时间：2023-05-30 08:54:24
开篇：写作不仅是一种记录，更是一种创造，它让我们能够捕捉那些稍纵即逝的灵感，将它们永久地定格在纸上。下面是小编精心整理的12篇力学分析的方法，希望这些内容能成为您创作过程中的良师益友，陪伴您不断探索和进步。
关键词：大跨度钢结构；施工过程；向量式有限元；张拉索单元；千斤顶单元
中图分类号：TU311.4；TU393.3 文献标识码：A
文章编号：1674-2974（2016）03-0048-07
早期的施工力学问题主要存在于桥梁[1-3]和高层建筑[4]中，随着大跨空间结构、复杂结构的蓬勃发展，结构施工的周期和复杂性都大大增加，而且施工过程与结构最终成型状态关系更加密切，施工力学问题在大跨度钢结构中受到了充分的重视，但国外在大跨度钢结构施工力学问题方面公开发表的文献较少[5-6].国内对施工力学的研究则主要基于时变力学理论[7]，将施工过程离散为若干施工阶段进行分析，常采用生死单元法和分步建模法[8]，将连续的施工过程进行离散化求解.生死单元技术采用一次性建模，然后按照实际施工步骤逐步“杀死”或“激活”单元来模拟整个施工过程结构的受力及变形状态，避免了单元网格的重新划分，只需建立一次整体模型，但其缺点是单元被激活后可能发生漂移而与实际的安装位形不符，出现较大偏差甚至求解不能收敛；分步建模法是按照施工步骤边建模边求解，可精确控制施工过程中构件的安装位形，不存在生死单元技术由于“死”单元的“漂移”而导致刚度矩阵病态的问题，其缺点是每个施工步骤都需导入上个施工步分析的应力状态作为本次分析的初始应力状态，重复建模.而且传统有限元方法在大变形、大变位等这类施工过程中经常涉及到的非线性问题求解方面往往存在较大困难.
向量式有限元[9-11]是一种基于动力学求解的数值方法，它从传统的牛顿力学出发，建立起一套完整的理论.此方法可以应用于所有符合牛顿定律的力学问题求解，不需求解联立方程组，不存在非线性求解的收敛问题，尤其适合于动力问题.国内已有部分学者将其引入到结构分析中[12-16]，可以完成诸如大变形、大位移，甚至是刚移等一系列非线性分析.本文利用向量式有限元理论计算与时间的依存性，进行大跨度钢结构施工力学分析，为大跨度钢结构的施工力学分析提供了一种新的手段.
1 向量式有限元概述
向量式有限元的理论构架不同于经典结构力学，选择了一组不同的概念描述和简化假设.在向量式有限元基本理论中了传统结构力学中的一些简化假设，例如刚性杆件、运动和变形的分解以及路径独立的过程和静态解，杆件的变位量和变形量是没有限制的，而把时间也作为分析的一个变量来考虑.因此，向量式有限元能够考虑运动进行的全部过程，处理作用力和操作环境持续变化的真实状况.同时，向量式有限元引入了数值计算方法，避免了多层次的迭代计算，求解过程中不形成刚度矩阵，因此不仅能够方便地处理大变形、大变位等几何非线性问题，也能够处理材料非线性和状态非线性等不连续行为.
1.1 求解过程
根据牛顿第二定律，对于每个质点有：
2.2 千斤顶单元
大跨度钢结构在安装过程中采用支撑胎架，为便于卸载，一般使用千斤顶作为临时支撑与结构之间的连接，千斤顶在卸载施工中有较大的承载能力，且便于控制.基于千斤顶工作中受压而不受拉的特点，可采用与张拉索单元类似的模拟方法，建立千斤顶单元的内力计算公式.不同的是，千斤顶单元只能受压不能受拉，因此，当fA2B2>0时，E0=0.
3 大跨度钢结构施工力学分析
施工力学分析方法主要包括有限单元法、时变单元法和拓扑变化法等.时变单元法是指离散网格不变，通过单元大小的变化来实现求解区域的变化，但存在数值积分稳定性问题.拓扑变化法应用拓扑学原理用数值手段实现求解区域的变化，但要求时变次数不能太多，否则计算效率不高.有限单元法因为理论成熟，易于程序化，得到了广泛的应用.但对于大变形、大变位甚至刚移等非线性过程的求解往往很难收敛.本文采用向量式有限元方法，可根据实际施工顺序通过确定新增单元或节点，直接建立新增构件加入初始模型进行分析.由于向量式有限元求解本身即为动态求解过程，因此不需调整参数，真实模拟实际施工顺序，跟踪受力和变形过程.
3.1 算例1
如图3所示的悬臂梁结构，分为4段施工，仅考虑自重荷载，后续构件的安装按照切线的方式进行.悬臂梁截面规格为H1400 mm×500 mm×10 mm×22 mm，材料弹性模量为2.06×105MPa，密度为7.85×103 kg/m3.
采用大型通用有限元软件ANSYS中的生死单元法和本文方法分别计算各阶段节点挠度，结果如表1所示.考虑在施工过程中，两者均按照切线方式进行下一步施工，对比生死单元法和本文方法可知，两者结果相差不大，这表明本文方法是有效的.
3.2 算例2
如图4所示两端为铰支座的索桁架初始态，拉索均为无应力长度，粗实线表示钢拉杆Φ102 mm×6 mm，弹性模量2.06×105MPa，细实线为拉索Φ20，弹性模量1.6×103 MPa，密度均为7 850 kg/m3，不考虑自重影响.通过张拉AD和CD两根拉索对索桁架进行预应力张拉，直至最终态（见图5）.
建立向量式有限元模型，其中杆件BD采用杆单元，拉索AB和CB采用索单元，拉索AD和CD采用张拉索单元.对拉索进行张拉有两种模拟方式：一是设置阻尼系数，采用拟静力分析的方法，拉索长度一次变更到原长，忽略拉索长度变化及预应力建立的过程，得到最终成形状态；二是设阻尼系数为零，采用动力分析的方法，拉索长度以一定的速度逐渐变化至原长，这样可以跟踪模拟预应力在整个结构中建立的过程.
图6和图7分别给出了采用这2种方法得到的单元内力和节点竖向位移时程曲线，其中阻尼系数为0时，拉索提升速度为4.06 mm/s.
由图6和图7可知，当阻尼系数为20时，拉索原长突变，内力和位移曲线均产生振动，但随着阻尼力的作用逐渐趋于最终结果；当阻尼系数为0时，因为拉索原长以缓慢的速度变化，产生的振动较小，而内力和位移均缓慢增加，最终也达到了平衡状态.算例表明，采用两种方法得到的最终结果是一致的，内力为6 933.4 N，竖向位移为250 mm，且与理论解一致.
4 工程实例
南京水利科学研究院河口海岸深水航道试验大厅屋盖采用大跨度张弦桁架结构体系，跨度达119.8 m，上部钢屋盖支承于下部型钢混凝土框架柱，一端简支一端滑动（图8）.屋盖由18榀张弦桁架组成，单榀桁架采用倒三角截面立体管桁架形式，矢高7 m，垂度5 m，总高12 m；下弦拉索采用PES7-163缆索，弹性模量1.95×1011MPa，施加预应力1 190 kN.根据工程特点及施工条件，采用单榀桁架带胎架张拉，支撑胎架与桁架之间通过千斤顶连接，支撑胎架卸载后，桁架沿轴向累积滑移技术进行钢结构安装.支撑胎架采用2.0 m×2.0 m格构式标准节，高22.0 m.立杆采用L152×6，横杆采用L75×6，斜杆采用L100×6，柱顶连梁采用I20a，如图9所示.
根据实际施工过程，首先在胎架上拼装上部刚性管桁架，然后挂索并进行张拉，利用向量式有限元可以首先将拉索的弹性模量设为零，分析上部管桁架自重作用下的受力状态，然后改变索长进行张拉模拟.由于本工程为单榀张拉施工，本文对钢结构屋盖端部的第一榀张弦桁架施工张拉过程进行模拟分析，跟踪结构位形及内力变化.
建立向量式有限元模型，管桁架使用梁单元模拟，撑杆为杆单元，考虑张拉过程实际情况，假定拉索的端部索段为原长可以改变的张拉索单元，以此模拟张拉过程，中间索段为只受拉不受压索单元.桁架下部采用双拼格构式支撑胎架，桁架与支撑胎架之间通过千斤顶单元连接.时间步长取为0.000 12 s.
图10和图11分别为上部钢桁架跨中竖向位移和支座节点水平位移时程曲线，图12和图13分别为拉索内力和千斤顶内力时程曲线.0～1.2 s为钢桁架拼装阶段，设阻尼系数为30，拟静力计算跨中位移逐渐达到静态稳定；1.2～13.2 s为预应力张拉阶段，令阻尼系数为0，进行动态分析，位移和内力逐渐增大，但在6.6 s左右时跨中位移和内力均有突变，这是由于在6.6 s时千斤顶内力变为0，由图13可知，此时钢桁架脱架.当时间为13.2～18.0 s时，令阻尼系数为30，位移和内力趋于稳定.最终得到跨中竖向位移为212.4 mm，支座节点水平位移为-77.1 mm，拉索内力为1 193.4 kN，千斤顶内力为零.
图14和图15均为采用大型通用有限元软件ANSYS程序根据目标索力进行找力之后的分析结果，跨中竖向位移和支座水平位移分别为211.0 mm和-76.6 mm.拉索索力为1 190 kN，临时支撑可以脱架.
5 结 论
1）本文基于向量式有限元的基本理论，推导了张拉索单元和千斤顶单元两种新型单元，实现了施工力学实时分析，编制了含有张拉索单元和千斤顶单元的结构计算分析程序，实现了预应力张拉过程分析.
2）编制了大跨度张弦桁架张拉施工分析程序，并针对具体工程进行了模拟，验证了理论推导和程序的有效性.但自编程序的计算效率与传统有限元相比还有待提高，可优化程度较大.
