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一、生态旅游概念的衍变与真正内涵
生态旅游是针对旅游业对环境的影响而生产和倡导的一种全新的旅游业。1988年，生态旅游的定义是：生态旅游作为常规旅游的一种特殊形式，游客在观赏和游览古今文化遗产的同时，置身于相对古朴、原始的自然区域，尽情考察和享乐旖旎风光和野生动植物。这时期生态旅游的概念是指一种旅游业中的“复归自然”、“返朴归真”的观念。1993年，国际生态旅游协会把生态旅游定义为：具有保护自然环境和维护人民生活双重责任的旅游活动。生态旅游的内涵更强调的是对自然景观的保护，是可持续发展的旅游。生态旅游不应以牺牲环境为代价，而应与自然和谐，并且必须使当代人享受旅游的自然景观与人文景观的机会与后代人相平等，即不能以当代人享受和牺牲旅游资源为代价，剥夺后代人本应合理地享有同等旅游资源的机会。真正的生态旅游是一种学习自然、保护自然的高层次的旅游活动和教育活动，单纯的盈利活动是与生态旅游背道而弛的。同时，生态旅游也是一项科技含量很高的绿色产业，需要生态学家、经济学家和社会学家的多学科论证，方能投产。
二、生态旅游资源的分类
按照生态旅游资源的属性，可以把生态旅游资源分为自然生态旅游资源、人文生态旅游资源和保护生态旅游资源三大类。(如表1)
三、我国生态旅游资源开发的现状
母庸置疑，我国拥有丰富的生态旅游资源。截至2005年底，我国已建立起各类自然保护区2194个(列为国家级的243个)，被正式批准加入世界生物圈保护区的有26个。各类森林公园1900多处，其中国家森林公园627处。这些保护区和森林公园集中了我国自然生态系统和自然景观中最精华的区域，是生态旅游的理想处所。一些自然保护区已经成为带动当地旅游业发展的“龙头”。但人们那种“旅游业是无烟工业”的观念还较流行，生态旅游的发展大多还停留在初级阶段，强调到大自然中旅游，强调对旅游资源的开发而忽视了旅游本身对环境的影响和资源的破坏。实际上，我国旅游业的发展已经给环境带来较严重的污染，具体表现在以下几个方面：
1.旅游资源的粗放开发和盲目利用。许多地区的政府有关部门在开发旅游资源时，缺乏深入的调查研究和全面的科学论证、评估与规划，便匆忙开发。特别是新旅游区的开发，开发者急功近利，在缺少必要论证与总体规划的条件下，便盲目地进行探索式、粗放式的开发，造成许多不可再生的贵重旅游资源的损害与浪费。
2.风景区生态环境系统失调。近10多年来，景区的人工化、商业化、城市化使我国风景名胜区，包括已列入“世界遗产名录”的一些自然风景区，已越来越受到建设性的破坏，由于在景区内开山炸石，更有一些建筑毁景障景，导致自然和人文景观极不协调，破坏了景观的整体性、统一性。以索道为例，世界各国在作为国家公园的名山上修建索道都是严格控制的，其中美国、日本是明令禁止的。日本富士山海拔3776米，公路只修到2000多米，游人再多，也是自己一步步登上去的。
3.风景名胜区环境污染严重。据旅游风景区提供的监测资料显示，这里的水土、大气都有程度不同的污染。噪音、烟尘都超过了规定的标准，大气中含有的有害物质及酸雨等情况比较普遍。
上述可见，在发展旅游与保护环境之间存在着相互矛盾的关系。那种把生态消费摆在首位，不惜以生态资源的消耗为代价来获取利润的作法，必须引起高度重视，走出生态旅游的认识误区已经成为我国旅游业开展生态旅游首先应解决的问题。
四、生态旅游资源的开发原则
旅游资源开发作为一项经济活动，只有按照旅游经济活动的规律进行，才有可能获得成功。为此，生态旅游的开发遵循一定的科学原则就显得尤为重要。
1.永续利用原则。“永续利用”是时代的产物，它是一种使人类在开发旅游资源时不但顾及到当代人的经济需要，而且还顾及到不对后代人进一步需要构成威胁和危害的发展策略。尽管它不意味着为后代和将来提供一切，造就一切，但它却通过对经济效益、社会效益、生态效益三者的协调，使当代人用最小的代价获取最大的旅游资源利用，造福子孙后代。
2.保护性开发原则。针对生态旅游资源的开发而言，开发和保护的关系应体现的总的原则是：开发应服从保护，在保护的前提下进行开发。资源得到妥善保护，开发才能得到收益；开发取得收益，反过来可促进保护工作。但是，一旦开发与保护出现矛盾，保护对开发拥有绝对否决权。
3.特色性原则。旅游资源贵在稀有，其质量在很大程度上取决于它与众不同的独特程度，即特色。有特色，才有吸引力；有特色，才有竞争力。特色是旅游资源的灵魂。
4.协调性原则。生态旅游资源开发必须与整个生态区的环境相协调，既有利于突出各旅游资源的特色，又可以构成集聚旅游资源的整体美，使游客观后感到舒适、自然。
5.经济效益、社会效益和环境效益相统一的原则。市场经济就是追求效益最大化，生态旅游作为旅游的一种形式，也追求效益最大化，但这个效益不仅是指经济效益，还包括社会效益和生态效益，三者必须高度地协调统一。而当三者出现矛盾时，以生态效益和社会效益高于一切为指导原则，即经济效益必须从属于上述两种效益。
五、生态旅游资源的开发措施
生态旅游资源要开发、要持续发展，应是一种不以牺牲环境为代价，与自然环境相和谐的旅游，必须把握适度的开发速度，控制接待人数，增强环境意识，否则，游客太多会对目的地的环境造成过大的压力。破坏了生态旅游赖以生存的环境，生态旅游也就不可能持续发展。其主要开发措施如下：
1.加强森林公园建设，保护森林资源。森林公园是在社会文明的发展中形成的一个相对独立的生态经济系统，是以人类、生物和环境的协同发展为原则，以自然资源的持续利用和生态环境的改善为宗旨，它们所追求的目标是：既满足当代人的生活需求，且自身得到发展，又要保护生态环境，不对后人的发展构成危害。这就为在此基础上开展各项生态旅游活动提供了一个理想的区域环境。1982年，我国建立了第一个森林公园——张家界国家森林公园，她以神奇的地貌和优美的环境向世人一展森林公园的风姿，为中国的生态旅游开创了一个成功的范例。截至2005年底，全国已建立不同类型、不同层次的森林公园1900多处，年吸引游客达2亿多人次。随着森林公园旅游人数的增加，旅游活动与生态环境的保护必然产生矛盾，引起诸如土壤、植被、水质和野生动植物的环境问题。另外我国森林公园大都是在国有林场的基础上建立和发展起来的，因经营方式的转变，这就带来了一个更新观念和提高对森林价值和生态环境的再认识问题。因此，有效地保护生态环境、加强森林公园建设是保证生态旅游资源得以正确开发的一项重要措施。
2.统一规化、有序开发。做好旅游开发规划，贯彻资源和环境保护的思想，这不仅是使开发取得成功的保障，也是预防资源和环境遭到破坏的重要措施。因此，在编制旅游区总体规划时，必须对旅游区的地质资源、生物资源和涉及到环境质量的各类资源进行认真的调查，采取积极措施，消除或减少污染源，加强对环境质量的监测。从生态角度严格控制服务设施的规模、数量、色彩、用料、造型和风格，提倡以自然景观为主，就地取材，依景就势，体现自然之美，对那些高投入、高污染、高消费等刺激经济增长的项目坚决制止。经济开发可以在风景区以外的广大土地上进行。在现有的生态技术、资金条件以及人们的环保意识还达不到维护生态平衡要求的情况下，必须将宝贵的生态资源留给子孙后代，而不是开发殆尽。另外，在旅游区的环境容量未确定之前，必须控制旅游业的发展速度。对一些重点保护的景区，必须防止太多的游人进入，即使是一般旅游区，也应严格控制超容量吸引游人。因为，环境容量是有限的，破坏容易修复难，一旦旅游超过了环境容量，造成了巨大的环境破坏，再来治理就十分困难，甚至是不可能的。
3.增强环保意识，强化法制观念。鉴于旅游作为一种产业对环境的特殊影响和累计性的破坏，生态旅游一定要加强环境立法和管理。如：对生态保护区的开发，要根据环境法律，规定哪些部分严禁开发，哪些部分可以开发，哪些地区禁止带火种，禁止狩猎和毁坏林木等。
