支架设计论文(6篇)

支架设计论文篇1

关键词：自升式钻井平台；冲桩管；支架；有限元

中图分类号：TU41文献标识码：A

1引言

随着全球经济的发展，人类对油气资源需求与日俱增，陆地上石油资源日益枯竭，人们目前开始把目光逐渐转移到海洋领域之中，并加快了海洋工程的迅猛发展。自升式钻井平台是目前海洋工程钻采装备的主流产品，其数量超过钻采装备数量一半以上。桩腿、桩靴为自升式钻井平台主要承力单元，桩腿强度评估是平台整体性能的一个重要指标，桩腿、桩靴除起支撑功能外，冲桩管作为其附属结构，在平台升降过程中，亦起到至关重要的作用，冲桩管可以冲刷桩靴表面淤泥及海洋吸附生物，保障提升效率及桩靴、桩腿结构安全。如果平台冲桩系统发生故障，仅靠锁紧升降单元强行拔桩，导致平台事故概率较大。因此，为保障冲桩管安全作业，冲桩管及其支撑结构强度分析意义重大。本文结合目标平台对冲桩管及其支撑结构设计理论进行探讨，并结合SESAM有限元分析软件对结构强度进行分析，给出一套高效精确的冲桩管设计方法。

2冲桩管设计

2.1冲桩管壁厚计算方法

（1）计算承内压管壁厚不小于按照公式a：根据管子外径计算所得最小壁厚；

b：根据管子内径计算所得最小壁厚.

直管截面的最小壁厚按公式c：

（2）以下术语用于直管的压力计算

（3）管材为GB/T5312-99，碳钢410-I级，按照以下物理性能选取：

（4）参照表1数据，利用上述公式计算冲桩管路的壁厚：Φ140×12碳钢410-I级

2.2冲桩管方案设计

桩靴上应设置一套双冲桩系统，冲桩系统由桩靴下表面喷冲管线和桩靴上表面喷冲管线组成。（如图a）桩靴下表面喷冲管线设2组各6个喷嘴，桩靴上表面冲泥管线设2组各6个喷嘴，2组喷嘴位置错开布置（如图b）。同时增设一组6个喷嘴在桩靴侧面（如图c），此喷嘴设计也是设计的一个创新点，并送审CCS船级社得到认可。

每个桩腿上都装有两根125mm的立管（工作压力104bar），的均带有足够数量的出口以便在任何高度都能进行冲桩。其中左右桩腿冲桩管之间设置一个导管作为扬水管滑动的导轨（如图d）。

2.3冲桩管支架设计

2.3.1冲桩管支架主要是依据以下设计原则：

（1）冲桩管支架本身要起到固定冲桩的作用，由于本平台桩腿采用K字结构形式，桩腿支架横梁距离L原大于正常管路直管段支架要求，因此，在本项目设计过程中重新设计出一种新型的支架形式。保证冲桩管路本身的强度支撑，要保证冲桩管在桩腿上面任意位置的牢固性、可靠性。

（2）冲桩管支架设计必须保证潜水泵及扬水管在桩腿上下滑动的顺畅型，要求对本设计设计尺寸及结构形式必须要准确，否则将影响平台整个冲桩管使用及潜水泵的正常使用。防止扬水管固定支架和冲桩管支架相互碰撞导致在平台升降过程及海水泵提升过程发生安全事故。

（3）冲桩管支架设计选择材料EH36、厚度12.5mm，根据相关设计要求和规范，进行冲桩支架结构形式的设计，然后运用AvevaMarine12、AutoCAD、SESAM软件进行几何建模、有限元建模、设计工况强度分析，并不断进行结构设计改进以取得最优化的设计参数，最后本文支架如图2形式。