3）施工力学分析的难点在于施工过程中，结构的几何、材料和边界条件等均有可能随时间变化.相对于传统有限元分析方法来说，本文提出的分析方法从动力学方程出发，能够适应大变形、大变位等复杂非线性条件的分析，具有较强的适用性，且能够跟踪施工过程中的内力和位移变化情况，得到整个施工过程中内力和位移的动态时程曲线，监控施工过程的安全，对内力和位移较大的杆件与节点进行预警.
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关键词：土木工程大类专业；结构力学；教学内容；教学方法
中图分类号：TU311；G6420 文献标志码：A 文章编号：1005-2909(2012)04-0062-04
1998年10月教育部颁布了《普通高等学校本科专业目录》，将原土木建筑类的8个专业(建筑工程专业、交通土建工程专业、城镇建设专业(部分)、矿山建设专业、工业设备安装工程专业、涉外建筑工程专业、饭店工程专业、土木工程专业)合并为土木工程专业。土木工程学科由20世纪50年代较窄的专业模式转变为如今的“大土木”模式，现今的“大土木”范畴并不是以前土木工程相关专业的简单归并与重复，而是更高意义上的整合和扩展，文章称之为“土木工程大类专业”。同时，伴随着中国经济的快速发展与市场化程度日益深化，土木工程类企业参与国际市场的机遇与挑战并存，对土木工程大类专业人才的培养质量提出了更高的要求。土木工程大类专业人才培养一直以来存在“专”与“通”的矛盾，即专业技术应用型人才和复合型人才培养的矛盾［1］。
目前，相关教育管理部门、各高校及学者基本形成共识：土木工程大类专业人才的培养应“强基础、宽口径、多方向”。其中，“强基础”是“宽口径、多方向”的前提，国内开设土木工程大类专业的高校学制4年的总学时一般控制在2 500学时左右,公共平台课（含公共基础课、专业基础课及人文社科选修课）占教学计划总学时的80%，约2 000学时，基础课和专业基础课的学时较为充裕，能较好地满足土木工程大类专业复合型人才“强基础”的培养要求。国外土木工程大类专业特别注重力学类课程的学习，如：密歇根州立大学力学类课程为17学分，占总学分(128学分)的13%；佛罗里达大学力学类课程26学分，占总学分(131学分)的20%；威斯康星麦迪逊大学力学类课程24学分，占总学分(125学分)的19%；南加利福尼亚大学力学类课程21学分，占总学分(135学分)的16%。力学类课程在总学分中所占的比重高是“强基础”的充分体现［2］。需要强调的是：基础课根据培养目标要求,重在让学生掌握必要的基础理论。基础教学不仅应从专业教育的需要来考虑，还应着眼于学生今后的发展，为“宽专业”的培养目标打下坚实的基础。
结构力学是固体力学的一个分支，主要研究工程结构受力和传力的规律、工程结构的优化等内容。结构力学任务是：研究工程结构在外载荷作用下的应力、应变和位移等规律；分析不同形式和不同材料的工程结构，为工程设计提供分析方法和计算公式；确定工程结构承受和传递外力的能力；研究和发展新型工程结构。作为土木工程大类专业承接专业基础课和专业课的重要课程，结构力学课程历来受到各高校、教学管理部门及专业协会、学会的重视。中国土木工程学会教育工作委员会江苏分会于2011年组织举办了江苏省高校首届土木工程青年教师讲课竞赛，结构力学作为四门竞赛课程之一，江苏省大部分土木工程类院校都安排青年教师参加，是参赛人数最多的课程，充分体现了结构力学课程的重要性。随着科学的发展和技术的进步,以及力学解题方法的增加和计算机的普及,结构力学涉及的内容越来越多。同时,由于中国高校本科专业的调整、压缩,相关课程学时的减少，如何在有限的学时内把结构力学教好,以及如何合理调整教学内容、改进教学方法以适应形势的发展和现实的需要,就显得尤为重要。但目前在“大土木”背景下有关结构力学的教学探讨还不够充分，文章从结构力学的学科体系出发，从课程内容设置、教学方法几个方面探讨了“大土木”背景下结构力学课程的教学工作。
一、结构力学的学科体系
结构力学根据研究性质和对象的不同分为结构静力学，结构动力学，结构稳定理论，结构断裂、疲劳理论，杆系结构理论，薄壁结构理论和整体结构理论等。
结构静力学主要研究工程结构在静载荷作用下的弹塑性变形和应力状态以及结构优化问题，是结构力学其他分支学科的基础。结构动力学是研究工程结构在动载荷作用下的响应和性能的分支学科，由于涉及时间因素，结构动力学的研究内容一般比结构静力学复杂。结构稳定理论是研究工程结构稳定性的分支，主要研究细杆、薄板和薄壳在受压时应力小于屈服极限的情况下发生失稳(皱损或曲屈)的问题。结构断裂和疲劳理论是研究因工程结构内部裂纹在外载荷作用下扩展引起断裂破坏，或在幅值较小的交变载荷作用下引起疲劳破坏的学科。另外在对各种工程结构的理论和实验研究中，针对研究对象的维度差别还形成了杆系结构理论、薄壁结构理论和整体结构理论三类。随着科学技术的不断进展，又涌现出夹层结构和复合材料结构［3］。
结构力学是一门古老且如今发展迅速的学科，新型工程材料和新型工程结构的大量涌现为结构力学提供了新的研究内容并提出了新的要求。同时，计算机技术的发展为结构力学提供了有力的计算工具。结构力学对数学及其他学科的发展起到了很好的推动作用，如有限元法这一数学方法的出现和发展就与结构力学的研究有密切关系。
【关键词】翼片；动力学；ADAMS；FLUENT
1.引言
空投滑翔体与飞机分离一段时间后滑翔翼展开。此时滑翔体具有较高的水平运动速度和一定的竖直运动速度，翼板在展开机构和在空气动力的共同作用下迅速展开，运动到极限位置与限位固定锁紧装置发生碰撞并锁紧。该过程是一个及其复杂的过程，在设计过程中，明确翼板的展开方式，掌握翼板的动力学参数，对翼板的结构设计具有重要指导意义。
本文对包腹翼展开过程进行了动力学分析，建立了动力学模型；通过对翼板流体动力学仿真计算，得到了翼板的流体动力方程。在此基础上，应用ADAMS建立了翼板展开过程的动力学仿真模型，通过仿真计算，得到了翼板在展开过程中的运动学和动力学参数。
2.系统动力学分析
2.1 坐标系
在分析过程中，由于开翼时间比较短，忽略系统纵向速度变化，并且假设滑翔体不动，受到系统运动反方向的气流，这样该系统就简化成一个二自由度系统，建立如图1所示的直角坐标系xoy。为了更方便进行动力学分析，采用广义坐标系θ1、θ2来描述该系统，其中θ1是翼片1的弦与竖直方向的夹角，θ2为翼片2的弦与竖直方向的夹角。A、B分别为翼片1和翼片2的质心。
3.动力学仿真
在ADAMS中建立模型，如图3所示。
仿真结果可以看出，展开过程中翼片2首先开始动作，绕两翼片的连接轴旋转展开，只到两翼片限位机构发生碰撞并锁定，在此过程中翼片1保持不动，当两翼片之间锁定之后，一起绕翼片1与滑翔体之间的轴旋转展开到位。整个过程用时0.18s，两翼片所受最大流体力分别为730N和623N，翼片展开最大角速度为1336°/s。
4.结束语
本文对翼片展开全过程的系统动力学特性进行了研究，得到了翼板的流体动力特性、运动学和动力学特性，为翼片结构的强度校核提供了输入，对翼片的设计和修改提供了强有力的技术支持，也为同类机构的设计提供了快捷的研究方法。
参考文献
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关键词：土木工程；手工力学计算；数值仿真技术
作者简介：张玉（1985-），男，山东青岛人，中国石油大学（华东）储建学院，讲师；俞然刚（1966-），男，山东青岛人，中国石油大学（华东）储建学院，教授。（山东 青岛 266580）
基金项目：本文系山东省重点教学改革项目（项目编号：2012017）的研究成果。
中图分类号：G642.421 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）31-0079-03
力学分析、求解是土木工程专业的理论基础知识，在土木工程教学中的地位尤为重要。教学过程中如何让学生理解土木工程结构的力学体系，灵活运用基础理论知识分析结构的组成、受力及变形特点，并对实际复杂结构开展力学特性分析是当前学习的难点和重点问题。传统的教学方式中教师主要以板书讲解和力学试验演示为主，学生则基于相应的习题采用手工计算的方法予以求解，其弊端在于教学形式单一，教学内容枯燥，学生易产生视觉疲劳感，进而失去学习兴趣，学习效率亦降低。[1]此外，传统的教学方法虽能够讲解基本原理和计算方法，但学生很难灵活运用所学知识解决实际问题，尤其针对复杂度较高的工程结构，手工力学求解几乎不可能实现，造成理论与实践应用的脱节。随着社会信息化程度越来越高，计算机技术的应用突飞猛进，在土木工程教学体系改革中，基于数值仿真（Numerical Simulation）技术对典型土木结构的应力、应变进行分析，并采用图表、图形、动画等方式将结果直观呈现，得到了愈发普遍的应用，此方法不但激发了学生学习的兴趣，促进了教学进步，亦提供了良好的理论联系实际的平台。[2，3]数值仿真技术能节省手工计算时间，且比手工计算更为精确、简洁，具有实用性强、灵活度高、修改方便等优点，尤其针对大型结构工程，优势更为突出，进而导致手工计算愈发减少，在工程分析中的地位愈发降低。
