的外力作用下如何确定船体结构（局部和整体）中的应力、变形情况。在船舶修理工程中，因船舶在设计建造时已经对船舶的强度进行了计算和设计，所以要解决的问题就是强度计算，概括来讲，就是在船体结构尺寸已知的条件下，在给定的外载荷或工况下，计算出结构的应力和变形，并与许用值比较，从而判断船体结构的强度是否足够。船体结构强度的计算是依据船舶原理的基本设计理念，运用理论力学和材料力学的力学基本理论来对船舶的结构强度进行计算和校核的。 二、力学模型和船体模型 在船舶修理工程中的结构强度计算中，为了便于计算，须对实际的结构进行简化，在简化模型的基础上，施加外载荷，再运用船舶结构力学的基本理论和方法来计算船体结构的应力和变形情况。为了满足计算的需要，可以将在船舶修理工程实际情况下的船体结构的简化模型分成两个类型，一是基于传统船舶结构力学基础上的“力学模型”，二是在便于现代计算机计算和有限元理论分析的“船体模块”，这两个类型有渐进的关系。 “力学模型”的建立是根据实际结构的受力特征、结构之间的相互影响以及对计算精度的要求等各个方面的因素来确定的。 在船舶修理工程中，船体“力学模型”的简化一般有以下几种形式： 一是船体中的受压或者拉压的板，可以把四周由纵横骨架支持的这种受压或者拉压的板看作具有矩形周界的平板模型。在甲板纵骨被局部割断后，在未断纵骨和框架之间的主甲板就可以简化成这样的模型，在舱口围横梁被拆断后，舱口围板就成为受压板结构了，同样可以简化成这一类的力学模型结构。 二是船体结构中解除部分约束条件的骨架可以看作力学中的“杆系系统”。连续梁、刚架和板架结构是“杆系系统”中典型的结构。因舷侧板需换新，在拆除后，相应位置的肋骨因支撑板约束的解除而成为受压杆件。至于船体的双层底结构，在实际的计算处理中一般可以简化为刚架和板架结构。 而“船体模块”是为了便于计算机的计算方便，将船体的结构进行离散处理，化成小的能够表达结构的所有特征的子结构。“船体模块”的确定既要考虑到该结构的几何形状，又要考虑其结构载荷的特点，同时又必须采取适合有限元方法的计算特点来进行。 三、强度分析与计算 与船舶设计建造中的结构强度计算一样，船舶修理实际的工程中，对船体结构的改变（拆装或新加），同样是应用力法、位移法、能量法和矩阵法等方法。但与船舶设计不同的是，船舶修理是在原有结构被拿掉后，产生新的外载荷和新的边界条件，这时要对新情况下的强度进行计算和校核，确定在新的外载荷和边界条件下的结构应力和变形。下面以某船的局部构件换新为例，来探讨力法、位移法、能量法和矩阵法在船舶修理工程中的应用。
SAP2000之玻璃幕墙结构分析
玻璃幕墙结构 SAP2000可以对索结构及玻璃幕墙进行建模和分析,在建模和分析时有一些需要注意的地方： 1.索的模拟 实际的索和SAP2000中的框架单元，在截面属性上存在一些不同，索是柔性的，不能抵抗弯矩作用，在分析时忽略其抗弯刚度。因此在建模过程中，我们可以用修正截面属性的办法通过框架单元来模拟索，具体做法是将框架截面属性中的“围绕2轴的惯性矩”和“围绕3轴的惯性矩”设为一个较小值，例如0.1。 2.预应力的施加 在SAP2000中可以通过施加应变荷载或温度荷载模拟索中的预拉力。索的弹性模量E和应变比ε有如下关系： N = ε X E X A 温度和应变比也有如下关系： ε = α X △T 所以：
ε = N / (E X A)，△T = N / (α X E X A)，ε为材料的线膨胀系数 在支座固定的情况下降温或施加收缩应变，都将在索中产生拉力。 3.非线性分析 对于拉索这种柔性体系的分析，需要用到SAP2000的非线性分析功能。 在分析时应该选择“几何非线性参数”中的“P-?和大变形”选项，同时应将模拟索的框架单元剖分为足够小的单元，以保证在每个单元内的相对转动较小。 4.荷载和作用 根据《点支式幕墙规程》（CECS 127:2001）5.3.1条规定，结构需要按下式考虑荷载和作用的效应组合： 对于非线性分析，分析结束时的结构状态/刚度矩阵一般不等于结构的初始状态/刚度矩阵，所以各非线性分析工况的结果一般不能叠加。对于荷载和作用的效应组合，必须正确安排非线性分析工况的先后次序，后一个非线性分析工况应从前一个非线性分析
工况结束时的状态/刚度矩阵开始。这样可以保证后一个非线性分析工况是在前面的非线性分析工况结果上叠加，因此最后一个非线性分析工况里就包含了前面分析的所有结果，从而得到多个荷载和作用在非线性分析下的效应组合。 5.主要控制指标和因素 根据《点支式幕墙规程》5.2.7条规定，索的挠度应控制在l/300以内（l为支承结构的跨度），同一块玻璃面板各支点位移差值和玻璃面板挠度应控制在b/100以内(b为玻璃面板的长边长度)，索中拉力不大于最小整索破断拉力的1/2.5。 下边举两个例子来说明。 单拉索点支幕墙