3冲桩管有限元强度分析

3.1冲桩管有限元建模

采用SESAM软件对冲桩管路及支架建立单元模型。

3.2载荷分析

3.2.1重力及浮力载荷

包括平台冲桩管、冲桩管支架、扬水管及潜水泵的重力和浮力。

3.2.2风载荷

参考海上移动平台入级规范2012版，相关章节设计载荷风力载荷的计算公式：

公式中，P=0.613v2（Pa）为风压；S为受风构件正投影面积；Ck为暴漏在风中的形状系数。分析中将计算所得风载荷均匀分配到各个构件参考点上。

3.2.3波浪及海流载荷

参考海上移动平台入级规范2012版，相关章节设计载荷中波浪载荷可用莫里逊（Morision）公式计算。莫里逊公式的一般形式为：

式中：小尺度构件垂直于其轴线方向单位长度上的波浪力；FD——曳力，KN/m；

ρw——海水密度，t/m3；A——单位长度构件在垂直于矢量方向上的投影面积，m2/m；CD——曳力系数；CA——附连质量系数；CM——惯性力系数CM=CA+1；

V——单位长度构件的体积，m3/m；u——垂直于构件轴线水质点速度分量m/s；当海流与波浪联合作用时，为波浪水质点的速度矢量与海流速度矢量之和在垂直于构件方向上的分量；——垂直于构件轴线水质点加速度分量，m/s2；——垂直于构件轴线构件速度分量，m/s；——垂直于构件轴线构件加速度分量，m/s2。CD和CM为经验系数，在波动流中，CD和CM不仅与雷诺数Re和构件表面相对粗糙度有关，还与库尔根-卡培数Kc有关。本文设计选取拖拽系数CD=1.0，惯性力系数CM取1.8。

3.2.4计算工况选择

（1）平台气隙12.5m时，扬水管最大入水深度36m，供计算参考并适当加载外部工况，已确认支架位置是否满足强度要求。

（2）扬水管所处平台漂浮状态最大高度位置距主甲板面55m，供计算参考并适当加载外部工况，已确认支架位置是否满足强度要求。

3.3计算结果分析

本文对两种工况下的结构强度进行分析，计算结果表明，本文设计的冲桩管路及相应支架设计在各种工况条件下应力均小于对应的许用应力，结构强度满足安全性要求，相当应力如图3、图4和图5所示：结构最大应力和许用应力见表2.

4结论

通过对本文冲桩管设计及强度方法校核研究得到以下结论：

（1）利用AvevaMarine12软件可以方便、快捷的完成冲桩管路的布置和冲桩管

支架的设计方案模型的建立。

（2）借助SESAM有限元软件对自升钻井平台在最恶劣的自然工况下的载荷强度校核。对计算结果和设计最大载荷要求值进行对比分析。结果表明，本文设计的冲桩管设计及强度满足自升式钻井平台在风暴和钻井作业载荷工况下强度要求。

（3）本文主要是针对自行设计平台冲桩管路设计及强度校核方法的一种探讨，冲桩管路在整个平台设计中占据相当小的分量。但在平台整个使用过程中却具有不可替代的作用。因此，本文认为自升式钻井平台在各个部件的设计都应该充分考虑安全性、可靠性。安全性、可靠性是平台设计第一准则。

参考文献：

支架设计论文篇2

【关键词】支架式教学模式高中化学课堂教学设计实践

0.引言

在新课标要求下，教育改革不断升入，高中化学教学需要顺应现代教育的发展需求，培养学生的综合化学素养。但是，在目前高中化学教学中，仍然存在较多的问题，急需要对这些问题进行解决，以便提高教学效率。而支架式教学模式可以有效地解决这些问题，能够以学生的实际情况进行分析，突出学生的主体地位，激发学生的学习兴趣，促进教学效率的提高。

1.支架式教学模式下化学课堂教学设计

1.1基本原则

首先，以学生为主。目前，教育改革需要确保教学以学生为主体，帮助学生学习教学观念，准确把握教学起点，并贴近学生的生活实际，充分尊重学生的个体发展，满足学生的学习需求。在支架式教学模式下更应如此，从而可以激发学生的学习兴趣，确保学生积极参与到教学活动中来。其次，以问题为中心。学习主要是一种认知过程，在进行支架式教学的时候，主要以问题为主线，逐渐引导出教学内容。引导学生对问题进行探究，从而获取新知识与新方法、新思想等[1]。

1.2基本流程

在支架式教学模式下的教学设计中，需要对教学目标进行设计，其次对教学内容与情境进行设计，再次需要对支架进行设计，对合作学习进行设计，最后对评价进行设计。通过一系列的教学设计之后，可以确保化学课堂根据计划执行，以便确保教学的条理性与系统性。

2.支架式教学模式在高中化学教学中的实践分析

2.1支架式教学模式在化学基本概念教学中的实践

高中化学基本概念是化学的重要内容，其主要是将化学现象与事实通过系统的分析、归纳与总结出来的理性知识，主要反映出化学现象与事实的本质。该知识是学生必要掌握的，并且也是难点。由于其概念知识比较抽象、枯燥，不容易被学生直观的理解，因此，在概念教学中，可以采用支架式教学模式，帮助学生建立知识框架，更好地理解与掌握化学基本概念[2]。例如，在“氧化还原反应”知识教学中，需要优先对其教学进行设计，在设计教学目标时，主要目的是对氧化还原反应的概念进行了解，并明确其本质是电子的转移过程，掌握其在实践中的应用。教学重点在于从化合价升降角度来了解其本质；难点在于对氧化还原反应本质的了解与掌握。其教学过程主要以逐层搭建支架为主，可以通过生活中的实例来创设教学情境，并对反应概念进行引出，从而构建氧化还原反应的本质内容，可以让学生以小组合作或者独立探究的方式来获取知识，并帮助学生将其运用到实践中。