虽然仿真计算的优点显而易见，但就土木工程力学分析过程而言，手工计算仍占有重要的意义。手工计算分析无需设备，不受环境、地点影响，且优秀的力学分析图亦可作为艺术品进行欣赏。此外，通过手工计算求解，学生可掌握各种土木工程结构的力学分析方法、受力图绘制、数学求解技能，以及开展结构工程分析的基本方法和步骤，进而夯实和加深对力学基本理论的认知程度，为解决实际工程问题奠定基础。故仿真软件不能完全替代手工力学分析，两者应有效结合、并重。实际工程设计中，设计人员初期并不能对复杂结构的力学状态进行掌控，此时需要将简单结构开展手工计算，勾画力学分析图，基于此对整体有部分掌握，进而借助相关仿真软件开展详细的数值分析。因此，对土木工程专业学生而言，手工计算和仿真软件的应用均为必备的能力，教学过程中两者相互补充、相互结合亦是授课的主要内容。
一、手工计算的特点与应用
手工计算首先应提取工程简化模型，以杆系结构为例，需采用结构力学手段进行手工分析。内力和位移作为工程结构研究的重点物理量，各种力学求解方法均以此为基础，形成了土木工程分析中常用的“力法”和“位移法”。对两种方法手工计算基本原理阐述的基础上，对实际桁架结构内力开展计算分析，由此归纳总结出一般计算步骤。
1.力法
力法比较符合人们惯常的思维方式，是求解力的方程的传统方法，策略为“先削弱后修复”，即先解除某些约束，将结构修改为静定结构，再构建力学方程来求解约束力，恢复结构的约束性态。基本方程本质上为位移方程，依靠结构变形、位移协调的几何条件列出，位移则依据基本结构内力由虚功原理得到。[4]
2.位移法
位移法是以位移为基本未知量的求解方法。长期以来，人们对位移的关注远落后于内力，已有各种结构设计规范均以强度设计为主，进而探讨内力设计；而刚度设计的计算工作量和重视程度被视为次要的。“位移法”计算策略为“先加强后修复”，即让结构所有节点完全固定，使其成为无关联的单跨超静定梁，以达到力矩和剪力的平衡，进而消除在节点处产生的不平衡力和力矩。基本方程本质上为平衡方程，依靠结构在结点处的力或力矩列出。还有一种方法是附加约束上施加外力，认为结构发生与原结构一致的节点位移。相对于“力法”，“位移法”存在两个假定：一是忽略轴力产生的轴向变形的影响，杆件变形前的直线长度与变形后的曲线长度相等；二是弯曲变形微小，并忽略剪切变形的影响，杆件变形后的曲线长度与弦线长度相等。
力法中，基本未知量数目等于结构超静定次数；位移法中，独立的结点位移，基本未知量与结构的超静定次数无关，须加入附加约束得到超静定基本体系，由此认为力法和位移法是相反互补的。从基本未知量看，力法去掉多余约束力，位移法则利用独立的结点位移；从基本体系看，力法是去掉约束，位移法是加约束；从基本方程看，力法是构建位移协调方程，位移法是构建力系平衡方程。近年来，逐步出现的分层法、D值法和反点法的计算公式都是建立在力法和位移法的基础上的。[4]以简单桁架结构为例（图1）对手工计算方法予以说明，进而归纳总结出计算步骤。
综合上述条件，得到，。归纳出手工计算一般步骤为：确定力学模型和结构未知量，绘出基本力学体系；作结构力学分析图及荷载的变形图；得到力学体系方程；解方程，将系数和自由项代入力法方程，求解未知力。
二、数值仿真技术的特点与应用
作为现阶段发展较为完整的土木工程计算方法，仿真技术是以计算机为手段，通过对实际问题建立抽象化模型，结合数值方法获取结构的内力和变形，并采用图像、图表展示相关计算结果，进而解决实际工程和物理问题。[2]土木工程教学过程中涉及到的数值计算方法包括有限单元法、有限差分法、边界元法和离散单元法等，应用较多的仿真软件包括ANSYS、ADNIA、ABAQUS、FLAC和SAP2000等。上述软件和方法的应用已普及于建筑、结构、设备、交通、水利和城市规划等各个土木工程领域，主要应用于工程设计的自动化、施工过程的力学分析和建筑物的短长期稳定性等方面。且已从单体、局部结构的仿真分析向工程整体复杂结构设计、安全仿真发展；从二维、静态的力学机制向动态、三维的实时控制发展。教学过程中仿真计算的引入，不但丰富了教学手段与内容，提高了教学效果，开拓了学生的思维，亦为学生毕业后从事实际工程工作奠定了基础。
仿真技术课程应安排在学生掌握力学基础知识、手工计算技能之后。作为当今土木工程专业学习不可缺少的重要环节，此课程不但有利于加深对传统的抽象力学知识的掌握，亦是以后研究和学习后续专业课程的重要基础。在土木工程教学中的应用实践主要体现在四个方面：结构动力学是结构力学教学的难点，仿真课程可为学生提供直观动力反应分析；材料力学主要研究杆件的强度、刚度和稳定性，而横力弯曲及变形挠度是学习的难点，仿真技术可考虑典型荷载分布因素的影响，得到杆件横力弯曲时挠度的变形图；弹塑性力学是研究各种结构或构件在弹塑性阶段的应力和位移，校核是否满足强度、刚度和稳定性要求，并寻求和改进相关计算方法；数字仿真技术可将复杂三维问题简单化，有效地处理实际工程中遇到的岩土体强度、桩同作用及混凝土静动力开裂等问题。
ABAQUS被认为是功能最强的有限元软件之一，它融结构、传热学、流体、声学、电学以及热固耦合、流固耦合、热电耦合、声固耦合于一体，可以分析复杂的固体力学、结构力学系统，特别是能够驾驭非常庞大复杂的问题和模拟高度非线性问题。[5]利用该软件对上述手工计算的简单桁架结构开展仿真分析（图1），对应力分布和最大变形量予以研究（图3、图4），计算结果与手工分析一致。虽然仿真软件种类繁多，但一般计算步骤类似：构建结构数值模型；模型材料和截面特性设置；设置装配件和计算分析步；施加荷载和边界条件；划分网格开展分析；结果后处理。
三、两者的有效结合和意义
清华大学袁驷[6]教授提出“一个基础，两座大厦”的力学教学体系改革方案，“一个基础”指经典力学理论，“两座大厦”分别指程序力学和定性分析。此方案将基于手工分析的经典力学、仿真计算的程序力学和结果的定性分析三者有机统一，相辅相成。但在当今土木工程教学改革实践过程中，手工分析和仿真计算的结合教学实践并不多见，大多数院校教学过程均仅重视手工分析，容易导致学生对力学在土木工程中的作用认识不清晰，不知道土木工程专业中力学的学习目的，亦不知如何应用力学原理解决实际工程问题；教学中单纯的数值仿真亦会引起学生对前期力学理论知识理解不够，重要知识点认识不清晰，基础薄弱，导致后续专业课程脱节；且实际数值仿真操作过程如遇到程序或参数错误，学生亦无法确定内力图是否正确，更不知道如何手工计算校核。因此，教学过程中，尤其力学理论知识授课完毕后，教师应合理调整授课方案，开展有利于提高教学效果的教学改革，并在实践中加以修改和完善。建议教学方案为基于工程实例，采用手工分析和仿真计算相融合的教学方式，由简至繁、由浅至深地讲授力学计算方法。首先提高学生对力学理论知识的理解和手工计算的熟悉程度，这是后续学习的基础，不容忽视；其次，应用仿真软件进行复杂问题的求解和实际工程的掌控。通过此种综合教学方式，完善了教学方案，实现了授课过程中教案的动态变化，让学生对整个力学求解过程和应用均有了全面的认识，进而开发了学生科学的思维，使学生对课程和今后从事的工作具有全局性的认识和理解，培养了学生用所学知识分析和解决实际问题的能力，亦为教师合理开展后续专业课程教育做准备。
综上所述，土木工程专业教学过程中手工计算和仿真技术的有效结合是激发学生学习兴趣、引导学生自我思考、让学生在有限的学时内掌握力学基本原理和利用所学理论知识解决实际工程问题的良好途径。与此同时，亦推动了教学改革，引领土木工程课程的良性发展。而且目前高校土木专业教师队伍均具有较高的学位和科研综合素质，尤其是专业课程教师基本都具有硕士、博士学位，不但拥有扎实的力学基础修养，亦对仿真软件有较多的接触与应用，为教学过程中两者有效结合提供了保证。以中国石油大学（华东）土木工程专业为例，针对专业课教育，基于青年教师的自身优势，在传统力学教育的基础上，开设了“土木工程分析软件与应用”课程，讲授了ANSYS、ABAQUS、FLAC和SAP2000等仿真软件的操作与应用，取得了良好的教学效果，亦为自主研发针对性和适用性更强的仿真软件提出了挑战。
四、结论
本文研究的手工计算和仿真技术相结合的教学方法，在土木工程专业课程中具有较多的优点和良好的可行性，故教学课程改革过程中应予以推广。且笔者认为土木工程教学改革过程中，不但要注重理论的创新和基础的牢固，亦须兼顾实践的创新与应用，采用多种手段，丰富学习方式，让学生学习基础理论的同时，亦能理解在实际工程中的应用，同时引导后续课程学习和开展相关研究。这与清华大学范钦珊[7]教授提出的课堂教学应坚持“素质教育、工程教育、创新教育”紧密结合，坚持“理论教学和实践教学计算机分析相结合”，坚持相关课程的整合形成系列化完整教学体系，坚持“课内课外结合”的教学理念相一致。
参考文献：
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[2]卢玉林，卢滔，王振宇，等.数值仿真技术在建筑力学教学中的应用[J].高等建筑教育，2012，（2）.
[3]李丽君，许英姿.CAE软件在力学教学与实践中的应用[J].实验技术与管理，2010，（10）.
[4]龙驭球，包世华.结构力学[M].北京：高等教育出版社，2007.
[5]刘展.ABAQUS6.6基础教程与实例详解[M].北京：中国水利水电出版社，2008.