高铁车体结构件应力分析与疲劳强度评估 王磊 但龙 姜晓艳
高铁车体结构件应力分析与疲劳强度评估王磊但龙姜晓艳 发表时间：2019-07-15T16:09:32.903Z 来源：《当代电力文化》2019年第05期作者：王磊但龙姜晓艳 [导读] 2007年4月18日，我国的高铁开始正式投入使用，由于是刚刚开始进行高铁的建设，因此在高铁运营过程中往往会出现各种各样的问题和缺陷。 中车青岛四方机车车辆股份有限公司山东青岛 266000 摘要：2007年4月18日，我国的高铁开始正式投入使用，由于是刚刚开始进行高铁的建设，因此在高铁运营过程中往往会出现各种各样的问题和缺陷。其中有80%的机械零件都是因为疲劳破坏而失效的。高铁车体结构大部分都是采用金属材料制作的，而金属不可能做无数次的交变载荷试验，都存在一个疲劳强度，一旦所加的应力值超过金属材料的疲劳强度，就会导致金属变形，从而出现严重事故。基于此，本文首先简单的介绍一下影响疲劳强度的因素；随后详细的介绍一下计算疲劳强度的疲劳试验方法。以此仅供相关人士进行交流与参考。 关键词：高铁车体结构件；应力分析；疲劳强度评估 引言： 在这短短的十几年间，我国的高铁行业得到了突飞猛进的发展，装备生产、运行管理等质量水平也在不断的进步和提高。而机械零件作为高铁车体结构的一个重要组成部分，确实应该引起高铁部门的重视。本文首先介绍一下影响机械零件疲劳强度的因素，随后介绍一下计算机械零件疲劳强度的疲劳试验方法，从而准确的进行疲劳强度的评估，从而不断提高高铁结构件的质量。 一、影响高铁车体结构的疲劳强度因素 高铁车体结构件的疲劳强度评估研究一直都在进行，其中最初的评估方法就是对零件疲劳极限进行测定。但由于实际零件在制作过程中尺寸、形状、材料等都各有不同，因此通过测定零件疲劳极限来评估疲劳强度的试验方法在实施起来具有很大的困难。以此，我们可以通过研究影响机械零件疲劳强度的因素来评估机械零件的疲劳强度。影响机械零件疲劳强度的因素主要是应力集中与梯度；尺寸效应以及表面加工质量这三点（见图一）。 （一）应力集中与梯度 为了满足高铁车体结构的要求，机械零件的制作和加工一般都有拐角、切口、沟槽等缺口，这些缺口自然而言的就出现了应力集中，从而提高了零件的局部应力。在零件部件承载静载荷时，随着静载荷的增加，零件会出现一个宏观塑性变形的阶段，重新分配应力并趋于均匀。而对于疲劳破坏而言，零件并不会出现明显的宏观塑性变形，也不会重新分配应力，因此缺口处的疲劳强度比光滑部位高，出现问题的概率也比较大。缺口处的最大局部应力ɑmax和名义应力ɑn的比值为理论应力集中系数K，K=ɑmax/ɑn。K可以用来表示应力集中提高零件局部应力作用，也被称为形状系数，一般采用弹性力学解析方法或者是光测弹性力学试验来求解[1]。 （二）尺寸效应 机械零件的尺寸对于疲劳强度的影响较大，尺寸效应指的就是当尺寸增大时，疲劳强度就会降低。一般用尺寸系数ε来表示尺寸效应作用的大小。δ-1d为零件的疲劳极限，δ-1为几何相似式样的疲劳强度，d为试样和零件的尺寸（一般在6mm到7.5mm）,所以ε=δ-1d/δ-1。引起尺寸效应的因素可以分为制作工艺因素和比例因素。制作工艺因素主要是指机械零件在加工制造过程中因为制作差异出现的尺寸变化[2]。而且铸造件的规模大小也会不同程度的增加铸造困难，一般体积越大的铸造件铸造难度更高，也比较容易出现气孔、沙眼等缺陷，这些缺陷都会成为零件的薄弱部分，从而降低零件的疲劳强度。 （三）表面加工质量 表面加工质量一般由表面粗糙度来衡量，金属种类的不同、加工方法的不同都会对表面加工质量造成影响，像金属表面切削深度、切削用量等，都会对零件部件的疲劳强度产生影响。根据相关研究证明，金属式样的疲劳强度随硬化程度的增加而增加，而且应变硬化的式样都会产生残余的压应力，这种压应力会大大提高零件的拉伸疲劳强度，进而降低零件的疲劳强度[3]。 （图一）影响高铁车体结构的疲劳强度因素 二、计算疲劳强度的疲劳试验方法 （一）常规疲劳试验方法介绍 在进行疲劳实验之前，首先要制备好疲劳式样，疲劳式样需要经过机械加工、热处理以及尺寸测量、表面检验等步骤，保证疲劳式样能够达到疲劳试验的设备要求标准。常规的疲劳试验方法主要用于式样个数不多、生产任务紧急的情况，该方法可以直接给出零件式样的