2.2支架式教学模式在化学元素化合物教学中的实践

元素化合物知识是高中化学知识中的基本知识，在改善人们生活条件方面具有较大的作用。由于元素化合物知识较多，记忆性较强，可以通过创设真实的教学情境，帮助学生获取更好的知识[3]。例如，在“硫与氮氧化物”教学中，可以通过对二氧化硫与大气污染知识进行支架式教学设计，设计的教学目标包括硫酸型酸雨的概念、原因、危害以及防止措施等进行了解，并掌握二氧化硫的物理性、用途以及化学性质。重点在于二氧化硫的化学性质，难点在于酸雨的原因与防治措施。可以通过支架式模式来创设教学情境，以便测定酸雨的PH值，并搭建支架来探讨酸雨的形成因素，之后通过试验探究其形成过程。可以通过小组合作学习，共同探讨酸雨的危害以及化学相关知识点。教师可以根据重点城市空气质量情况以及国内酸雨危害视频与图片等分析我国酸雨分布情况，并逐渐引导出本章节的知识点。可以通过模拟酸雨的小实验让学生了解酸雨的形成过程与化学反应原理，确定其形成原因，并对其进行防治。通过支架式教学模式，可以让学生更加直观地理解酸雨的形成过程，对其化学相关知识点进行理解，从而可以有效地提高教学效率。

2.3支架式教学模式在化学基本理论教学中的实践

基本理论与基本概念均属于程序性的内容，其主要是通过物质结构理论以及化学反应等理论的学习，来培养学生的化学基本理论知识体系，并逐渐形成微粒观、结构观以及平衡观等理念。例如在化学反应速率与限度的教学过程中，需要对“化学反应限度”这一基本理论进行支架式教学设计，其设计的教学目标包括该理论的概念以及特点、性质等，理解反应达到最大限度的特点与本质。其教学重点在于其概念与化学平衡状态的建立，而难点在于其本质以及达到化学平衡时的特征。在教学设计的时候，可以有效地搭建问题支架，需要创设出良好的问题情境，以便正确地引导学生发现问题，探索问题，并逐渐引出“化学反应速率与限度”的概念，并对自身不懂以及质疑的地方进行提问，之后教师可以将学生的问题进行分组讨论，学生通过小组合作学习，对其相关概念与知识框架进行构建与理解，并逐渐掌握该知识点。同时，对其实际运用进行有效的探讨，以便提高自身的实践运用能力。在教学设计的时候，可以围绕二氧化硫与氧气反应生成三氧化硫、一氧化碳与氧气反应生成二氧化碳这两个反应进行分析，其中各个物质的量会随着时间的变化而发生变化。教师可以通过这两个反应将其概念引导出来，并进一步提出相关问题，让学生对其概念与特点进行熟练掌握。之后逐渐建立自身的概念体系框架，将其运用在实践中。可以通过支架式教学模式来帮助学生对化学内容进行深入的理解，简化内容，以便确保学生更加容易理解。并培养学生探究、分析问题的能力，以及知识迁移能力。

3.总结

在高中化学教学中，通过采用支架式教学模式教学，可以有效地激发出学生的学习兴趣，简化教学内容，确保学生更好地掌握教学知识，能够有效地促进教学效率的提高。在今后的教学过程中，教师还需要不断地探索，不断地改进教学方法，以便顺应时代的需求，促进教学水平的提高。

【参考文献】

[1]张炳林.支架式教学法及其在高中化学教学中的运用研究[J].教育技术导刊，2013，23（9）：98.

支架设计论文篇3

在信息技术教育中，你或许会遇到如下问题：在机器人部分中，硬件的介入让课堂难以掌控；在程序编写模块中，多层次的生源差异让教学设计推进颇有难度；在当下教学理念不知该如何在设计中得以实施；在高大上的学科理论找不到合适的载体而无法进行深度探寻；在新内容、新技能短时间寻不到参考的案例......或许，我们可以助你一臂之力。本栏目旨在探寻信息技术学科的教学途径，深度挖掘学科教学设计的有效形式，为教学实践者们创设符合个人教学要求的信息技术高效课堂。