关键词：ANSYS；机床主轴；结构设计
机床的主轴是控制机床运转的核心部件之一，机床主轴结构设计会影响整个机床运转的性能。机床的主轴结构一般都是空心的阶梯状主轴，使用到了两个支承或者三个支承。主轴上一般装有传动装置，通过主轴运动带动其他装置的运转。主轴前面部分装有刀具，对待加工的工件进行切削。所以，机床主轴结构的设计是机床设计的重要部分。本文以最常见的机床主轴结构为研究目标，利用ANSYS参数化设计语言为机床的主轴结构建立有限元模型，然后利用ANSYS软件对有限元模型进行分析，经过一系列计算，最终得到最优机床主轴结构[1]。
1ANSYS软件工作原理与流程
1.1ANSYS软件工作原理
机床主轴的结构设计一般是以整体质量最轻或者刚度最好为出发点，尽量将支承跨度、轴径等控制在合理范围。由于机床的主轴结构极为复杂，而且当前的工件加工要求越来越高，对于机床的性能要求也越来越高，传统的机床主轴结构受力分析方法已经无法满足当前的需求，所以急需新的受力分析方法来参与机床主轴的结构设计。
有限元分析法是目前比较先进的结构分析方法，它能从机械结构的受力、形变以及自振等方面分析出机械内部结构最佳设计方案。而最佳设计方案是指在满足一切设计基本要求的条件下，将总成本投入控制在最小。有限元分析法是使用多次迭代的算法，经过了许多次计算，所以分析得到的结果可靠程度比较高。
ANSYS软件是一种集流体、电场、磁场、声场等分析与一题的大型分析软件，其应用的领域包括航空航天、汽车交通、土木工程、生物医学、日用家电等领域，分析类型包括结构静力学分析、结构动力学分析、结构非线性分析、流体动力学分析、压电分析等等。本文对某卧式车床参数化模型进行静力学分析，建立起设计变量、状态变量以及目标函数三者联系的分析模型，以设计变量为自变量，状态变量控制设计变量数值，目标函数值为因变量。通过调节状态变量，不断调节自变量的大小，通过迭代计算得到目标函数值，当目标函数值最小时，设计变量值达到最优[2]。
1.2ANSYS软件工作流程
（1）建立参数化模型：要对主轴结构进行分析，首先必须要建立一个参数化模型。利用ANSYS参数化设计语言以设计变量为参数建立参数化模型；
（2）对参数化模型分析求解；
（3）将参数化模型的分析结果反馈给状态变量及目标函数；
（4）通过控制状态变量，调节设计变量的数值，获得新的分析结果，然后拿新的分析结果与上次分析结果相比较，确认本次目标函数是否收敛，如果收敛，说明目标函数数值已经达到最佳设计数值；如果没有收敛，则按照前面步骤进行循环，直到目标函数收敛为止。
2机床主轴结构设计
2.1建立参数化模型
在机床主轴结构设计时，重点关注的因素有两个：一个是主轴自身重量，还有一个就是主轴伸出段的挠度。对于主轴自身重量，可以将主轴自身重量的最小值作为目标函数求解的最终目标，对此，可以先选好主轴的材料，确定好主轴材料的密度，只需要将主轴的体积作为目标函数，就可以求解得到主轴的重量。设计变量为主轴的外径D、支承跨度L、齿轮到前支承的距离X、以及孔径a，建立参数化模型。
2.2ANSYS软件静力学分析
在参数化模型构建好以后，利用ANSYS软件对其进行静力学分析。首先给主轴前面部分的节点上施加大小为10000N的压力，传动装置对主轴的压力为2000N，然后对模型的状态条件实施控制，进行结构的分析，最终得到主轴静力学分析示意图，如图1所示。
从图中可以看出主轴前面部分的水平位移为0.0635mm，主轴的静刚度经过计算，约为157N/um[3]。
2.3多次迭代获得最佳结构设计参数
对分析结果进行多次迭代计算，最终得到最佳结构设计参数：主轴前部分的水平位移距离为0.05mm，刚度值为197N/um，主轴体积为0.002m3，支承距离为92mm，主轴最大应力为16MP，悬伸长度为90mm，支承跨度为300mm。
结束语
将ANSYS软件系统应用于机床主轴结构的设计，可以使得机床主轴结构的参数大大优化，结构设计更加合理。通过建立参数化模型，对参数化模型进行分析，再用多次迭代计算，获得最优目标函数，节约了机床主轴设计材料，降低了机床主轴设计成本。
参考文献：
[1]王红兵，敖瑞金，黄汉琨.基于ANSYS的CKS6125数控机床主轴的模态分析[J].机械研究与应用，2011，24（05）：30-31+34.
【关键词】肝纤维化;门脾静脉;多普勒超声
【中图分类号】R445.1 【文献标识码】B 【文章编号】1006-1959(2009)08-0211-02
近年来,超声作为肝病无创性诊断方法发展较为迅速。多普勒超声为定量化评价肝脏血流变化提供了无创简便的方法,而肝脏血流动力学改变可从一个侧面反映肝纤维化的变化。本研究采用彩色多普勒超声,检测88例慢性病毒性肝炎患者的血流动力学变化,并与肝纤维化分期进行相关性分析,现将结果报道如下。
1 资料与方法
1.1 研究对象:
88例慢性肝炎患者,男62例,女22例,年龄16~59岁,年龄中位数35岁。采用2000年中华医学会传染与寄生虫病学分会、肝病学分会联合修订的诊断标准[1]。肝穿刺活体组织检查结果按纤维化程度分期,S0 16例,S1 19例,S2 17例,S3 20例,S4 16例。排除合并腹水、门脉内栓块、肝占位及心肺疾患者。
1.2 仪器方法:
采用BIOSOUD AU4型彩色双功能多普勒超声诊断仪,3.5~5.0凸阵电子扫描探头。患者于肝穿刺后12~24h并空腹8h接受超声检查。受检者取平卧位。先在二维超声模式下测量门、脾静脉管径,然后用彩色多普勒超声检测门、脾静脉血流参数。门静脉测量部位于右肋下斜切,选起始部至肝门部中点测量;脾静脉检测部位为距脾门约0.5~1cm 处。于平静呼吸末采集血流信号样本,取样容积大小接近管腔内径,声束与血管夹角
1.3 统计学分析:采用SPSS13.0进行统计分析,各测量数据采用均数±标准差表示,组间比较采用单因素方差分析,两两q检验。P
2结果
2.1 不同纤维化分期患者门静脉血流参数比较:
单因素方差分析表明,门静脉主干内径、门静脉主干血流最大速度、门静脉主干血流平均速度、门静脉淤血指数在肝纤维化分期组间差异有统计学意义(P0.05)。进一步两两q检验,门静脉主干内径和淤血指数随肝纤维化程度的加重而增加。淤血指数在S1与S2组间比较差异有统计学意义(P
2.2 不同纤维化分期患者脾静脉血流参数比较:
单因素方差分析表明,脾静脉内径在肝纤维化分期组间差异有统计学意义(P0.05)。见表2。
3 讨论
肝组织纤维化发展到肝硬化失代偿期时,常伴有门脉高压和脾功能亢进,其表现为食管、胃底静脉曲张、周围血细胞计数下降、腹水等,临床容易诊断。但是对于临床诊断为慢性肝炎并未达到典型肝硬化的病人,门静脉压力和脾功能亢进的程度不太清楚[2]。多普勒超声作为一种非创伤性检查手段,在评价肝纤维化程度及门、脾静脉高压血流动力学情况、估计病情及预后等方面有重要价值[3]。
研究显示,在慢性乙型肝炎的不同阶段,由于不同的肝纤维化程度,门静脉和脾静脉的血流动力学指标差异甚大,且肝、门及脾静脉血流动力学变化亦不一致[4]。随慢性肝炎的病情进展,肝脏纤维组织增生, 出现窦周间隙纤维化及肝窦毛细血管化,同时肝细胞的变性坏死、炎症细胞浸润等使得门静脉阻力逐渐增加,血管直径和面积逐渐增大,门静脉变化大于脾静脉变化。随慢性肝炎纤维化进展,门静脉阻力和侧支循环的增加,门静脉血流速度逐渐变缓,并可出现双向血流。门静脉血流量由于是血流平均速度与门静脉管腔截面积的乘积,故无明显变化。本研究还发现,脾静脉内径在不同纤维化程度之间比较差异均有统计学意义, 而且与肝组织纤维化程度呈显著正相关。随着肝纤维化程度的加重,肝小叶结构紊乱,门脉高压所引起的脾脏形态及血流动力学改变,血液回流受阻,从而导致脾肿大,脾静脉内径增宽。而脾循环血流动力学指标受到多方面的影响因素如神经体液调节因素的影响,其变化缺乏规律性,与肝纤维化程度之间缺乏显著的相关关系,故对肝纤维化程度尚不能敏感地判断。
综上所述,利用彩色多普勒超声监测慢性肝炎患者的肝脏血流变化,便于临床对慢性肝炎肝纤维化进行无创的诊断、程度判断和疗效评价,具有一定的临床应用价值。但血流动力学改变在肝纤维化分期组间有重叠现象,个别数据明显偏离预期,提示多普勒超声在肝纤维化评估中的价值仍有待探讨。
参考文献
[1] 中华医学会传染病与寄生虫病学分会、肝病学分会. 病毒性肝炎防治方案[J].中华肝脏病杂志,2000,8:324-329
[2] 郑宏.门静脉主干、脾静脉直径、脾脏大小以及周围血细胞计数与肝组织纤维化的关系[J].齐齐哈尔医学院学报,2003,24(5): 486-487
[3] Zheng RQ, Wang QH, Xie SB, et al. Liver fibrosis in chronic viral hepatitis: An ultrosonographic study [J]. World J Gastroenterol, 2003, 9(11):2482-2489
【关键词】 跟骨; 有限元分析; 建模; 生物力学