六、生态旅游资源开发应注意的问题
1.保护生态资源，改善生态环境。在开发中我们必须清醒地认识到，环保工作必须长抓不懈，不能掉以轻心。如果生态环境遭到破坏，不仅生态环境质量会严重下降，使生态旅游无法开展，而且将会严重制约社会经济的可持续发展。所以，当务之急是保护好现有的生态资源，坚决制止对生态环境的破坏。同时，加大植树、种花、种草力度，尽快提高森林和绿地的覆盖率，力争城市的整体绿化水平有较大的提高。
2.编制生态旅游资源开发规划。生态旅游资源的开发必须规划。应对应有的生态旅游资源进行详细的调查研究，建立从可行性论证——开发规划——监督管理的科学可行的开发程序，坚决反对“一哄而上”的无规划的开发。应建立各市政府直接领导下的生态旅游资源开发协调小组，编制具有指导意义的高起点、高标准、高水平的各市生态旅游发展规划，以指导和协调生态旅游资源开发工作，制止生态旅游资源开发中的不良行为。
3.制定法规，加强科学管理。生态旅游会不会对生态环境产生负面影响，是弊大还是利大，这并不取决于是否开发旅游，而是取决于在这一过程中实现了科学管理，而科学管理的基础在于完善的法制。因此开发生态旅游必须有切实可行的法规作保障，并加强对生态旅游区的科学管理，做到“以法兴游”、“以法治游”，杜绝一切破坏环境资源的现象。
4.突出生态旅游产品的地域特色和文化内涵。我们应多吸收国内外发展生态旅游的先进经验，并结合各个地方的实际情况，立足本地资源和历史文化优势，大力开发独具特色的生态旅游产品。一是要突出特色，二是丰富生态旅游产品的文化内涵。以此建立新型的生态旅游市场体系，推动我国生态旅游的发展。
5.提高参与性，改变单一的观光结构。在21世纪中，休闲度假将取代观光旅游成为旅游的主体。而让游客能亲自参与和亲身体验是休闲度假产品风靡世界的最直接原因。在考虑旅游与生态的关系时，仅仅关注如何将生态资源利用于旅游事业是不够的，还应该掌握生态旅游者的消费心理和兴趣倾向，在提供优美的生态环境的同时，建立起使生态旅游者能够参与的新型观光结构，延长其逗留时间。
6.完善逗留设施，提高服务水平。生态旅游作为一种旅游产品，旅游接待设施和服务都是不可忽视的开发内容。必须创造出可供游客逗留的环境，这既包括硬件设施，也包括软件方面的服务和管理，两者缺一不可。必须全方位地开发食、住、行、游、购、娱六大要素互相配合的项目，进行综合性的开发。
7.加强生态旅游研究和人才的培养。生态旅游是一种新兴的特殊旅游方式，需要高素质的专业管理人才和服务人才。应利用旅游院校、培训班、专题讲座、学术会议等各种形式及请进人才、派出学习等办法培养一大批生态旅游方面的专业人才，加强对生态旅游理论和规划方面的研究，为实现旅游可持续发展提供人才保障。
参考文献：
[1]程道品，阳柏苏.生态旅游——资源分类及其评价[J].怀化学院学报，2004，23(2).
[2]吴章文，孟明浩.生态旅游资源开发与利用研究的探索[J].桂林旅游高等专科学校学报，2002，13(1).
中图分类号：U211.5
1. 引言
铁路作为重要交通工具，其安全性十分重要。轮轨磨耗和接触疲劳问题越来越严重，直接影响铁路发展，这些问题的解决都必须以轮轨接触的研究为基础。轮轨接触属于状态非线性问题，轮轨接触时的应力应变云图可帮我们分析轨道及车轮进行安全性和可靠性。通过大型有限元软件可得到应力应变云图，故本文基于ANSYS软件，对轮轨接触进行了有限元模拟，得到其等效应力及等效塑性应变云图，并分析了不同摩擦系数对接触当中的最大等效应力及最大等效塑性应变的影响。
2. 问题描述
轮轨接触的三维实体模型如图1（a）所示，可将其简化为平面应变问题，其截面如图1（b）所示。
轮轨的材料性质如下：
铁轨：E=2.13e5MPa v=0.3 σy=483MPa TG=22.7MPa
轮：E=2.01e5MPa v=0.3 σy=550MPa σb=900 Max Strain=8%
加载及约束方式为：顶面加载压力载荷50MPa，底面约束所有自由度；在无横向挤压情况下，车轮左面约束X方向，挤压力取2.5MPa。取摩擦系数=0.2。
3 结果分析
运算结束后对应力图和塑性应变图分析发现接触面中点产生了较大的应力，但最大等效应力出现在轨道腹板的右上侧，大小为486.422MPa，最大等效塑性应变同样产生于此，大小为0.369×10-3。
4 拓展分析
4.1 探究倒圆角对计算结果的影响
对腹板与翼缘夹角处倒圆角，并保持载荷及约束不变，得到轮轨的等效应力和等效
塑性应变图。由图可知，等效应力和塑性应变最大值出现的位置并无太大的改变，最大等效应稍微增加，但等效塑性应变明显下降，结果比较如表1所示
4.2 探究存在横向挤压作用时的应力应变分布云图
对轨道腹板与翼缘夹角处倒圆角，并对车轮右面施加大小为2.5MPa的横向压力，然后再求解。在附加大小为2.5MPa的横向挤压力情况下，轮轨的最大等效应力达到502.137MPa，最大等效塑性应变达到0.004136，与没有横向挤压相比较，最大等效应力稍微增加，最大等效塑性应变明显增加，如表2所示
4.3 探究不同摩擦系数对计算结果的影响
在倒圆角及存在横行挤压力的基础上，探究摩擦系数对应力应变云图分布的影响以及对其最大值的影响，依次取=0.05、0.1、0.15、0.2、0.25、0.3，分别得到各自的等效应力和等效塑性应变云图。对于不同摩擦系数，得到不同的应力应变最大值，见表3
分别将最大von-Mises等效应力和最大等效塑性应变随摩擦系数的变化关系用曲线表示。
由曲线可知，轮轨接触问题中，在0.05～0.3的范围内，随着摩擦系数的变大，最大von-Mises等效应力和最大等效塑性应变皆减小。
5. 结语
1.引言
随着城市化进程和产业升级的不断推进，在城市建设和企业技术改造中，经常要开展烟囱、水塔等废弃高耸建筑物的控制性拆除爆破工作。拆除爆破既要达到预定拆除目的，又必须有效控制爆破振动影响、飞石抛掷距离和破坏范围等，以保障周围环境安全[1]。目前，国内外已广泛应用爆破方法拆除高耸建筑物，定向爆破拆除烟囱的高度已达210米[2]。
本文基于弹塑性力学和有限元基本理论，针对一150m高耸钢筋混凝土结构烟囱定向爆破拆除工程，对该烟囱爆破拆除的力学条件、烟囱爆破倾覆时间、烟囱爆破倾覆时的支座内力以及烟囱爆破倾覆时的本构关系进行研究，并采用有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA，通过分离式共节点建模，建立高耸钢筋混凝土烟囱有限元模型，对烟囱爆破拆除过程进行了有限元模拟。
2.爆破拆除方案
烟囱爆破拆除的原理是在烟囱倾倒一侧的烟囱支承筒壁底部炸开一个爆破缺口，破坏烟囱结构稳定性，导致整个结构失稳和重心外移，使烟囱在自重作用下形成倾覆力矩，进而使烟囱按预定方向倾倒。若烟囱爆破缺口长度过短，上部结构产生的倾覆力矩可能小于下部支撑结构可以承受的弯矩，爆破时结构不易发生破坏；若烟囱爆破缺口尺寸过长，下部支撑结构不能承受上部结构的自重，上部结构将直接压塌下部结构，影响烟囱倒塌方向，产生严重后果。因此烟囱爆破缺口尺寸对烟囱控制爆破拆除至关重要。
某电厂一个150m高度的钢筋混凝土结构烟囱，烟囱底部壁厚400mm，外径为5.83m、内径为5.43m；110m高度处烟囱璧厚为180mm，外径为3.68m、内径为3.5m；烟囱顶部壁厚200mm，外径为2.905m、内径为2.705m；烟囱体积为1299.87m3，质量为3.37966×106Kg，烟囱自重为33121KN。图1为该电厂150m高度的钢筋混凝土烟囱。