教学现场

江苏省南京市琅琊路小学的刘凯晨老师在设计《人体红外传感器》一课中，遇到了这样的问题：“该课的教学重点是有关人体红外传感器的设置与使用，我将传感器安置在OSTD物联机器人的机身上进行实验，用人体红外传感器做成小车的人体检测装置，当有人靠近时，倒车中的小车可以立刻停下，以保护人的安全。但是在试教的过程中，我发现课时不足，课堂前三分之二的时间内，有的学习小组顺利完成了程序的搭建，有的小组却无法完成‘小车倒车检测停车’程序的编写，导致实验无法继续推进，最终学生的达成率不高。这样的情况该如何解决？”

问题分析

上述刘老师所面临的问题，在信息技术教学中常常会遇到。中小学的信息技术常规课中，大部分的内容均在一节课的时间内完成。像⒗鲜δ茄，因搭建程序的过程较为复杂、操作方法较为繁琐、达成作品的形式耗用时间较多而影响学生作品达成率的情况，在教学中屡见不鲜，令不少教师甚为苦恼：文字处理单元中，因学生的输入速度差异，让某些作品呈现效果受限；画图单元中，学生的手绘技能水平差异，导致部分画面效果无法出现；多媒体制作单元中，前一节课的作品未能及时保存或者没有准备素材，影响到本节课的新授内容继续制作。下面我们就针对这一类教学问题展开基础教学理论分析及教学实践设计。

通常，中小学信息技术常规教学内容给予了教师较为宽泛的二次加工处理的余地，但也带来了一些设计中的困惑：知识点本身的内容过于零碎，难以发现其教学重点；教学设计的难度不符合学情要求，导致各类矛盾的凸显。不同的问题，教师可以寻求不同途径进行解决，对于上述教学中出现的程序搭建达成率不高的情况，教师可以借鉴半成品加工的方法，为学生搭建一定的学习支架，帮助学生进行知识的建构。

有关学习支架理论的界定

学习支架是以维果斯基的最近发展区理论为基础的一种新的建构主义的教学模式，它是指通过支架（教师的帮助）把管理学习的任务由教师逐渐转移给学生，最后撤去支架。在支架教学中，教师作为文化的代表引导着教学，使学生掌握、建构、内化那些能使其从事更高认知活动的技能。这种技能与其年龄和认知水平相对应，使其掌握该技能后，可以更多地对学习进行自我的调节。

信息技术学科视域下的学习支架是与学科的学习要求相对应的，是通过信息技术特有的技能型优势安排和设置的，具有信息技术学科特点的支架形式。它立足于学科的核心素养，衍生于学习者的原有认知情况，是由教师和学生共同实践的教学元素。其目的是追求教学效益的最大化、课堂效能的高效化、教学主题的突出化。

信息技术教学设计中的学习支架分类

从使用目的来看，学习支架可以分为接收支架、转换支架和输出支架。

接收支架用来帮助学生整理、筛选、组织和记录信息，引导学生关注重要的东西，提高学生搜集与发现信息的效率。转换支架帮助学生转换所获得的信息，使所学的知识更为清晰、易于理解，或使劣构的信息结构化。输出支架帮助学生将学到的、理解到的、创建的东西转化为可见的事物，如电子文档、演示文稿等。这些支架能够帮助学生在创作或制作他们的学习产品时，遵循特定的规定或格式。

从服务对象来看，学习支架可以有更多的分类，常见的有为“分解知识点服务”而设计的学习支架、为“便于学习者自我学习服务”的学习支架等。例如，以服务对象的使用目的为对象，学习支架可分为三种：

①为理解概念服务的支架，即通过更易于学习者理解的呈现形式，让认知目标达成率提高；

②为提升项目主题的支架，即通过合适的载体，让练习过程具有更强的针对性，突出教学重点内容的习得；

③为量化评价过程服务的支架，即通过适宜的方式，让评价的手段更丰富，评价的结果更直观、准确。

信息技术教学中实施学习支架的方式

下面，我将以上述教学问题为例，以学习支架的服务对象在具体信息技术课例中的使用途径为研究对象，探索在中小学信息技术教学中运用学习支架的方式。

方式一：“为解析概念服务”的支架，以正、反例学习支架为例

信息技术教学过程中，有的概念源自计算机专业术语，有的概念阐述并不严谨，有的则很难找到确定的概念描述，以至于学生理解某些概念时，会出现只能意会无法言传的尴尬，导致部分内容无法深入理解。例如，计算机概念界定中，主机和显示器合二为一的“一体机”和“PAD”，如何区分其属性？这就是典型的较难理解的概念内容。因此，我们可以通过某些具体的正例、反例对比的方式，绕开概念本身的理论界定，而通过对其使用情况的感性认识，来理解究竟何为计算机。

（1）原设计

教材中的概念：现代一种用于高速计算的电子计算机器，可以进行数值计算，又可以进行逻辑计算，还具有存储记忆功能。是能够按照程序运行，自动、高速处理海量数据的现代化智能电子设备。