跟骨是人体中最大的跗骨 ， 对行走及负重有重要的作用。跟骨形态复杂 ， 呈不规则长方体 ， 上面有三个关节面 ， 分别为跟距前、中、后关节 ， 跟骨后关节面最长 ，长轴呈凸弧形斜向前下方 ， 组成跟距关节的大部分。以后关节面为界分为三部分 ， 后关节面以前为前部 ， 以后为后部 ，前窄后宽。在负重情况下 ， 足的距骨、跟骨必须正确排列 ，有足够的力量和高度来承受负荷跟骨骨折是临床常见骨折。跟骨骨折由于本身复杂的解剖特点复杂，现有方法对跟骨尤其是跟距关节面的生物力学分析有一定的难度[1，2]。本研究旨在通过Mimics建立高度仿真的跟骨模型，并且导入ANSYS中进行静压力分析，对跟距关节面的应力分布做简要分析。并通过此方法的建立，为研究跟骨骨折的生物力学研究建立初步方法。
1 资料与方法
1.1 研究对象
被测试对象:健康男性 1 名，身高170cm，体重60kg ，年龄30 岁。采用襄樊市中心 医院西门子螺旋CT对其进行足部扫描。
1.2 方法
用Simens多排螺旋CT对受试者的足部进行扫描，受试者呈仰卧位，从胫骨中段至足底进行连续螺旋扫描，将影像输入到 Mimics 10 11 软件(Materialise公司，比利时) 。
CT断层扫描图片以dicm格式导出，以Mimics软件(比利时)导入，形成三维图像，并且通过对感兴趣的部位(本文为跟骨)单独形成三维图像，再导出为lis格式，并且做smooth和mesh处理。然后将此文件导入ANSYS10.0(美国)，并以此面模型建立体模型。在跟距关节面上根据解剖关系划出软骨关节面范围，设定跟骨的四面关键点为不可位移的关键点，再在软骨面上施加正常成人体重的1/2约343N，得出应力云图及各个方向的形变[3]。
2 结果
2.1 Mimics软件可以顺利的将整个足的CT断层扫描数据 转化为3D模型，然后选取研究感兴趣的部分如跟骨单独成像。比传统CT图像胜在更直观，并去除了解剖结构的限制，可以从任意角度观察跟临床感兴趣的部位(图1)。
2.2 将跟骨单独形成三维图像后再导出为lis格式，并且做smooth和mesh处理，然后将此文件导入ANSYS10.0可以建立能够进行有限元分析的网络模型(图2)。
2.3 设定跟骨的力学特性密度泊松值和杨氏模量。选定跟骨底部四个点为约束点，跟距关节面上根据解剖关系划出软骨关节面范围后施加343N静压力，时间为1s(图3)。
2.4 求解可以得出在压力作用下跟骨模型的应力云图和各向形变。
根据设定条件， ANSYS提示跟骨之跟距关节面受压力后 跟骨内部的应力变化， 关节面部分为桔黄色代表应力较大，其中中中央部分为红色代表应力最大为7.17M Pa， 跟骨体部为绿色代表较大代表应力较小(图4)。
形变分析图示在跟距关节中央为红色提示形变最大为0.342mm，向外周延伸形变逐渐减小。这与临床跟骨骨折的常见表现类似。当应力超过跟骨本身的材料屈服标准时，跟骨就会发生不可逆的形变也就是骨折(图5)。
转贴于 3 结论
① Mimics可以方便的个体化建立准确有效的跟骨模型
② ANSYS可以在方便快捷准确的分析跟骨跟距关节的的各种力学特性，比如静力分析。比较复杂的比如接触分析，在建立肌腱软骨的正常模型的基础还可以进行运动分析。
③ 静力分析表明跟距关节在正常静压力下，跟距关节的压力峰值集中在跟距关节中心，形变也与压力相应分布在附近。这和临床实践所见是相符合的。
4 讨论
有限元分析软件已经由过去对生物体材料几何结构的简单模拟和近似计算，发展到能对人体各组成部分复杂的非均质性结构进行真实模拟和精密分析，成为现代人体生物力学研究的一种重要工具，尤其是应用在口腔颌面外科和骨科方面。有限元分析的基础是模型的建立和网格的划分。过去缺乏建模工具，往往采取直接更具结构的几何外形建立节点和单元而得到有限元，模型，一般只适合简单的结构系统，无法完全反映正确的人体骨性结构。应用CT或MRI的计算机三维影像重建虽然可以直观地反映人体结构，为临床提供部分诊断信息，但无法以此直接进行生物力学分析。MIMICS是一套高度整合而且易用的3D图像生成及编辑处理软件，它能输入各种扫描的数据(CT、MRI)，建立3D模型进行编辑，然后输出通用的CAD(计算机辅助设计)、FEA(有限元分析)，RP(快速成型)格式，可以在PC机上进行大规模数据的转换处理。本研究主要使用的是MIMICS FEA模块，MIMICS FEA模块可以将扫描输入的数据进行快速处理，输出相应的文件格式，用于FEA(有限元分析)及CFD(计算机模拟流体动力学)，用户可用扫描数据建立3D模型，然后对表面进行网格划分以应用在FEA分析中。FEA模块中的网格重新划分功能对FEA的输入数据进行最大限度的优化，基于扫描数据的亨氏单位，可以对体网格进行材质分配[4，5]。本研究成功地建立了以正常人体跟骨螺旋 CT扫描影像为几何依据的有限元模型。以往建立的医学有限元模型由于软件功能单一、 网格划分算法少、 人体组织结构形状不规则等原因，需要进行适当的简化和假设，在精度方面有一定的缺陷，而且模型创建过程环节多、 成本高、 周期长，进一步限制了其应用。此方法具有便捷、 高效、 准确、高度自动化的优势。通过初步建立的跟骨模型，分析了简单的静力分析，得出的结论和临床实践相符，证明Mimics和ANSYS结合是骨科生物力学分析的有利工具。另外，如建立肌腱软骨的正常模型，就可以方便的在ANSYS中实现对跟距关节面的动态分析，还可以利用Mimics中的CAD模块插入内固定物，实现内固定物对骨折的固定效果的力学分析，具有广泛的用途。
参考文献
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1热经济学的发展历程概述
热经济学起源与20世纪50年代末期，创始人为美国的Tribes。他在其指导的博士论文能量系统的火用分析中，第一次将经济因素引入到了火用分析之中，并首次提出了通过系统逐个寻优达到全局最优的目的。到20世纪60年代中期，热经济学初步有了完善的体系，并被学术界命名为thermo-economics。
Tribes的学生Revamps还发表了热经济学孤立化原理的数学论证。随后，美国的另一学派代表人物R.Gaggioli，他以代数为主要数学计算模式，进而发展了代数模式的热经济学。德国的Beyer，结构系数模式经济学发展为符号经济学，也称知阵模式热经济学(因为西方国家习惯称知阵为符号)，知阵模式代表了热经济学的成熟阶段。
到了1995年，王加漩等科学工作者开始在我国推行国际上各种流派的火用经济学的先进理论。部分学者根据我国的具体国情对其研究应用，并且已经取得了一定的成就，逐渐形成了各自的流派。
2热经济学的原理与优势
目前存在的能量评价方法包括以热力学第一定律为基础的能量分析法。这种分析法虽然操作简单，且已经被广泛应用，但评价值侧重于量而没有评价质。另一种是以热力学第一定律和第二定律和火用平衡理论为框架的火用分析法。这种方法在对能量系统进行综合分析优化的时候，得出的结果往往无法顾及经济因素。目前最为科学全面的分析是法是本文研究的将热力学分析与经济因素综合分析的热经济学分析法也称火用经济学分析法。这种方法结合了工程经济学、系统工程、最优化技术以及决策理论等基本思想，兼顾能量使用的量与质，并将系统的火用流价格数据化，能够评估兼顾能量使用效率与经济价值的综合结果，这种分析法在复杂的工程分析、诊断、优化、改进中，都有重大作用，技术优势非常明显。
热经济学的分析能够全面辅助系统的优化，它的基本原理是在进行系统优化时，确定考虑的变量及变量之间的关系，然后选择约束条件和决策变量，最后用数学手段描述出目标函数与约束方程，进行求解。求解答案能够对项目设计提供重要参考资料，包括对可行方案的选择、对改进措施的评价、对成本的真实计算以及单元系统的维护与更替。
3热经济学的应用
热经济学是分析现代工程系统中一切与能力相关的系统的热力学方法，一般来说，从原则上区分，可以分为两大类方法，一是在卡诺和克劳修斯研究框架中，利用系统能平衡概念分析的系统各项技术、经济指标的完善程度，通过把被研究系统与卡诺循环理想循环系统进行对比，从它们之间的接近的程度判定系统的完善程度。
二是以吉布斯理论为框架，采取热力学势概念的分析方法，分析系统中能量转换过程，以热力学势为分析重点，进而分析各种形式之下功的数值。从这一原理出发，我们可以评估被分析系统任意一点上的物流与能流所做功的性能。这一点能够无视系统的机构复杂程度而直接对系统性能进行评估，所以，我们可以充分利用这一方法的特点，分析得到需要的全部信息。这种方法，首先在化学热力学领域被广泛应用，而其他领域一般仍沿用第一类方法。
在我国热经济学分析法被引入到热力系统，我国学者首先主要通过概念模型来分析热力系统，并实际通过绘制结构图对实际操作进行了指导，热经济学理论并且被用于分析复杂的能量体系，模拟故障诊断，并用于计算成本。
在系统的优化方面，热经济学被用于对系统进行分析，分析的内容包括燃料、产品流的成本，和最红产品的形成过程，在此过程中，通过计算编辑火用成本的变化能够建立能量损耗分析模型，实现了在线诊断系统性能的目标，随后热经济学概念引入到火电机组，建立了加热器故障诊断指标的通用数学模型，实现了加热器故障诊断的可能性。还有学者通过研究火用流的计价和费用分配问题，对把输入的火用流进行拆分，提出了基于能级相近最大化相供的火用流计价策略，并将此原理应用于热电联产热力系统之中。