在爆破缺口中部长度7.5m范围内，采用137发瞬发导爆管雷管，总装药量8.22kg；第二段起爆雷管布置在爆破缺口余下的炮孔，采用140发导爆管毫秒延期雷管，总装药量8.4kg。此外，为保证烟囱顺利倒塌，在烟囱爆破缺口两端各开设了1个高1.46m、长4m的三角形作为定向窗。
3.烟囱爆破倾覆时间历程
烟囱爆破倾覆时间是烟囱爆破过程控制的一个重要因素，烟囱爆破倾覆时间可由烟囱倾覆过程的角加速度ε与烟囱倾覆过程的角速度求得，即：
在公式（1）中，dt为烟囱爆破倾覆时间。针对论文中150m高度的钢筋混凝土结构烟囱，其爆破倾覆时间为：
4.烟囱爆破拆除过程有限元模拟
4.1有限元模型
鉴于钢筋混凝土烟囱由钢筋和混凝土两种不同性能的材料组成，采用分离式共节点有限元建模，可事先分别计算混凝土和钢筋的单元刚度矩阵，然后统一集成到结构整体刚度矩阵中，可按实际配筋划分单元，并可在钢筋混凝土之间嵌入粘结单元。因此，论文针对该150m高度钢筋混凝土结构烟囱，基于ANSYS/LS-DYNA有限元分析软件[11]，采用分离式有限元建模方法建立钢筋混凝土烟囱有限元模型。论文建立的烟囱有限元整体模型如图3所示。
建模过程时，为模拟烟囱倾覆过程，通过在特定时间定义爆破缺口处材料失效的方法来模拟爆破缺口的形成。筒体之间以及筒体与地面之间采用自动单面接触，钢筋与地面之间采用点面接触模拟烟囱倾覆触地。其中在ANSYS/LS-DYNA有限元分析软件环境下可通过在K文件中加入使材料失效的命令流来模拟爆破形成缺口，并可修改K文件使烟囱筒体和缺口处的材料具有失效准则功能。
4.2数值模拟结果
图4为烟囱爆破倾覆历程数值模拟结果，图5为实际烟囱爆破倾覆历程图，图6和图7为有限元计算得到的烟囱顶部、质心及缺口等不同部位在爆破倾覆过程中的位移、运动速度随时间的变化曲线，图8为有限元计算得到的烟囱爆破倾覆历程不同时刻的烟囱等效应力场分布图。
由图4和图5可知，烟囱爆破倾覆历程数值模拟结果与实际烟囱爆破倾覆过程吻合较好。由图6和图7可知，计算得到的烟囱顶部、质心及缺口等不同部位在爆破倾覆过程中的位移、运动速度随时间的变化情况较符合实际。图7中烟囱顶部、质心及缺口部位在爆破倾覆过程中的运动速度随时间变化出现振动是因为爆破倾覆初期烟囱筒体出现晃动，图7中烟囱顶部、质心及缺口部位运动速度在5.8秒出现突变是因为烟囱爆破倾覆过程中爆破缺口发生闭合，图7中烟囱顶部、质心及缺口部位运动速度在5.8秒出现跃变是因为烟囱爆破倾覆触地造成的。
5.结论
（1）采用数值模拟方法对烟囱爆破拆除过程进行模拟分析，可较全面地研究烟囱倾覆历程、烟囱倾覆历程的应力、位移、烟囱倾覆时间和速度、烟囱爆破倾覆时的支座内力等，可开展烟囱模拟爆破拆除实验，以指导烟囱爆破拆除设计。
（2）采用有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA可模拟烟囱控制爆破拆除过程，采用分离式共节点有限元建模方法建模，实际烟囱倾覆历程、倾覆方位、倾覆长度与有限元数值模拟结果吻合较好。
（3）论文提出的烟囱爆破倾覆历程的本构关系符合实际；论文采用的材料塑性随动硬化模型以及可Cowper-Symonds材料应变率模型可较好地反应烟囱爆破倾覆过程的钢筋及混凝土材料力学性能。
（4）数值模拟结果与理论计算结果存在一定差别的主要原因是理论计算所采用的模型没有考虑烟囱爆破过程形成的塑性铰对烟囱倾覆运动的影响作用。数值模拟结果与实际烟囱爆破倾覆过程存在一定差别的主要原因是数值模拟所用材料参数与实际烟囱爆破倾覆过程材料力学性能存在偏差。
参考文献
[1] 张成化、罗惠敏、谢斌等.城市改造建设中拆除爆破安全管理的几点做法[J].采矿技术，2001.11（5）：178-179.
[2] 王希之、谢兴博、谭雪刚等.210m高烟囱爆破拆除技术.工程爆破，2011.17（2）：53-55.
[3] 汪浩、郑炳旭.拆除爆破综合技术[J].工程爆破，2003.9（1）：27-31.
[4] 叶海旺、薛江波、房泽法.基于LS-DYNA的砖烟囱爆破拆除模拟研究[J].爆破，2008.25（2）：39-42.
[5] 言志信、叶振辉、刘培林、曹小红.钢筋混凝土高烟囱定向爆破拆除倒塌过程研究[J].振动与冲击，2011.30（9）：197-210.
[6] 王斌、赵伏军、林大能、谷建新.筒形薄壁建筑物爆破切口形状的的有限元分析[J].采矿技术，2005.9：95-97.123.
驱动桥桥壳作为装载机的主要传力件和承载件，使用频繁，故障率较高，其生产质量和性能直接影响到车辆的整体性能和有效使用寿命。疲劳断裂是机械部件的主要破坏和失效形式之一[1]。因此桥壳必须具有足够的强度、刚度和良好的动态特性。合理地设计桥壳也是提高汽车平顺性和舒适性的重要措施。由于还必须保证车辆在加速、紧急制动和各种不同路面条件下的正常工作，所以桥壳是车辆上工作环境最恶劣的部件。本文应用ANSYS Workbench有限元分析软件对驱动桥壳工作过程中的疲劳寿命进行分析，计算桥壳的最大和最小疲劳破坏位置，以此来确定桥壳是否能满足实际工作中的要求。
1.驱动桥壳有限元模型的建立及计算
1.1驱动桥壳的参数
有限元分析采用三维实体模型[2]，ZL50装载机型的驱动桥为研究对象。驱动桥壳材料为[3]桥壳体ZG270-500、轮边支撑轴40Cr、连接板16Mn。其参数分别如下：弹性模量E=175GPa ，泊松比μ=0.3，密度ρ=7840kg/m3，屈服极限σs=270MPa，抗拉极限σb=500MPa；弹性模量E=207GPa ，泊松比μ=0.277，密度ρ=7870kg/m3，屈服极限σs=785MPa，抗拉极限σb=980MPa；弹性模量E=212GPa ，泊松比μ=0.31，密度ρ=7850kg/m3，屈服极限σs=345MPa，抗拉极限σb=660MPa。
1.2单元选择及网格划分
驱动桥壳采用solid186单元，该单元是一个高阶3维20节点固体结构单元，SOLID186具有二次位移模式可以更好的模拟不规则的网单元通过20个节点来定义，每个节点有3个沿着xyz方向平移的自由度。Solid186可以具有任意的空间各向异性，单元支持塑性，超弹性，蠕变，应力钢化，大变形和大应变能力。在建立完几何模型后，通过网格划分工具定义线的单元尺寸，进行映射网格划分。有限元分析后划分完网格模型共有90968个单元和186026个节点。
1.3边界条件及加载
驱动桥壳受到的主要是弯曲变形，选择左右两侧轮边支撑轴上的轴承处作X、Y和Z方向的约束，在弹簧座四个表面处添加Z轴负方向的受力载荷。本文研究约束驱动桥壳的轮边支撑轴的轴承位置处，在板簧座处施加2.5倍额定载荷下的力。
2.计算结果
3.结果分析
通过驱动桥壳疲劳寿命分布云图可得：驱动桥壳寿命的变化范围为4.7882e7次～1e8次，最低疲劳寿命值为4.7882e7次，在轮边支撑轴的台阶处，但均满足符合桥壳疲劳寿命高于80万次的国家标准。因为需要满足80万次的国家标准[4]，在求解安全系数结果Safety Factor时，设置设计寿命Detail life为8e5，因此通过安全系数结果得出，驱动桥壳最小安全系数为1.7051，大于1，满足设计要求。
4.结论
用ANSYS Workbench有限元分析得到的驱动桥壳在2.5倍额定载荷下的受力下的疲劳寿命分析的情况，提供驱动桥壳的疲劳寿命云图， 可以在设计阶段提前判断出驱动桥壳的应力集中的地方，并且通过对设计的修改，避免出现不合理的应力分布。因此， 使用有限元分析方法，能够减少实际中检测驱动桥壳的时间和成本，缩短产品的开发周期， 而且提高驱动桥壳的设计水平， 确保驱动桥壳的使用寿命。
参考文献：
[1]徐灏.疲劳强度[M].北京：高等教育出版社，1998：1-9.