（2）问题核心

概念讲解了计算机的作用，却没有呈现必要的实际使用意义，无法让中小学生理解何为计算机。

（3）改进型设计

流程一：展示计算机基本结构原理图，如上页图1所示。

流程二：提供正例，如表1所示。

流程三：提供反例，如表2所示。

教学评析：通过具体的指标分析，帮助学生理解“计算机”概念的核心内容，使其在正反例的对比中进行感性经验的积累，从而形成自我的认知判断标准，丰富个体的经验积累。这种学习支架对解析概念尤为有效。

方式二：“为提升项目主题”的支架，以半成品加工型学习支架为例

半成品加工型学习支架借用了工业中产品加工的名词，意为通过对部分学生预设完成的作品进行部分的事先设计，让学生借助已经“做了一半”的学件进行重点部分的作品达成。在半成品加工的过程中，是对预计应呈现的学件进行仔细的筛选，选择出非本课重点内容，但耗用时间过长的部分进行预先加工，留出重要的、体现本课教学重点的部分给学生进行重点的练习。该形式对因课时问题无法达成预设的作业的内容尤为实用，是信息技术教学中较为常见的学习支架形式。

（1）原设计

在上述《人体红外传感器》一课中，教师的原设计是学生从熟悉软件界面开始，全部的程序均由学生现场编写，以体现学生掌握全部程序的理念。然而，借班试教中发现，学生认识界面和认识红外传感器原理耗用了三分之二的n时，最终教学任务未能顺利达成。

（2）问题核心

因学情基础差异较大，在实际教学中，尤其是借班上课的情况下，很多学生为零起点，初次接触该编程平台，导致无法在有限的课时里完成程序的编写，影响了后期学习的推进。

（3）改进型设计

教师首先将机器人小车正常后退的程序编写好，并将其作为“半成品程序”发给学生，让学生继续编写本节课的重点内容“人体红外传感器”的脚本，并加入到该半成品中，从而完成一个完整的小车倒车中遇人停车的活动。

教学评析：在部分作业操作内容较多的情况下，半成品素材可以帮助学生更好地解决本节课中较为重点的内容，这样既让认知过程更为高效，也使学生能够全面知晓本节课重点学习的知识点。这样的半成品学习支架在“编程单元”“画图单元”等模块中使用较多。

方式三：“为量化评价过程服务”的支架，以内网动态网站、“问卷星”等软件工具型学习支架为例

教学过程的评价是否有效是一节信息技术课成功与否的重要维度。对于教学设计而言，检测学生的学习情况，需要借助量化的学习支架，避免过于感性的、笼统的评价指标，因此，教师要用数据和量表即时地反馈学生的学习情况，并进行更为客观的教学评价过程，如“问卷星”在线调查工具、主题网站的动态数据库等，根据实际需要选择适合的学习支架。

（1）原设计

《机器人沿线走》一课为典型实验操作课，教学中，需要学生现场完成机器人巡线行走的实验。原设计中，教师安排了对“机器人完全在线上”“机器人偏左”“机器人偏右”三种情况进行实验分析，预设学生可以初步完成机器人沿线走的活动。但在实际教学中，学生会出现各种问题，因为程序自身难以描述，故难以说明自己遇到的实际情况，导致实验达成率不高。

（2）问题核心

该教学过程中，学生的活动评价不能准确地传达给教师，以至于教师不能及时地对其进行必要的帮扶，影响了后期学习过程的深入。如果我们能设计出一个准确评价学习问题的支架，及时地洞悉问题出现的原因，由教师进行相应的学情处理，则可提高课堂学习的效益。

（3）改进型设计

评价过程的量化和具象化可以通过一定的学习支架得以体现，本课遇到的问题可以采用各类适合在网络计算机教室里进行的技术形式进行评价，使学习过程本身能够及时地传递学生的学习需要，给予教师同步调整和改进的机会。

教学评析：该课采用的是以内网架构的动态网站及时提交数据库的形式进行的学习评价支架，通过在线的学生信息反馈（如图2），教师不仅能通过眼睛来观察学生的学情，还可以借助技术支架进行更为准确的评价检测，了解全体学生的实时学习情况。通过这样的学习支架，学生可以更好地对自我的学习情况进行评测，以便于在后续学习中，明确自我的学习指向。

学习支架理论的实施关注点

本文是从学习支架服务对象的范围来进行研究的，在设计使用学习支架的过程中，要留意几个细节。

1.“真伪”学习支架的甄别

学习支架是为提升学习效能而设计的，其目的明确指向学生。普利斯里等人为“支架”所下的定义是根据学生的需要为他们提供帮助，并在他们能力增长时撤去帮助，所以教师在使用学习支架前，务必核实教学内容是否符合学习支架的概念，切勿为了锦上添花而过犹不及。