生态系统的求解问题通常会遇到非线性问题和含义的稳定问题，对这类问题进行求解，必须使用微分几何与张量代数、步骤较为繁琐，且这些方法难度较大。再忽略精度细微误差的前提之下，我们可以使用网络热力学方法去求解，网络热力学分析法是近年来发展并逐渐成熟的计算方法，虽然目前仍有待完善，但是前景光明。
关键词：管柱受力 直梁 材料 钻井
一、管柱受力基本情况介绍
管柱受力在以往的设计井下作业管柱时，仅仅是凭借实践经验和主观判断，因而缺少科学的理论计算依据。实际的井眼轴线并不是理想的直线，而是一条任意率的空问螺旋线，特别是在定向井和水平井中尤为突出，致使管柱和井壁产生接触。因管柱外表面和井壁(套管内壁)之间有一定的初始间隙，因此井下管柱和井壁的接触问题是一种随机接触的非线性力学问题，其计算方法具有一定难度和复杂性，用一般的材料力学和结构力学力法是不能解决这类问题的，因此开展了试油测试射孔管柱受力及强度分析研究。
二、管柱受力分析的理论
1.理论模型的建立
1.1模型的建立
根据井眼轴线形态和管柱组合结构，先用一般有限元法把管柱沿轴线离散为若干个空间直梁单元，然后在管柱的每个直梁单元的节点处设置一个间隙元。总体坐标系是固定在井口上的笛卡尔坐标系，在管柱力学分析时，选取整体管柱串作为研究对象。
管柱串的外载荷也比较复杂，除管柱自重外，还有管柱内外表面分布的液体压力。管柱外压力不仅引起管柱环向压缩变形，而且引起管柱的轴向伸长变形。管柱内压力不仅引起管柱环向鼓胀变形，而目引起管柱轴向缩短变形。另外，射孔弹的爆炸压力施加的外压力都比较大，将使管柱产生较大的轴向内力和变形。
1.2边界条件
管柱下两端和圆形井壁，对管柱构成一定的约束作用。这种约束作用可以用边界条件来描述：
井壁作为管柱变形的自由移动边界部分，将由空问静力多向接触摩擦间隙元转化为接触摩界条件，接触摩擦状态将由整个管柱的受力变形和平衡状态来确定，接触点处仃接触反力和摩擦力作用。管柱下端简化成自由端，液体压力在管柱下端将产：生活塞力作用。管柱的下放工况或封隔器不坐封工况，管柱上端(井口)简化为固定端边界条件，如果封隔器坐封时，最先坐封的封隔器简化为固定端边界条件。管枉上端简化为横向不可动，但轴向是可动的铰支端。管柱串各段交界处上
下截面积改变时，液体压力会在管柱变截而处产生轴向集中拉压力作用，管柱内外表面有分布的液体压力作用。射孔弹的爆炸压力施加的外压力作为已知力的边界条件，作用在相应管柱段的内外表面上。
1.3基本的假设
由于在各种载荷作用下，管柱在井眼内将发生拉伸、压缩、弯扭组合变形。同时，管柱将与井壁发生多向随机接触，其接触状况将通过管柱上的空问静力多向接触磨擦问隙元来描述。在管柱静力分析模型中，采用了以下的基本假设：
管柱是弹性变形体，变形前管拄轴线与井眼轴线是重合的，管柱外表而与井壁之问有一定的初始间隙存在，变形后管柱与井壁之间可能在圆周0~360。的某一方向上发生接触。其接触变形属于弹性变形范围，接触位置随机分布，接触处有接触反力和摩擦阻力作用；井眼轴线为一条任意曲率的空间螺旋线，其形状由井深、井斜角和方位角数据确定；井眼内壁是刚性的，井眼及管柱横截面是圆形和圆环形的。井眼直径随井深可以分段任意变化，但每一段井眼直径是不变的；管柱的结构和尺寸可以任意变化，但每一段管柱必须等截而。
2.理论模型的运行方法
建立管柱与井壁之间的间隙元模型。间隙元是接触单元的一种，是一种人为的假想单死，它的内边界与管柱的外表面重合，外边界与井壁重合，其中间部分是在管柱与井壁之间的环形圆盘，通过间隙元使管梓与井壁联接起来。
2.1空间直梁单元的平衡方程
2.1.1直梁单元的节点位移和节点力向量及转换矩阵
2.1.2空问直梁单元刚度矩阵，管柱离散后的每个空间直梁单元都具有抗拉压、抗弯曲抗扭转刚度。
2.2管柱多向接触摩擦间隙元
对管柱进行静力有限元分析时，间隙元被设置在管柱上梁单元的节点上，每个节点都要设置一个间隙元。管柱与井壁的接触是一个几何非线性问题，而且接触点的位置是随机的。根据摩擦定律和接触反力直接求得，作为节点力直接加在方程右端节点力向量之中。间隙元的接触状态判别条件及其定解条件。
2.3总体平衡方程的求解
所有单元的平衡方程经过坐标转换过程和一系列“对号入座”拼装过程，出整个管柱接触系统的总体平衡方程式:由于引入了间隙元，上式中总体刚度矩阵[K]已是非奇异矩阵，可对其进行求解。但是，由总体平衡方程式求得的解一定要同时满足接触判别条件和定解方程。为了提高迭代计算的收敛速度，采用修正的Newton—Raphs011迭代法，交替修正间隙元刚度和节点力，这种迭代法适用于解决管柱这类有初始间隙的接触非线性问题，大大提高了收敛速度，节省了迭代运算时间。
三、科学利用管柱力学分析软件
根据测试身寸孔管柱静力分析模型，利用接触问隙元理论，开发了测试射孔管柱力学分析软件系统。
1.软件结构
该软件系统包括三大部分：测试管柱部分、射孔管柱部分和压裂管柱部分。软件系统每部分均由前处理器、主程序和后处理器三部分组成。前处理器负责井眼轨迹的拟合、管柱单元的自动划分以及其力学性质的描述和将数据转换成主程序所需的数据格式等。它包括三个输入数据文件：一是井眼形状数据；二是管柱结构数据；三是工艺参数数据。主程序是该软件系统的核心，负责对系统进行有限元分析。它是根据测试、射孔和压裂管柱力学模型和间隙元理论方法编制的管柱力学分析程序，是非线性接触力学分析程序，需要经过多次迭代计算，最后得到合理的接触状态和接触摩擦力及变形状态。后处理器负责内力计算、结果输出和图形显示等。
2.软件特点和功能
计算出管柱任一位置与井壁的接触状态、接触反力以及相应的摩擦阻力和接触方位。计算出管柱在任一井深处的轴向位移，能有效地分析管柱的轴向伸缩变形。计算出管柱在任一井深处截面的内力。能对管柱受力变形进行评估和预测，给出管柱变形状态的变化曲线，配有图形显示，使用户直观形象地了解管柱在井下的工作状态。采川中文提示，具有良好的人机界面，方便用户操作。软件系统数据文件调用和修改。
1基于工程教育专业认证标准下课程体系改革发展概况
工程教育认证标准一般由八个指标构成，分别是学生、专业教育目标、学生成果、持续改进、课程体系、师资力量、教学设施、学校支持等。其中工程教育专业认证中的课程设置，为了能支持毕业要求的达成，课程体系设计有企业或行业专家参与。我国各高校在启动工程教育专业认证工作过程中，发现课程体系设置是否科学、合理、会规直接影响到毕业生的工程实践能力与创新能力，进而影响专业培养目标、毕业要求的可达性。因此各高校针对工程教育专业认证标准和要求，提出了各个专业课程体系改革的思路、做法和经验。西北工业大学的张清江等通过调研我国工程教育与专业认证发展历程，对我国航空航天专业与其他已获得资格专业进行对比分析。并结合国际航空航天质量体系认证中的要求，从航空航天工程教育专业认证的必要性、专业特点、航空航天工程教育现状等角度出发进行研究。结合现代中国工程教育存在的普遍问题，提出针对航空航天类专业认证的新方式、新方法，并对航空航天工程教育专业认证需要注意的特性进行讨论。辽宁石油化工大学马会强等依据工程教育专业认证标准，以辽宁石油化工大学环境工程专业为例，通过明确培养目标，解析培养要求，从课程设置、实践环节、毕业设计等方面进行了课程体系改革探索。广东石油化工学院任红卫等分析了我国工程教育的现状，并探讨了在工程教育专业背景下电气专业的教学改革方法，从而提高学生的工程实践能力。浙江工业大学姜理英等人基于对工程教育专业论证的国际比较，结合环境工程教育专业认证的必要性，从培养计划的调整、课程体系的优化、实践教学的强化和师资队伍的提升四个方面，综合系统地提出了对环境工程专业教学内容进行全面优化和提升的路径。张秋根等人根据环境工程专业规范和认证标准要求，以南昌航空大学环境工程专业为例，对其核心课程体系设置和教学内容两方面进行了优化与规范的探讨。为了重视国际认证的引领作用，加强专业办学品牌建设，突出南京航空航天大学能动专业的航空航天办学特色，紧跟国内能动专业人才需要，提升其人才培养质量与专业竞争力，从而拓宽自身生存发展空间，因此需要开展基于工程教育专业认证的能动专业课程体系改革。
2基于工程教育专业认证标准下南航能动专业课程体系优化
通过对国内外本科院校工程教育专业认证的分析与研究，利用对中国近几年的专业认证与评估成果的调查与研究，对其进行梳理，依据工程教育专业认证中课程设置要求，依据南京航空航天大学能源与动力学院能动专业建设相关内容与特色，以培养具有航空航天特色的工程教育专业人才为目标，对南京航空航天大学能动专业课程体系进行优化。以培养要求为基准，着手对课程体系进行优化，并对本科培养大纲进行相应的修订，从而实现培养目标。确定能源与动力专业学生在校期间应修总学分数不能少于180学分。