幼儿教育是基础教育的基础，是孩子一生中受教育最重要的阶段。近几年，随着县域经济的发展步伐加快，家长对下一代的早期教育意识进一步增强，越来越多的家长选择让孩子尽早走进幼儿园，接受系统、正规的幼儿教育。近些年随着全国教育扶贫工作的深入开展，农村幼儿教育有所发展，但发展现状仍不能满足幼儿入园需要。
一、农村幼儿园的现状
目前，农村幼儿园15%还是土瓦房，教室昏暗、潮湿，室外活动空间狭小，周边环境差，安全管理难度大，基本上没有设置任何安全防护装置，存在不少安全隐患。教学用具简单，80%教室只有几张桌子、几把椅子、一块黑板、一盒粉笔；90%以上的幼儿园缺少最起码的卫生设施，玩、教具和大型户外游戏器械及幼儿读物。大多数乡幼儿园只有小皮球、呼啦圈等一些价格比较低的玩具，在一些村级幼儿园小孩子的玩具就是泥沙、石块、树枝，各种活动难以开展。教师待遇大多在400—700元之间学前教育论文，没有养老和医疗保险。教师构成比例大专生只占1.8%，幼师文化占30.7%（其中受正规幼师教育占14.7%），初中文化占40%，其它的占27.5%。96%以上的学校的教学内容不同程度“小学化”。
二、原因分析
（一）地方缺少相应的扶持农村幼儿教育发展政策
虽然2003年国务院办公厅在转发教育部等部门（单位）《关于幼儿教育改革与发展指导意见的通知》指出乡（镇）人民政府承担发展农村幼儿教育的责任，负责举办乡（镇）中心幼儿园，筹措经费，改善办园条件。但受地方经济落后的影响，乡（镇）人民政府一直无承担办好幼儿园的能力，也未形成相应的政策，造成了农村幼儿园一直被边缘化，得不到发展。
（二）幼儿教师素质普遍不高，教师队伍不稳定
从整体来看，农村幼儿教师的素质普遍偏低。在农村幼儿教师中，大专以上学历的比例很小，受到正规师范教育的特别是受到幼师培训的老师人数不多，有相当大一批初中学历和其他人员加入进来，这些教师的幼儿教育知识、技能和能力相对不足，不能以正常的幼儿教育方式去教育孩子，不会组织幼儿开展能培养幼儿动手、动口、动脑的活动，不会引导孩子开展各种户外游戏、不会用合理的方法去处理幼儿之间的矛盾，经常用“惩罚”、“恐吓”、“批评”等方式对待孩子。造成这一现象原因之一是农村幼儿园生源少，收入不高，教师福利待遇低，不能吸引人才，不能激发其积极性。有的把这当成第二职业，只当每月贴补家用，分散了精力。二是农村幼儿教师和公办老师相比，没有名分、没有提高培训机会、没有前途，影响到教师队伍的稳定。
（三）幼儿教育“小学化”现象严重。
随着幼儿园体制改革的逐步深入，更多的农村幼儿园走向市场，面临着严峻的生存挑战，好的方面是能够进一步激发幼教工作者的激情，提高自身的综合素质。坏的方面是为了争取到更多的生源，不得不在很大程度上对家长的要求妥协，投其所好，以游戏为基本活动在农村园还远未得到落实。严重超出了幼儿的年龄负荷。主要表现在：第一，上课时间长。多数农村幼儿园每节课长达45分钟，周上课时间和小学生差不多学前教育论文，户外活动时间被大量挤占。第二，以学习为主，强调幼儿知识的学习，以学多少字、背多少诗、数多少数为评判标准，而忽视了幼儿智力开发、兴趣培养、品格形成。第三，过分强调纪律常规，严格约束幼儿的行动。由于教育内容脱离幼儿生活实际，忽视幼儿兴趣需要和年龄特点，因而不能调动幼儿内在的学习积极性，不利于幼儿的终身学习和身心健康和谐发展。
三、思考与对策
（一）加强领导，保证幼儿教育改革与发展的顺利进行。
地方人民政府要提高对发展幼儿教育的认识，加强对幼儿教育工作的领导，把幼儿教育工作纳入本地经济、社会发展的总体规划，加强幼儿教育的科研工作，认真研究解决幼儿教育改革和发展中的热点、难点问题，并制定相应的政策和措施，把幼儿教育工作作为考核地方人民政府教育工作的重要内容。将幼儿园列入国家事业单位编制管理。地方政府要确保教师工资的预算和足额发放。幼儿生活费、保育费通过收费渠道解决。建立幼儿教育督导制度，坚持督政与督学相结合。制定地方幼儿教育工作督导评估标准，把幼儿教育事业发展、幼儿教育质量、幼儿教育经费投入与筹措、幼儿教师待遇等列入政府教育督导内容，积极开展对幼儿教育热点、难点问题的专项督导检查。
（二）多方筹集资金，加快基础设施建设。
地方政府每年划拨专项资金，主要用于对农村边远山区条件比较差的农村幼儿园进行修缮、改建，逐步建立以乡幼儿园为主体，村幼儿园为辅的幼儿校区。鉴于民间资本有“小”而“分散”的特点，无法成片推进。可充分利用连锁加盟方式门槛低，资源利用高，利益分享稳定等优点，积极推进连锁加盟幼儿园。研究制定合理的方案，打消害怕投资风险大、没有回报的顾虑，吸引有投资能力也有投资想法的民间资本积极建设幼儿校区。积极对外宣传当前农村幼儿园现状，让社会共同关注。同时，要大力发展地方经济，改善办学条件。充分利用农村现有资?矗大Φ髡产业结构，帮助农民致富。加快培训基地建设，丰富培训内容，提升农村劳动λ刂剩内消外化实施劳务输出学前教育论文，增加劳务收入?
（三）加强幼儿教师培训工作，实施“幼儿教师稳定工程”。
关键词：轮胎压路机 后轮驱动装置 结构设计 Pro/E建模 有限元分析
The Structural Design about the Simple Supported Rear Drive of Tyre Road Roller
Abstrct: The paper expatiates on the structural design about the rear drive device of tyre road roller. The paper puts forward three structures during the design work, then analyzes the advantages and disadvantages of them in detail, finally chooses a simple supported type structure to use in the design. The paper does much calculation work to choose the right model of the components, such as hydraulic motor, reducer and bearing. The paper checks the strength of the shaft and the service life of the bearing by calculation and analysis. All the parts and components of the device are modeled in using Pro/E. The paper analyzes the interference among parts and components, executes the mechanical motion emulation, and works out an animation about the assembled and unassembled process of the device after the modeling work. The paper uses finite element analysis function in the Pro/E to do finite element analysis work on shaft and supported framework, then makes a structural improvement about the supported framework by using the result of finite element analysis work. The paper also works out drawings and process planning of some major parts and components.