2.避免“过度”使用学习支架

学习支架的使用形式较多，在设计中，应遵循因需而设的原则，帮助学生在适宜的情况下使用学习支架，但当部分学习内容可以运用更为简易的形式而达到学习目标时，教师应采用教学效益最佳性价比的原则进行选择，切勿走入“为了支架而支架”的误区。

3.选择最佳支架形式

支架设计论文篇4

关键词：撒砂支架；有限元；疲劳；优化

中图分类号：TQ028.3文献标志a：A文章编号

引言

砂管支架断裂存在较大的安全隐患，所以对撒砂支架结构进行有限元仿真计算分析能够应力分布状况并根据此进行结构改进，达到设计要求。

1支架结构形式

该支架主体部分由8mm、10mm厚的板构成，安装在转向架下端。支架具体结构如图1.1所示。

1.1支架有限元模型

简化螺栓连接，将支架上端简化为全约束，将支架中间设备设为集中质量，生成计算模型。采用四面体10节点体单元[1]对实体模型进行离散。计算模型中节点总数为385047个，单元总数为240571个。

1.2支架基本计算载荷

该支架安装在转向架上，强度计算参考BSEN13749-2011铁路设施.转向架结构要求[2]的规定方法。超常载荷包括最大垂向加速度=±20.0g；最大横向加速度=±10.0g；最大纵向加速度=±5.0g。疲劳载荷包括垂向加速度=±6.0g；横向加速度=±5.0g；纵向加速度=±2.5g。

1.3支架载荷工况

将超常载荷、疲劳载荷以及实际运行情况对这些载荷的组合采取以下工况。

工况一：最大正向垂向加速度；工况二：最大反向垂向加速度；工况三：最大正向纵向加速度；工况四：最大反向纵向加速度；工况五：最大正向横向加速度；工况六：最大反向横向加速度；工况七：疲劳正向垂向加速度；工况八：疲劳反向垂向加速度；工况九：疲劳正向纵向加速度；工况十：疲劳反向纵向加速度；工况十一：疲劳正向横向加速度；工况十二：疲劳反向横向加速度。工况一～六为超常工况，工况七～十二为疲劳工况。支架与转向架构架连接处简化为全约束。

2强度评定依据

砂箱材质为Q235B，按照GB/T700-2006《碳素结构钢》标准和古德曼材料疲劳应力曲线该材料的机械性能如表2.1示。在强度评价中采用第四强度理论导出的等效应力（又称VonMises应力）来评价[3]，此等效应力不得超过相应计算工况的许用应力。第四强度理论的含义是：在任意应力状态下，材料不发生破坏的条件是：

3强度计算分析

3.1计算结果分析

各工况的最大应力（即VonMises应力，下文同）及出现位置见表3.1。后四种工况下焊缝处应力很大不满足许用应力上限，根据模型在更工况下的受力特点将模型部分进行修改如图3.1所示。

3.2改良模型计算分析

模型修改后各工况的最大应力及出现位置见表3.2。修改后模型满足所有工况条件，所有工况的最大应力值比原模型减小。

4结论

原模型无法达到设计要求，根据原模型的计算结果进行针对性修改，改良后模型满足所有工况条件，在疲劳横向加速度工况下应力最大减小46.25%，且模型总重量也有所下降。

参考文献：

[1]王新敏，ANSYS工程结构数值分析[M].北京：人民交通出版社，2007，135-145.

支架设计论文篇5

[关键词]材料力学;案例;教学

[中图分类号]G642[文献标识码]A[文章编号]2095-3437（2016）11-0165-03

材料力学是机械类专业的一门重要技术基础课程，主要研究变形体受力后发生的变形，及由于变形引起的附加内力及应力，和由此而产生的失效。其任务是在满足强度、刚度和稳定性要求的前提下，为设计既安全又经济的构件，提供必要的理论基础和计算方法。[1]教学中要注重理论和方法的实际应用，因此除了完成基本的直接应用公式求解的教材例题和习题外，需要还原教材上例题或习题的原貌，其中结合实际案例展开教学是有效的途径，这不仅开阔学员的视野，更重要的是加深基础理论的理解，掌握理论指导实践的思路，提高学员运用所学知识发现问题、分析问题、解决问题的能力，为专业课程的学习、毕业综合设计打好基础。本文介绍在教学中引入案例时应把握的五个步骤，并选择武器和生活中的两个案例进行具体设计。