2.1数学与自然科学类课程能源与动力专业数学与自然科学类课程是指该专业学生必须掌握的基础课程，主要包括高等数学（11学分）、大学物理（6.5学分）、大学英语模块（10学分）、C++语言程序设计（3学分）等方面共六门课程，总共30.5个学分。因此能源与动力专业数学与自然科学类课程占总学分的比例约为17％，达到了工程教育专业认证标准中至少占总学分的15%的要求。
2.2工程基础类课程、专业基础类课程与专业类课程工程基础类课程和专业基础类课程主要体现数学和自然科学在该专业应用能力培养，而专业类课程主要体现系统设计和实现能力的培养。其中工程基础类课程主要包括电子电工技术（5学分）、理论力学（3学分）、材料力学（3学分）、工程图学（4.5学分）以及机械设计基础（3学分）等课程，总共为18.5个学分；专业基础类课程主要包括工程流体力学（3学分）、工程热力学（3学分）、传热学（3学分）和化学反应动力学基础（2学分）等课程，总共为11个学分。因此工程基础类课程和专业基础类课程必须要修满至少29.5个学分。对于专业类课程，由于能源与动力专业具体有两个培养方向:方向一为热能动力方向，主要陪养就业方向为航空发动机、地面燃气轮机等相关单位；方向二为能源利用方向，主要培养的就业方向为电厂、新能源以及制冷等相关单位。因此其专业类课程既有相同的专业课程，也有自身特色的课程。其中燃烧原理（2.5学分）、燃气轮机原理与构造（3学分）、热能综合利用（2学分）、热交换器原理与设计（2.5学分）以及热工测量原理与方法（2学分）等，总共12个学分，这些课程为能源与动力专业两个培养方向都必须学习的专业类课程。另外每个培养方向又有其特定的专业类课程必须选修，其中热能动力方向专业类课程包括叶轮机原理（2.5学分）、燃气轮机控制原理及应用（2学分）、燃烧技术与分析（2学分）、内燃机原理与构造（2学分）、工程传质与应用（2学分）等共9门课程；能源利用方向专业类课程包括泵与风机（2学分）、供热工程（2学分）、锅炉原理（2学分）、制冷原理与技术（2学分）、可再生能源利用技术（2学分）以及热力发电技术概论（2学分）等共10门课程。无论学生学习哪个方向，共同学习的专业类课程与特定选修的专业课程之和必须要修满至少28个学分。因此,工程基础类课程、专业基础类课程与专业类课程必须要修满的学分数为：29.5＋28＝57.5学分，因此该类课程学分占总学分的比例约为32％，达到了工程教育专业认证标准中至少占总学分的30%的要求。
2.3工程实践与毕业设计能源与动力专业设计完善的实践教学体系，主要包括以下几个方面：(1)军事训练，培养学生的吃苦耐力与过硬的身体素质；(2)各种课程的课程设计，如:机械设计基础课程设计、电工与电子技术课程设计、C++语言课程设计等，主要培养学生对各门基础课、专业基础课的实际应用能力；(3)工程训练，主要包括机械加工方面的车、磨、铣、刨、铸造以及焊接等金工实习，锻炼学生的动手能力；(4)下厂实习，大三暑假期间，在指导老师带领下去中航工业集团下属的企业或电厂进行为期一个月的下厂实习，锻炼学生把理论知识应用于工程实际中的能力；(5)毕业设计，指导老师开设的毕业设计题目一般都来源于实际工程问题，学生在老师的指导下，在大四下半年开展为期半年的本科毕业实际，培养学生的工程意识、协作精神以及综合应用所学知识解决实际问题的能力。能源与动力专业要求学生在实践能力与毕业设计方面修读的总学分不低于42.5，占总学分的23.6％，达到了工程教育专业认证标准中至少占总学分的20%的要求。
2.4人文社会科学类通识教育课程能源与动力专业在人文社会科学类通适教育课程方面主要包括以下几个模块：(1)通适基础教育平台，主要包括形式政策教育、思想道德修养与法律基础、安全教育、大学生心理健康教育等课程，共19.5个学分；(2)国防军事模块，包括航空航天概论、军事高技术概论等，至少修满1.5个学分；(3)文化素质模块，主要包括文化历史、艺术鉴赏、科技基础、哲学社会等课程，至少要修满6个学分；(4)创新创业类模块，主要包括大学生职业生涯发展与规划、创业基础以及经济管理等课程，共5.5个学分。人文社会科学类通识教育课程总共需修满32.5个学分，占总学分的18％，达到了工程教育专业认证标准中至少占总学分的15%的要求，使学生在从事工程设计时能够考虑经济、环境、法律、伦理等各种制约因素。
2.5航空航天特色类课程的设置为了突出南京航空航天大学能源与动力专业的航空航天特色，在开设的课程中，如国防军事模块、专业类课程以及工程实践与毕业设计中，课程教学内容包含浓郁的航空航天特色，由于指导老师所从事的科研项目都是来自于国防工业集团，具有丰富的研究经验，因此在专业基础课和专业课的讲课过程中，所列举的实例都是以航空航天为背景的工程问题，特别是毕业设计和下厂实习，因此在能源与动力专业课程优化过程中，充分突出了南京航空航天大学的航空航天特色。
2.6注重科技创新能力培养学生创新素质的培养直观重要的是培养学生的创新意识，因此积极创造条件让学生能够在大学期间积极的参与科技创新活动。主要包括：(1)鼓励学生积极参加各种科技类竞赛，如:流体力学大赛、节能减排大赛、开设卓越班等，并且科技竞赛获得奖励的同学在保研方面给予政策上的倾斜；(2)安排学生参与教师的科学研究工作，让学生在参与科研过程中更好的掌握好该专业的理论知识，加强学生的动手能力，拓展学生的科研视野。
2.7学习进程大学生本科期间的各门课程是相互衔接的，因此需要考虑课程之间的匹配与衔接，如图1所示。学习进程主要分成了三部分:一是基础课程，包括高等数学、大学物理、计算机等;二是学科基础，包括结构和流体力学、热学和电学方面的课程;三是专业课程，主要包括了热能动力和能源综合利用两个方向的相关课程。整个课程体系分为三条线:第一是流体和热学相关的课程，如流体力学、工程热力学、传热学、燃烧学等；第二是结构力学方面，包括理论力学、材料力学等;第三是计算机语言方面的课程。因此在安排各门课程的学期上需要考虑上述课程衔接问题，从而最终制定出合理的能源与动力工程专业教学计划表。
3结论
关键词：电动汽车；悬架；下摆臂；轻量化
中图分类号：U463 文献标志码：A 文章编号：1005-2550（2013）01-01-04
随着全球能源危机的不断扩大，石油资源的日趋枯竭以及大气污染、全球气温上升的危害加剧，各国政府及汽车企业普遍认识到节能和减排是未来汽车技术发展的主攻方向，发展电动汽车将是解决这两个技术难点的最佳途径［1］。资料表明，每减轻45 kg汽车自身质量，1 L汽油能增加6 km的行程［2］。在电动汽车的开发过程中，轻量化已成为一种势在必行的趋势。
文中依托国家863重大项目，对所设计的某款电动轿车前悬架进行轻量化分析，相关文献对电动轿车悬架进行了运动学分析［3］。在汽车轻量化研究中，轻金属铝的作用越来越明显［4，5］。文中采用铝材料对电动车悬架下摆臂进行轻量化。在保证下摆臂静动态性能的前提下，有效地降低了下摆臂的重量。
1 麦弗逊悬架动力学分析
所设计的电动轿车为前置前驱布置，其前悬架为麦弗逊式独立悬架。该悬架主要由螺旋弹簧、减振器、下摆臂和转向节总成等组成。其中，下摆臂在车辆行驶过程中受力较为复杂。如行车紧急制动工况，下摆臂受到冲击载荷的作用，此时下摆臂受到最大的纵向力；在坑洼路段行驶，下摆臂受到最大的侧向力。对下摆臂进行强度分析非常必要。
利用ADAMS/CAR建立麦弗逊式前悬架运动学模型（见图1），所用到的硬点位置坐标由厂家提供。对悬架进行动力学分析，提取右侧悬架下摆臂的前、后支点及球铰处X、Y、Z三个方向的受力情况，其载荷情况见表1。
2 下摆臂有限元模型的建立
2.1 网格划分
将下摆臂的UG模型转化成STP格式导入hyperworks软件中，下摆臂由上下两块板组成。采用四边形壳单元对下摆臂进行网格划分。最终下摆臂有限元模型的节点数为29 657，网格单元数为28 842。其中三角形单元数87，占总网格单元数的0.3%，满足网格划分要求［6］。本文忽略衬套和球铰的影响，在摆臂上下支点及球铰处采用REB2单元连接，便于对有限元模型施加载荷。生成的有限元模型如图2所示。
2.2 基于惯性释放的下摆臂静力学分析
惯性释放法是求解在平衡外力作用下（如行驶中的汽车，把惯性力考虑进去后外力是平衡的）但无约束或约束不足的结构静力或动力响应问题的一种处理方法，它可以避免不合理的人为约束［7］。采用惯性释放功能进行静力分析时，只需要对一个节点进行6个自由度的约束（虚支座）。针对该支座，程序首先计算在外力作用下每个节点在每个方向上的加速度，然后将加速度转化为惯性力反向施加到每个节点上，由此构造一个平衡的力系（支座反力等于零）。求解得到的位移描述所有节点相对于该支座的相对运动［8］。
由于设计载荷计算方法的限制和数值计算的累计误差等原因，要得到一个绝对自平衡的力系极其困难［9］。故文中采用惯性释放对下摆臂进行有限元分析，施加的载荷采用表1的悬架动力学分析结果。惯性释放在hyper works软件中实现较为简单，只需将约束类型设置为SUPORT1即可。
3 钢铝材料下摆臂静动态性能对比
3.1 应力、应变分析