（①福州出入境检验检疫局，福州 350001；②福建江夏学院，福州 350108）
（①Fuzhou Entry-Exit Inspection & Quarantine Bureau of PRC，Fuzhou 350001，China；
②Fujian Jiangxia University，Fuzhou 350108，China）
摘要： 针对现有微耕机结构强度分析存在的计算精度低、建模难度大、效率低等问题，提出基于参数化实体建模和自动化有限元建模与分析的微耕机结构强度快速分析方法，基于二次开发技术构建了微耕机主要零部件结构三维实体模型快速重建模块和自动化微耕机主要零部件结构有限元建模模块，实现了微耕机结构强度快速分析与结果自动提取，并通过实例分析验证了该方法的可行性和有效性。
Abstract： In allusion to the deficiencies existing in current structural strength analysis of miniature farming machine such as low calculation accuracy， difficulty in structure modeling and low efficiency and so on， rapid strength analysis method for miniature farming machine structure based on parametric solid modeling and automatic finite element modeling and analyzing is presented. Then the 3D entity rapid modeling module and automatic of main miniature farming machine structure is build. And the automatic analysis executing as well as result extraction is realized. Thus， the feasibility and the effectiveness of the method is verified by a actually case.
关键词 ： 微耕机；主要零部件；结构；有限元分析；快速
Key words： miniature farming machine；main components；structure；finite element analysis；rapid
中图分类号：S222文献标识码：A文章编号：1006-4311（2015）25-0069-03
基金项目：福建检验检疫局2013年度科技计划项目，项目编号：FK2013-09。
作者简介：林伟斌（1964-），男，福建福州人，处长，工程师，研究方向为机电设备检验。
0 引言
微耕机具有体积小、重量轻，便于用户使用和存放等优点，在水旱田整地、田园管理及设施农业等多种农业作业中得到了广泛应用。但国内对微耕机的研究起步较晚，设计技术和检测依然相对落后。微耕机结构分析是开展微耕机结构设计和结构检测的必经环节之一。
目前，国内微耕机的结构设计主要采用传统的类比设计方法，在静力学与运动学理论指导下，依据经验公式、图表、手册等资料，凭借设计者的经验选择设计参数，再经过反复修改与分析直至结构满足强度、刚度要求。这种设计方法费工费时，在分析结构强度和刚度时往往进行结构简化，不仅导致设计的产品结构笨重，成本高，而且容易忽略难以考虑的，重要的，甚至必要的因素，甚至形成“人为”的应力集中点，不符合实际动态情况。计算机技术和有限元分析技术的发展给微耕机结构强度分析与检测开辟了新途径，国内外学者在结构强度分析方面都取得了可喜的成果，但依然存在许多不足，主要表现在：①目前微耕机结构强度分析与检验绝大多数环节由人工或半自动完成[1-2]，检验过程繁琐、耗时长、成本高；②计算机辅助工程技术的发展为实现结构快速分析提供了途径，作为主流结构分析软件之一，ANSYS在多个领域都得到了广泛应用，但直接在ANSYS仿真环境中建立微耕机结构实体模型具有建模难度高、过程复杂、耗时长问题[3-4]；③现有研究中，在建立微耕机结构有限元模型方面主要采用手工操作的方式进行，不仅对操作者技术水平要求高，而且存在建模效率低、操作强度大等缺点，特别是在批量分析或优化设计求解时，这种操作方式的缺陷尤为突出[5-6]。
综合上述分析，研究微耕机结构强度快速分析方法，构建微耕机主要零部件的快速、自动化三维建模策略，探讨微耕机主要零部件模型的高效、高质量网格划分策略，实现微耕机主要零部件结构强度自动化快速分析和结果提取，减轻操作人员工作强度、缩短建模时间，提高分析效率，具有重大理论与现实意义。
1 微耕机结构强度快速分析机制
为提高微耕机结构强度求解精度，采用ANSYS有限元分析工具求解微耕机结构强度响应。ANSYS有限元分析环境具有强大的有限元分析计算能力，能够进行复杂结构静、动态结构强度、刚度分析。但ANSYS软件的三维实体建模能力较低，直接在ANSYS环境中构建复杂微耕机结构具有操作难度大、效率低的缺点。为提高微耕机结构建模效率，利用ANSYS有限元分析环境与Pro/Engineer三维实体环境间的无缝接口，利用Pro/Engineer实体建模环境实现微耕机结构实体建模，实现充分发挥ANSYS有限元分析能力和Pro/Engineer实体建模能力的目标。此外，Pro/Engineer的参数化建模技术和Pro/Toolkit二次开发工具箱，为实现高效微耕机结构实体建模提供的技术条件。
综合上述分析，针对现有微耕机结构强度分析建模难度大，操作繁琐，求解精度低等问题，构建微耕机结构强度快速分析机制如图1所示。数据组织模块负责组织、管理微耕机结构强度分析过程中所需的及产生的相关数据。用户通过用户接口与数据组织模块进行数据交换，实现对分析过程中控制参数的设定和结果数据的读取。微耕机结构强度分析过程主要包括微耕机结构参数及工况设定、创建微耕机结构三维模型、创建微耕机结构有限元模型、微耕机结构有限元分析、分析结果提取等5个基本模块。微耕机结构参数集工况设定主要实现对微耕机结构参数、有限元分析计算工况等初始条件的设定。初始条件设定后，数据组织模块根据设定的初始参数，基于参数化实体建模技术和Pro/Toolkit二次开发技术，在Pro/Engineer环境中快速重生成微耕机结构三维实体模型。之后，数据组织模块调用ANSYS有限元环境，通过无缝数据接口导入Pro/Engineer环境中生成的微耕机结构三维实体模型，进行单元类型设定、网格划分、边界加载等操作创建微耕机结构有限元分析模型，进而执行有限元分析计算、提取计算结果并将结果通过用户接口呈现为用户。
2 微耕机结构三维实体快速建模策略
目前，利用Pro/Toolkit二次开发工具箱实现参数化创建三维实体模型主要有以下2种方法：①调用几何特征创建函数建立三维模型；②基于参数化设计的模型样板建立三维模型。调用几何特征创建函数建立三维模型属于自底向上建模方法，柔性大，能够适应各种结构的参数化建模，但建模效率较低。基于参数化设计的模型样板建立三维模型属于自顶向下建模，建模效率高，且实现简单，但柔性较低，只能适应具有特定结构特征的实体模型。
基于参数化设计的模型样板建立三维模型的原理是通过基于Pro/Toolkit二次开发的应用程序控制修改模型样板的参数值，从而生成新的三维模型，其基本流程如图2所示。用户通过人机界面的对话框输入微耕机各零部件结构参数，系统判断当前是否已经启动Pro/Engineer环境，若还未启动则直接启动Pro/Engineer环境，并进行工作目录设置、载入结构模型样板、初始化参数环境等操作，进而根据用户设置的参数值修改模型样板的相应参数值，并在重生成模型后刷新屏幕，调整视图，为用户直观展现给定参数下模型效果，从而判断是否保存模型及退出Pro/Engineer环境。若选择保存模型，则同时保存实体模型值prt文件和实体参数至同名txt文件。
基于上述流程，在Visual Studio 2008开发环境下构建微耕机主要零部件结构三维实体快速建模模块。如图3和图4所示分别为某型号微耕机牵引架总成建模界面及三维模型。
3 微耕机结构高效有限元建模与分析
有限元模型是进行有限元分析的前提。有限元建模的任务是将实际问题或设计方案抽象为能为数值计算提供所有输入数据的有限元模型，其过程主要包括实体建模、网格划分、边界加载等3个过程。在有限元建模的三个阶段中，网格划分是关键环节之一，它对计算过程和计算结果有着重要的影响。
有限元网格划分对模型的细节提出了很多很高的要求，计算机也制约了模型的规模，简化模型是有限元建模最重要的一步。在创建实体模型时必须对实际模型进行简化，根据经验忽略螺纹孔、小半径倒角等不必要的细节。此外，网格的疏密也影响着模型的计算速度和计算精度。一般情况而言，计算变形量时，网格可以疏一些，而对应力计算，网格应当密一些。为避免网格大小划分不当对计算结果造成太大误差，采用如图5所示网格划分策略。程序开始时，用户设定初始网格大小、计算误差极限等初始条件，程序自动根据设定网格大小进行网格划分和有限元计算，若前后两次计算误差不在接受范围内，则将网格大小缩小一半，重新进行网格划分和有限元分析计算，直到前后两次分析计算结果误差满足误差极限要求，则上一次网格的规格作为有限元建模时依据的网格规格。基于上述有限元划分策略，构建了微耕机主要零部件结构网格自动划分模块。如图6所示为某型号微耕机牵引架总成网格模型。
网格划分完成后，利用APDL命令流，能够实现自动加载结构有限元分析计算边界条件，并执行有限元分析计算和计算结果提取。针对某型号微耕机牵引架总成，采用微耕机结构有限元分析模块对其进行三维实体建模、有限元建模、有限元分析计算及结果提取后，得到该结构的应力分布图和综合位移变形图如图7所示。从图中可知，该牵引架总成结构最大应力值为174.547MPa，最大变形量为1.041mm。计算结果不仅表明了该结构满足微耕机正常工作的结构强度要求和刚度要求，也验证微耕机结构有限元分析模块的可行性和有效性。
4 小结
①针对现有微耕机结构强度分析存在的计算精度低、建模难度大、效率低等问题，期初了基于参数化实体建模和自动化有限元建模与分析微耕机结构强度快速分析机制，综合发挥Pro/Engineer强大的实体建模能力和ANSYS强大的有限元分析计算能力。②基于Pro/Toolkit二次开发工具箱，提出了微耕机结构三维实体快速建模策略，实现了微耕机主要零部件结构的快速三维实体建模。③基于Pro/Engineer和ANSYS的无缝数据接口和ANSYS的Batch工作模式，构建了微耕机结构高效有限元建模与分析策略，实现了自动化微耕机结构网格划分，边界加载，结构强度分析计算和结果提取等操作，并提供了交互友好的人机界面，从而验证了微耕机结构强度快速分析方法的可行性和有效性。
参考文献：
[1]PATEL R， KUMARA， MOHAND. Development of an ergonomic evaluation facility for Indian tractors [J]. Applied Ergonomics， 2000， 31（3）：311-316.