一、案例的设计思路

案例来源于生活、工程、武器装备等领域[2]，教学中主要分为课堂分析案例和课下学员自行分析案例两类。教员在课堂上展开分析的案例，结合教学内容，分析要全面透彻，引导学员理解各个环节;请学员分析的案例，要在开课时就给出，让学员根据自己的兴趣至少选择一例，带着问题进入课程的学习，根据教学进度进行具体分析，到结课时给出自己的分析答案，具体成绩计入平时分。

教学中学员对案例很感兴趣，但是要真正进行建模分析时，又会遇到困难而失去积极性，为此教学中选择好案例后，设计时要逐步推进，每个案例一般要把握好五个步骤，具体如下：

第一步：案例背景

通过查阅相关专业书籍、关注新闻报道，浏览网络资源等途径，发现问题整理案例，主要利用文字、图片、照片、视频等形式，来阐明案例的发生及其危害，使学员感到问题的真实性，来激发学员的兴趣点。

第二步：问题提出

为了克服由于问题太难而打消学员的积极性，所提问题要由易到难，逐步分层进行。因为提出问题往往比解决问题更重要，也可增加学员自己提出问题的环节，如感到所给问题有难度，自己可以给出相关的简单一些的问题;也可给出所提问题分析后，提出其他相关题目，供大家探讨分析，若所提问题很好要给予鼓励，计入平时分。总之，问题的设计是要学员从一个案例的分析中理解多一些、全一些。

第三步：建立模型

分析案例的特点和问题的要点，抓住主要因素，忽略次要因素，画出力学简图，将问题和所学理论建立联系，应用相关知识、公式、方法，进行理论分析或计算。

第四步：分析原因

由理论分析结果定性分析案例问题发生的可能原因，提出避免事故发生、设计或使用维护时应该采取的措施。

第五步：扩展内容

提供相关的扩展阅读内容，或者提出深层次的问题等等，供学员进一步深入思考或探索，目的是培养学员的问题意识，逐步养成发现新问题，提出新想法的思维习惯。

二、案例：空调外机支架的安全性分析

（一）案例背景

据了解，我国第一波空调安装高峰期大约在20世纪90年代中后期，2000年开始在城市全面普及。空调及外机的安全使用年限约为10年，支架一般在5-6年后就应更换，而现实情况却令人担忧。几乎每年都有空调支架出现问题的报道。

2002年12月12日，湖南省邵阳市……;2008年6月10日晚，福州平潭……;2014年7月，因空调支撑架断裂，一维修工人在上海某小区维修空调时从3楼坠亡！图1是出现问题的某空调支架。

（二）问题提出

1.常见空调支架如图2，根据空调及支架的受力情况，简化力学模型，分析支架横梁和立柱连接螺钉的应力。

2.从图3上不难看出，在高高悬起的支架上，随着时间的推移，用来固定空调室外机的支架与墙面不能完全贴合，并且连接墙面的螺钉也发生弯曲变形。（1）试简化模型分析图片中螺钉的应力;（2）提出安装空调外机及支架的合理建议。

（三）建立模型

问题1的模型如图4（a），设三个螺钉的直径均为d。

将载荷向螺钉群截面形心简化为一个力F′和一个力偶M，其中M=Fl。

力F′由三个螺钉平均分担，各螺钉承受的竖向剪力均为Fa1=Fb1=Fc1=。

力偶M使三个螺钉产生切向剪力，由直角三角形各边的比例关系和力矩的静力学关系，可解得各螺钉的切向剪力分别为Fa2=Fc2=，Fb2=0，方向如图4（b）。

各螺钉的总剪力分别为：Fa=Fc=，Fb=，剪力方向如图4（b）。显然最上和最下螺钉的剪力最大，其切应力也最大。

问题2的模型如图5，两个螺钉将支架的立柱与墙体连接。

两个螺钉内为拉应力，下侧支架立柱与墙体之间产生压应力，设受压长度为x，若下部有螺钉，螺钉也不受力，所以实际立柱上有孔也不安装螺钉。假设单个螺钉上的受力均匀，螺钉群应力分布为直线规律，如图5，中性轴处应力为0。

设螺钉的横截面面积为A，按应力分布假设可知，中性轴以下没有螺钉。

上侧螺钉的拉应力最大，为：

其中M是空调重量引起的力矩。

支架立柱与墙体的最大压应力在下边缘，为：

（四）分析原因

问题1的理论分析告诉我们，若是间距相同的三个螺钉，其中最上和最下螺钉的切应力最大，那么危险性也就最大。为避免事故发生，一定要选择符合要求的螺钉，按要求安装足够的螺钉个数。