将有限元模型厚度设置成3 mm，分别对模型赋予钢材料和铝材料进行静态分析。其中钢材料弹性模量E=2.1×105MPa，泊松比NU=0.3，密度RHO=7 900 kg/m3，铝材料弹性模量E=7.9×104MPa，泊松比NU=0.33 ，密度RHO=2 800 kg/m3，由计算结果可以看出，采用钢材料和铝材料的下摆臂对比，最大应力相差无几，均出现在下摆臂前支点处。最大变形位于下摆臂后支点处，采用铝材料的下摆臂是采用钢材料的2.6倍，如图3～图6及表2所示。
3.2 模态分析
采用自由模态对两种材料的下摆臂进行模态分析，取前12阶模态，其中前6阶为刚体模态，后6阶为弹性变形模态。两种材料的下摆臂弹性变形模态固有频率计算结果如表3所示。由此可以看出，同等厚度尺寸的钢材料和铝材料下摆臂，铝材料下摆臂的各阶固有频率要略微高于钢材料下摆臂。
4 基于刚度约束的下摆臂尺寸优化
由以上分析可知，采用同等厚度钢材料和铝材料的下摆臂，其最大应力及固有频率相差无几。在承受同等载荷条件下，差别在于下摆臂的最大变形。文中针对采用铝材料的下摆臂，以最大形变量作为约束条件，下摆臂板块的厚度作为设计变量，以总体积最小作为优化目标进行尺寸优化。
4.1 尺寸优化
根据有限元静态分析可得，采用钢材料3 mm厚的下摆臂的最大形变出现在后支点处（见图3），文中尺寸优化的约束条件设置成下摆臂后支点最大位移不超过0.136 mm，设计变量下摆臂的厚度变化范围为2～8 mm，以下摆臂的总体积最小作为优化目标进行尺寸优化。
经过3步迭代，下摆臂后支点最大位移0.135 mm，最大应力59.7 MPa，此时铝材料下摆臂的厚度为5.2 mm。圆整为5 mm。迭代过程如表4所示。
4.2 优化前后性能对比
将采用钢材料的3 mm板厚的下摆臂与采用铝材料的5 mm板厚的下摆臂进行有限元静、动态对比，结果如表5～6所示。由此可以得出，5 mm厚的铝材料下摆臂较之3 mm厚的钢材料下摆臂，在受到特定载荷条件下最大变形量保持一致，固有频率得到显著提升，下摆臂最大应力及质量都有明显的减少。
5 结论
文中主要是针对某款电动轿车麦弗逊悬架下摆臂进行动、静态强度分析和轻量化设计。首先运用惯性释放的方法对钢材料、铝材料的下摆臂进行静力学分析，并进行模态分析。得出同等厚度的麦弗逊悬架下摆臂，分别采用钢材料、铝材料，其最大应力及固有频率基本一致，最大变形量铝合金材料是钢材料的两倍以上。
其次运用尺寸优化的方法，在保证麦弗逊下摆臂最大变形量一致的条件下对摆臂板件厚度进行分析，最后用5 mm厚的铝合金板块替换原有的3 mm厚钢板，在保证最大变形量不变的前提下，下摆臂的刚度、模态性能有很大程度的提升，并且重量减少了43%，从而为电动汽车部件的轻量化设计提供借鉴与参考。
参考文献：
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关键词：桥梁施工力学；大跨度桥梁；理论体系；力学分析
中图分类号：K928文献标识码： A
1 引言
施工力学是力学学科与土木工程等工程学科结合的产物，其成果将会对全国工程建设以及 21 世纪发展产生广泛、深远影响。它主要研究结构在施工过程中的力学表现，以对施工过程正确地进行结构分析。在科学技术和经济不断发展的今天，回顾桥梁建设结构的历史，从小跨度、形式简单的桥梁结构，到现在的大跨度、结构复杂的新式桥梁，都体现了科技的不断进步。伴随着新技术、新工艺、新材料的不断发展，以及关于桥梁方面作用荷载研究的不断深入，人们更加关注桥梁力学问题的研究。同时，这一系列的问题也推动了我国桥梁力学的发展。同样，桥梁力学的研究成果也使得桥梁设计施工和桥梁管理水平有了相应的提高。在技术不断发展的过程中，桥梁建设的发展与力学研究的发展同样表现出了相辅相成的态势，二者互相促进，相互影响。当然，一系列的桥梁倒塌事故等也告诉人们，理论要和实际密切结合，切不可理论脱离实际。力学原理在桥梁施工及施工监理的过程中同样非常重要。
2 大跨度桥梁施工力学主要问题及理论分析
2.1施工阶段力学计算的不确定性
施工阶段力学问题不同于桥梁结构设计的力学计算，它具有一定复杂性和不确定性，主要体现在以下两方面：（1）临时支架力学计算，包括基础条件的不确定性、支架连接的不确定性、支架荷载的不确定性；（2）施工状态的力学计算，包括材料特性的不确定性、结构体系的不确定性、施工荷载的不确定性（横向荷载及偶然荷载的影响）、构造细节特性的不确定性。
2.2 结构体系转换
大跨径桥梁施工过程往往存在体系转换问题。预应力混凝土连续梁、连续刚构或析式组合拱桥，除满堂支架施工外，采用其他施工方法都面临着体系转换这一共同问题，尤其是采用悬臂浇筑或悬臂拼装的多跨大跨度连续结构，都经历最初的静定悬臂刚构状态，然后分阶段合龙为单跨（或多跨）的固端梁、伸臂梁或临时连续刚构等不同体系，最后才合龙为成桥状态的连续梁、连续刚构或析架拱等超静定结构。
在体系转换中，除了要计算因施工程序不同、荷载不同而产生的不同施工内力外，还应计及各项次内力，包括施工过程中由于张拉预应力筋引起的次应力和由于温度变化、混凝土徐变、收缩等因素所产生的次内力。当按顺序合龙桥梁形成体系转换时，在合龙梁段上要张拉连续预应力钢束，这些连续束的张拉是在超静定体系上进行的，势必产生由预加力引起的次内力。多次体系转换，加上钢束的预加力沿程分布的变化，计算相当复杂，通常采用等效荷载法，将混凝土与钢束分开来考虑，最后求得预应力对结构的总效应（包括初内力和次内力）。选择体系转换次序时，应该使最终的连续梁（或刚构）体系的恒载内力分布合理，同时还应尽可能地缩小各项次内力的不利影响。在悬臂施工的连续梁中，各项次内力常使跨中区段的正弯矩值有较大幅度的变化。
2.3 由荷载组合分析结构内力和局部应力
大跨度桥梁结构复杂，设计和施工高度相互作用。如果两种或两种以上原因同时发生，则会出现应力的叠加，其结果使得梁体的应力超过正常使用极限状态的混凝土应力限值，必须以恒载+活载+温度骤降+基础不均匀沉降为控制设计荷载。
对大跨度桥梁构件细部也需要精确的应力分析，连续梁桥在顶板配置有横向预应力的情况下，顶板和腹板交接处为控制设计断而，预应力钢筋锚固端的两侧，危险截而要加以验算。以避免局部构造损伤而失效，使桥梁破坏。
2.4 挠度计算的叠加算法以及力学关系分析
桥梁的挠度计算也是对不同阶段所产生的挠度的叠加，其总值和一次性成桥所产生的挠度值也是有差异的。不同的成桥方式其挠度规律截然不同。施工阶段，其累计挠度能够更准确地体现出桥梁建成以后最终的成桥线形。由此可知，桥梁的施工线形控制需要按照施工阶段累积挠度为依据进行。对于采取悬臂挂篮浇筑施工法，最容易发生的是内力和挠度不相吻合，也就是内力等效的计算方式下算出来的挠度与实际的挠度不一样，挠度不等效，在预计误差范围外。现阶段，对于大跨径的桥梁线形控制，己逐步发展成为施工控制过程中一项非常重要的任务。在桥梁施工过程中必须要考虑其实际内力情况，而且要使得挠度计算合乎要求。
2.5 有效预应力作用力学计算分析
大跨度桥梁结构中，预应力的大小受到预加力值和预应力筋的形状两个因素的影响。一般情况下，预加力值包括对构件截而本身具有静定的作用，对一些多余的约束有超静定的作用。在分阶段施工的桥梁建筑过程中，常用到的方法包括外力作用法，等效荷载法以及组合截面法。现阶段，对于预应力效应计算方法的选取，都是在原有的对于小型桥梁建设的基础上进行的，而大跨度的桥梁建设，预应力损失很大，其实际结果与计算结果相差较大。
3大跨度桥梁分析的施工力学效应
研究表明，进行大跨度桥梁的施工力学分析和竣工结构一次性力学分析的差异，即大跨度桥梁的施工力学效应可分为下面三种情况:
一是“时效”。若材料具有粘性或结构具有非定常热传导或需要考虑结构质量的惯性，则这些含有时间因素的问题将和几何、物性、边界的时变发生藕联，产生施工力学“时效”，即同一结构，不同施工过程，其最终力学状态不同，当然施工力学分析结果和结构一次性分析结果也有不同。
二是“路效”。若材料具有非线性或考虑几何非线性，边界非线性（接触），则这些问题含有的路径因素将和几何、物性、边界时变发生藕联，产生施工力学“路效”，即同一结构，不同施工过程，其最终力学状态不同，当然施工力学分析结果和结构一次性分析结果也不同。
第三种情况，即不考虑以上诸因素，只是计入几何或物性或边界时变，而材料是线弹性的，则不存在“时效”、“路效”，施工力学的分析过程只要不断改变参数，进行多次常规分析（各次间不再藕联），其简单组合形成施工过程力学状态时空分布，来作为设计参考。也就是同一结构，不同施工过程，其最终力学状态是一样的，施工力学分析只是增加施工过程不同阶段的分析计算。
4 结语
大跨度桥梁施工目前应用广泛。对于大跨度桥梁工程的质量把握，关系到人们的生命安全，关系到社会的稳步发展。分析其具体的力学理论，对于更好地进行大跨度桥梁施工建设有着十分重要意义。本文从多个方而分析了大跨度桥梁施工中的力学原理，并且给出了一些简要的解决措施。通过本文的研究，能够对该方而的问题给予一些指导。相信在不断的发展过程中，关于该方而的问题会处理得越来越好，关于大跨度桥梁施工质量也会更加完善。
参考文献
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