[2]杨懿，曾兴宁，等.微耕机自动测试系统研究[J].自动化与仪器仪表，2010（3）：106-110.
[3]张季琴，杨福增.山地微型遥控耕地机的设计与试验[A].中国农业工程学会2011年学术年会论文集[C].
一、引言
钢管结构因其优越的综合性能，得以广泛应用于公共建筑尤其是大跨度建筑中。钢管节点的设计是钢管结构设计中的关键环节。相贯节点又称直接焊接节点，是钢管节点最常见的形式之一。在其节点处，在同一轴线上的两个较粗的相邻杆件贯通，其余杆件通过端部相贯线加工后直接焊接在贯通杆件的外表；非贯通杆件在节点部位可能存在间隙或相互搭接。其中在节点处贯通的钢管通常称为主管或弦杆，其余则称为支管或腹杆。相贯线切割曾被视为是难度很高的制造工艺，但现在广泛采用的计算机数控加工技术，已使其变得非常简单。相贯节点具有许多方面的优越性：外观简洁明快，构造简单，无附加零件，可节省钢材，且易于维护保养。因此，近年来相贯节点的应用已相当普遍。
根据各杆件轴线是否处于同一平面，相贯节点可以分为平面节点和空间节点两大类；其中，平面节点的研究是空间节点研究的基础。按几何型式分类，工程中较多遇到的平面节点有：T型或Y型、X型、K型（包括间隙型和搭接型）、平面YK或KT型、平面KK型等。
对于T型、X型和K型间隙节点的破坏模式，已有较为充分的研究；对于此类节点，主管塑性破坏是最重要的一种破坏模式，《钢结构设计规范》（GB50017-2003）中的节点承载力计算公式也以此破坏模式为理论基础。K型搭接节点的受力机理与这几类节点有很大差异，对其破坏模式的研究尚不够深入。本文以大量的节点有限元分析结果为基础，对K型搭接节点的破坏模式及其分布规律进行了研究，旨在为此类节点破坏机理的认识和承载力公式的研究提供基础。
二、K型搭接节点的破坏模式分类
对于一般的相贯节点，主管管壁塑性破坏是一种常见的节点破坏模式；但K型搭接节点很难发生单纯的主管管壁塑性破坏。这是因为，由于两支管相互搭接，彼此有互相牵制的作用，主管壁的凹陷变形必然伴随着一定程度的支管局部变形。文献[1]中的有限元分析结果也证实了这一点。
对于承受平衡轴力的搭接节点，一部分荷载经由两支管间的搭接焊缝直接传递而不经过主管，这种传力上的特点使得受压支管局部屈曲破坏（Brace Local Buckling，简称BLB）的破坏模式在搭接节点的破坏模式中占有相当比例。
不考虑焊缝的破坏，K型搭接节点的破坏模式可分为以下几类：
1、杆件破坏（Member Failure，简称MF）模式，以杆件轴向达到全截面屈服为标志，包括支管杆件破坏（Brace Member Failure，简称BMF），以及主管杆件破坏（Chord Member Failure，简称CMF）。这种破坏模式下，节点区实际未发生破坏，实现了“强节点弱构件”。
2、支管局部屈曲（BLB）破坏模式。此种破坏模式下，塑性变形主要集中于支管根部。
3、支管局部屈曲（BLB）与主管管壁塑性（CP）的联合破坏模式（记为BLB & CP）。其特点为支管根部与主管管壁上同时发生了相当程度的塑性变形。
三、K型搭接节点破坏模式的分布规律
本文借助批量有限元分析的结果，对K型搭接节点破坏模式分布与节点参数的关系进行了研究。K型搭接节点的几何参数主要有：主管外径d，主管管壁厚度t，支管外径di，支管管壁厚度ti，两支管搭接长度q，搭接支管在主管上沿主管轴线方向的投影长度p。
为方便研究和比较，采用以下无量纲几何参数：
支管、主管直径比：
主管半径、壁厚比：
支管、主管厚度比：
支管、主管之间的夹角：
搭接率：
本文采用有限元软件ABAQUS配合python脚本建立了90个节点模型；节点参数的取值范围如表3-1所示；其中，根据《钢结构设计规范》（GB50017-2003）中的规定，剔除了使di/ti ≤ 60的18种节点参数组合。另外，所有节点的搭接支管隐蔽部分均与主管连接；施加的荷载为两支管端部的平衡轴力，并使贯通支管受压。
在建立节点有限元模型时，选用的单元类型为壳单元S4R；边界条件为，主管在搭接支管一侧端部刚接，在另一端释放轴向自由度，两支管端部均只释放轴向和转动自由度；有限元模型中不考虑焊缝的影响；主管直径统一取为300mm，主管长度取为7倍主管直径，支管长度取为从冠点向外3倍支管直径；主支管钢材屈服强度均取作345MPa，抗拉强度均取作450MPa，强化刚度取为0.5%E；有限元求解方法采用弧长法。在进行批量分析前，选用文献[2]中的试验试件SJ6和文献[3]中的试件JD-1对有限元模型进行了校验，结果表明，本文建立的有限元分析模型均可以较为准确地模拟试验节点的力学行为（包括破坏形态、变形性能以及极限承载力等），具有良好的可靠性。
根据有限元分析结果，90个节点算例的破坏模式如表3-2所示。其中，各破坏模式所占的比例分别为：BMF――13/90，BLB――28/90，BLB&CP――49/90。对各种破坏模式的分布规律分析如下：
（1）BMF破坏模式：在全部90个节点中，共有13个节点发生支管杆件破坏即BMF破坏模式，主要分布在β较小（0.3，0.5）、γ很小（10）、τ较小（0.4，0.7）的情况。因为γ很小，所以主管和支管均比较厚实，从而不易发生主管管壁塑性或支管局部屈曲破坏；β和τ均较小，使得支管截面面积较小，更容易达到全截面屈服。另外，当Ov=25%，50%和75%时，以BMF模式破坏的节点分别为6个、3个、4个，说明Ov较小时更容易发生BMF破坏。
（2）BLB破坏模式：在全部90个节点中，共有28个节点发生支管局部屈曲即BLB破坏模式，主要分布在：a、Ov=75%的大部分节点；b、Ov
（3）BLB&CP破坏模式：该破坏模式为搭接节点最普遍的破坏模式（占49/90），主要集中在Ov不大、τ较大的情况下。
四、结论
（1）不考虑焊缝破坏时，K型圆钢管搭接节点的破坏模式主要包括：杆件破坏模式，支管局部屈曲模式，以及支管局部屈曲与主管塑性的联合破坏模式。
（2）有限元分析结果表明，支管杆件破坏模式主要出现在β较小、γ很小、τ较小时；支管局部屈曲破坏模式主要发生于Ov很大或τ很小的情况下；支管局部屈曲与主管塑性的联合破坏模式多见于Ov不大、τ较大的情况下。
（3）总体而言，K型圆钢管搭接节点的破坏主要发生于支管上，因此，在建立节点承载力公式时若用支管全截面屈服承载力做无量纲化，将比传统的以环模型为基础的承载力公式更为合理。
参考文献
中图分类号：TV331文献标识码： A
0、 引言
纤维增强复合材料(Fiber Reinforced Polymer,简称FRP)以其轻质、高强、抗疲劳等优越的力学性能,广泛地应用于工程结构加固领域之中。在有些条件下传统建筑材料很难满足这种发展要求。FRP复合材料具有轻质，高强，耐腐蚀，抗疲劳，耐久性好，多功能，适用面广，可设计和易加工等多种优点。在重要的土木工程中，如超大跨，超高层，地下结构，海洋工程，高耐久性的应用，以及特殊环境工程，永久性工程，结构加固修复，都具着巨大的优越性。
1、单元有限元分析
1.1 单元有限元模型
在文献[1]中，提出了一种用单元分析FRP-混凝土界面破坏的方法。其基本思路是：用非常小的单元(0.25mm~0.5mm)来模拟混凝土和FRP 片材，在混凝土和FRP片材之间不再设置胶层，而是将二者直接联系在一起，通过混凝土单元的开裂破坏来模拟FRP的剥离。由于单元尺寸很小，因此混凝土材料的本构关系需要加以修正以考虑尺寸效应的影响。研究表明，采用有限元模型可以较好地预测FRP 和混凝土之间的面内剪切破坏。因此，使用该模型来分析FRP加固混凝土梁IC debonding 界面破坏。有限元模型中，虽然单个的混凝土单元依然基于弥散裂缝模型，但是因为单元尺寸非常小(0.5mm 以下)，因此仍然可以较好地模拟裂缝附近的变形以及滑移集中情况。
1.2 界面粘结滑移关系
对于远离受弯裂缝的FRP-混凝土界面该裂缝形状与面内剪切试验的裂缝形状很相似[1]，说明此处的粘结-滑移关系与面内剪切试验的差不多，故可直接采用由剪切试验得到的界面粘结-滑移关系。
1.3 双重剥离破坏准则
通过前面的分析可以知道，如果界面距离受弯裂缝较远，即与界面单元相连的混凝土单元没有开裂，其剥离破坏主要是由界面的整体单向相对滑动引起，滑移场比较均匀，采用普通界面单元的形函数可以较好地估计单元内部的滑移状态。
2、ANSYS有限元分析结果
基于ANSYS软件分别建立了文献[2]中的BL20-2、PPL30梁和文献[3]中的RLII-3梁的有限元计算模型，各个试件的材料参数详见文献[2-3]。为节省计算时间，根据对称性，对每个试件仅建立了1/4梁的有限元模型。
计算得到的荷载－跨中挠度曲线及与试验结果的对比见图1所示,将计算得到的梁的极限承载力与试验结果进行对比见表1所示。
（a）BL20-2梁 （b）PLL30梁 (c)RLII-3梁
图1 计算的荷载－跨中挠度曲线与试验结果的对比
表1计算极限荷载与试验结果的对比
计算的梁荷载－跨中挠度曲线与试验结果的对比可知，从加载直到屈服阶段，计算得到的荷载－挠度曲线与试验结果有很好的吻合；屈服后，BL20-2和PLL30梁的荷载－挠度曲线与试验结果吻合较好，但RLII-3梁的模拟结果与试验结果误差较大，模拟结果未能合理反映梁荷载－挠度曲线的下降段。
计算得到的三根梁的极限荷载均与试验结果有较好的吻合，即建立的有限元模型可以较好的模拟FRP加固混凝土梁的承载力。
Solid65单元使用弥散式裂缝模型，针对混凝土的开裂与压碎，ANSYS中提供了专门的图形显示命令PLCRACK。该命令用小圆圈表示混凝土的开裂部位，小八边形表示混凝土的压碎部位。如果裂缝张开后又闭合，通过小圆圈中间加X表示。此外，在每个积分点处可以有至多三个开裂面，第一、二、三方向裂缝分别用红、绿、蓝小圆圈表示。限于篇幅限制，仅将模拟得到的BL20-2梁在不同加载过程的破坏形态列出，如图2所示。
由于关闭了混凝土的压碎选项，混凝土的破坏仅以开裂体现，在破坏前期，最主要的破坏形态是梁跨中底部混凝土的开裂，且所有开裂形态基本为弯曲裂缝；在梁的中度开裂阶段，开裂高度增加，且在支座上部出现出现剪切斜裂缝；在梁的最终破坏阶段，梁的开裂进一步加剧，跨中裂缝布满整个梁高，支座处剪切斜裂缝向顶部扩展。
(a)初始开裂阶段
(b)中度破坏阶段
(c) 最终破坏阶段
图2 模拟得到的梁在不同加载阶段的破坏形态
3、结论与展望
本文在总结了国内外利用ANSYS软件对FRP加固混凝土结构进行有限元模拟分析取得的研究成果的基础上，建立了FRP加固混凝土梁的有限元计算模型，模拟得到了梁的荷载－挠度曲线，极限荷载以及梁在不同加载阶段的破坏形态；将模拟结果与试验结果进行的对比表明，所建立的有限元模型可以较为准确的模拟梁的承载能力以及破坏形态，验证了所建立的有限元模型的正确性。
随着经济高速发展和技术飞速进步，世界各国对土木工程的要求越来越高。FRP复合材料在土木工程中的应用技术与材料研究开发,在当今世界上已成为复合材料界与土木工程界共同研究开发的一个热点。该技术研究开发成功后将会极大地推动现代土木工程的技术进步。它还将为现代复合材料产业开辟出巨大的应用市场，因而具有非常广阔的发展应用前景。
作者简介：
作者简介：赵健（1979.1－），男，工学学士，工程师。
参 考 文 献：
Abstract: In this paper, based on the practical engineering needs, the honeycomb beam - column steel frame structure stress characteristic, this paper designs the language ( APDL ) compilation command stream using the ANSYS parametric, does the analysis of the nonlinear finite element whole process to the two layer two cross honeycomb beam - column steel frame under the low reversed cyclic loading performance.
Key words: honeycomb; horizontal low cyclic load; finite element analysis; energy consumption
中图分类号：TU352.1+1 文献标识码：A文章编号：2095-2104（2012）
蜂窝构件是指用H型钢或普通热轧工字钢经切割再扩高焊接而成的空腹构件[1].与原型钢相比，蜂窝构件提高了截面的利用率，且自重轻，构造品种单一，防腐蚀性能好，运输方便，便于建筑管线的穿越[2].蜂窝框架是蜂窝梁和蜂窝柱采用栓焊或焊接的形式连接而组成的钢结构体系，蜂窝构件组成的框架具有自重轻和造型美观经济等优点，适合建造多层的楼房、无大型吊车的厂房和轻钢结构别墅等建筑[3]．从长远的眼光来看，综合考虑经济效益和社会效益，采用蜂窝式梁-柱钢框架的住宅钢结构体系能够与其他材料、结构形式的建筑体系竞争，有些方面甚至具有较大优势．蜂窝梁与蜂窝柱在实际工程中已有较为广泛的应用，但有关蜂窝式梁-柱钢框架结构的研究与应用还很罕见，特别是关于此类框架动力性能的研究更是几近空白．
1ANSYS参数化程序设计语言
ANSYS参数化程序设计语言（APDL）[4-5]实质上是由类似于FORTRAN77的程序设计语言部分和1000多条ANSYS命令组成.从功能上讲，ANSYS命令包括定义几何模型、划分单元网格、材料定义、添加荷载和边界条件、控制和执行求解和后处理计算结果等指令.ANSYS强大的前后处理功能可为建立蜂窝式梁-柱钢框架结构有限元分析模型带来极大的方便.利用APDL编写出参数化的程序，可以实现有限元分析的全过程，即建立参数化的CAD模型、网格划分与控制、材料定义、荷载和边界条件定义、分析控制和求解以及后处理.
2有限元分析依据
本文保证了蜂窝式梁-柱钢框架结构有限元模型的建模方法，约束条件，加载方式，计算控制完全和考虑腹板屈曲后强度的钢框架模拟时的设置一致，以此对蜂窝式梁-柱钢框架结构的抗震性能进行非线性有限元分析.
3非线性有限元全过程分析
3.1结构模型的建立
框架模型尺寸，扩高比 (,为蜂窝构件高,为原型钢高)取1.5，梁柱所开孔洞均为正六边形孔，满足“蜂窝构件端部至第一个蜂窝孔的净跨距宜大于250mm”和“蜂窝孔孔距应不小于100mm”的构造要求[6-7].尺寸比例符合实际结构构件及节点的构造要求.为了消除柱顶施加竖向荷载时对顶层节点的转动所造成的约束，柱上端设计了高300mm的悬臂段.
3.2结构模型荷载的施加
模拟过程中，先加竖向荷载并稳定保持不变，按照轴压比的要求，边柱上加载367KN, 中柱上加载374KN，然后以框架弹性屈服位移（=35mm）的倍数分级施加水复位移荷载，直至框架的荷载-挠度曲线出现下降段，荷载下降到峰值荷载的85%，这时可以认为框架已经破坏.
3.3破坏机制
往复荷载在1.5正向循环加载过程中，水平位移达到43.75mm时，顶层左跨梁左端部蜂窝孔处截面翼缘应力值达到了屈服强度235MP，即出现塑性铰，水平位移达到52.5mm时，中柱柱脚处右侧翼缘应力值达到了屈服强度235MP，即出现塑性铰，，这充分说明模型框架属于梁铰破坏机制，体现了强柱弱梁的概念.
模型最终破坏时，各柱柱脚蜂窝孔处截面均出现了严重的屈曲变形，其中左柱柱脚翼缘处应力值最大，可以说明破坏终止于此处发生屈曲变形；左跨顶层梁左端蜂窝孔处截面、右跨顶层及底层梁右端蜂窝孔处截面均出现了较为明显的屈曲变形，其余梁端蜂窝孔处截面应力值亦较大。框架中节点应力值较大，但节点域未发生明显的屈曲变形，顶层角节点与底层边节点应力值均较小，体现了强节点弱构件的设计概念。
3.4滞回特性
滞回曲线是指结构或构件在循环往复荷载作用下得到的荷载—变形曲线。滞回曲线能够反应出结构刚度退化、强度衰减、耗能能力及延性性能等特性.它是结构抗震性能的综合体现，也是结构进行弹塑性地震反应分析时确定恢复力特性的主要依据.
本框架模型在顶层水平往复荷载作用下经历了屈服、最大荷载，最后框架模型的荷载—位移滞回曲线均出现荷载下降段，表明框架不适于继续加载.
3.5延性与耗能
低周往复循环荷载作用下，各框架滞回曲线的峰值点的连接(外包线)即为骨架曲线.它与一次性加载曲线相接近.骨架曲线上能够反应出模型的屈服荷载和位移、极限荷载和位移等特征点，同时它反映了在正反交替荷载作用下，结构或构件吸能耗能、延性、强度、刚度及退化等力学特征.根据抗震规范的要求，将各个P-Δ滞回曲线的各级加载的峰点连起来可以得到各相应框架顶点的P-Δ骨架曲线.
4结论
4.1按照现行规范和规程[6-8]的有关规定所设计的一榀两层两跨蜂窝式梁-柱钢框架结构，延性较大，耗能能力较高，能满足延性框架的设计要求.
4.2两层两跨蜂窝式梁-柱钢框架结构侧移较小，水平抗力较大，滞回曲线没有明显的捏缩现象，抗震性能较好，其在工程中的应用必将带来显著的经济效益.
4.3必要时应对蜂窝构件端部加焊实腹段[9]，对节点域采取补强措施，以使框架具有更好的受力性能.
4.4预按等刚度原则设计出相应的实腹式框架，以比较扩高前后框架抗震性能的差别.
参考文献：
[1]郎婷，赵滇生.蜂窝梁的强度和刚度研究[J].浙江工业大学学报，2005，33（5）：538-543.
[2]Finite element analysis of castellated beam maximum moment capacity Jia, Lian-Guang (School of Civil Engineering, Shenyang Jianzhu University); Xu, Xiao-Xia; Kang, Xiao-Zhu Source: Shenyang Jianzhu Daxue Xuebao (Ziran Kexue Ban)/Journal of Shenyang Jianzhu University (Natural Science), v 21, n 3, May, 2005, p196-199.
[3]李青山.圆孔蜂窝节点的有限元分析.硕士学位论文，沈阳建筑大学，2007.
[4]谭建国.使用ANSYS6.0进行有限元分析.北京：北京大学出版社，2002.
[5]王国强.实用工程数值模拟技术及其在ANSYS上的实践.西安：西北工业大学出版社，1999.
[6]李国强.多高层建筑钢结构设计[M].1版. 北京：中国建筑工业出版社，2004.
Abstract： To the wheel and the rail track vehicle special vehicle in mutual contact problems， combining with the theory of Hertz contact， improved calculation factor. The three-dimensional model is established， and the finite element analysis on the model， get the displacement and stress cloud chart. The mathematical optimization model is established to optimize the result. Combined with examples to illustrate.
Keywords： Contact analysis Optimization model Optimization analysis
1.概述
本文主要针对轨道车辆车轮与轨道之间的接触问题建立模型，确定接触问题为刚性和柔性接触。对于高度非线性问题，运用ANSYS分析工具，在确定接触区域及接触时间前提下，仿真分析得到位移及应力的云图，运用改进接触分析计算因子，通过建立优化模型，对结果进行优化处理。
2.构建模型简图及确定相关参数通过调节优化参数的数值后，在施加载荷相同的情况下，车轮直径一定的情况下，车轮和轨道截面的厚度在约束范围内越大，应力造成的破坏范围越小，最大应力的数值先减小，后增大，位移所显示的形变量越小。当车轮和轨道截面厚度一定，车轮直径在约束范围内越大，最大应力先减小后增大，位移显示的形变量较大。在厚度选择26.82mm接近27mm，轮径在接近1050mm时，整个最大应力小，形变小，符合优化要求。
6.结束语
本文在分析轨道车辆轮轨接触问题中，构建刚柔接触分析模型，以实际车型设定相关参数，ANSYS软件对模型仿真分析处理，对于处理结果，构造优化模型，确定优化函数，运用改进算子的零阶法对模型进行处理，得到较为精确的仿真结果。
参考文献：
[1]张雪珊，肖新标，金学松.高速车轮椭圆化对车辆系统行为的影响[J].机械工程学报
2010，46（16）：67―73.
[2]侯传伦.翟婉明.邓锐. 曲线磨耗状态下轮轨弹塑性接触有限元分析[期刊论文]-中国铁道科学2009，30（5）
[3]金学松，温泽峰，王开云.钢轨磨耗型波磨计算模型与数值方法[J].交通运输工程学报， 2005，5（2）：12～17.
[4]张卫华. 空间状态轮轮（轨）接触点计算方法[期刊论文]-中国铁道科学2006，27（4）