问题2的理论分析告诉我们，支架立柱与墙体间的螺钉中最上边的螺钉受力最大，因此看到最上边的螺钉比下边的螺钉松动的要严重。

实际中由于空调支架在室外，若是铁架或不合格产品，时间长了容易生锈，这也是造成空调支架断裂的原因之一。

（五）扩展内容

1.为什么有的空调支架上在中间部位可以挖有圆孔，如图6，圆孔的大小应满足什么条件？

2.推荐电视台关于“旧空调支架牢不牢”的实验视频，或电视台制作的关于“空调外机支架安全吗？”节目，供学员观看，进一步了解支架的安全情况。

3.实际生活中，如何做才能避免“祸从天降”呢？

2012年4月19日，中国家电服务维修协会了《空调器室外机安装用支架规范》。其中对空调外机支架的厚度、防锈度、紧固件规范以及支架检测规范都做出了具体规定，如支架使用的材料必须是3毫米以上的角钢或镀锌钢板、空调支架的承载能力不能低于空调器机组自重的4倍，并明确指出，支架使用寿命不得低于空调本身的使用寿命，即10-12年。……

三、结语

案例教学是将理论用于实践的有效教学模式，案例的选择是长期性的工作，案例的编写设计是保证教学效果的关键，必须要注意由浅入深，挖掘问题内涵，逐步建模分析得出案例的可能原因。另外案例的完成需要教员的努力，更需要学员的参与，相信经过师生的共同探索、研讨、完善，会建成丰富的材料力学案例库，材料力学的案例教学会将材料力学的教学改革推向深入。

[参考文献]

支架设计论文篇6

【关键词】四大管道；支吊架；设计；检验

Thedesignprinciplesandinspectionmethodsoffourmainpipes’supportsandhangersforpowerstationboilers

TangQi

（ZhejiangSpecialEquipmentInspectionandResearchInstitute，ZhejiangHangzhou310020）

Abstract：Thispaperfocusesontheissuesaboutfourmainpipes’（mainstream，hotreheatsteam，coldreheatsteamandfeedwater）supportsandhangersforpowerstationboiler.Thedesignprinciples，typesofpipesupportsandhangersandthetheoryofpipestressanalysisaresummarized.Meanwhile，themainflowandcontentsofinspectionmethodsareexpressed.Thecommonproblemsandsolutionsduringtheinspectionarealsopresented.

Keywords：fourmainpipes；supportsandhangers；design；inspection

1.概述

电站锅炉中，主蒸汽、高温再热蒸汽、低温再热蒸汽和给水管道并称为四大管道。这些管道长期在高温高压状态下运行，其安全性能主要取决于运行状态、管道材质以及受力状态，运行状态和管道材质都是由工作要求来决定的，而受力状态则主要取决于管道布置及沿程支吊装置的设置。支吊架是管道系统的重要组成部分，其主要作用是承受管道荷载、限制管道位移和控制管道振动。随着大容量、高参数机组的不断发展，四大管道的管径、壁厚及保温层厚度都随之增加，这就对这些管道上的支吊架提出了更高的要求。如果在一组支吊架中出现部分支吊架过载或失效，将造成管道各支吊点工作载荷发生转移，使得整组支吊架不能按设计要求运行，从而引起管道局部应力增大造成裂纹或破损，从而严重威胁机组安全。因此，对支吊架进行合理设计与调整，使管道受力均衡，应力水平满足工作要求，消除存在的缺陷和安全隐患，延长管道的使用寿命在近年来越来越受到重视[1，2]。

2.管道支吊架设计与选用

2.1基本原则

管道支吊架的设计主要遵循以下几个原则[3，4]：

（1）按照支吊架设计中对于跨距的要求，控制支吊架间距，以保证其挠度不超过限制。同时支吊架位置的确定还必须考虑现场的实际条件，确保支吊架可生根于钢架结构或地面上；

（2）支吊架的设置还应满足管系的柔性要求，利用管系的自支撑与补偿能力，合理布置及分配支吊架。对于某些有特殊要求的位置，则需利用支吊架有效控制管道的纵向及横向位移；

（3）具体到某一位置的支吊架类型及结构，则应根据该支承点管道材质、保温层厚度、载荷大小与方向及管道位移情况来进行选择。

2.2支吊架类型

管道支吊架类型主要包括承重支吊架、限位支吊架和振动控制支吊架[5]。

承重支吊架主要用于承受管道的重量，包括刚性支吊架、变力弹簧支吊架和恒力弹簧支吊架。刚性支吊架用于管道无垂直位移或垂直位移很小的地方，变力弹簧支吊架用于管道垂直位移较小的地方，而恒力弹簧支吊架则用于管道垂直位移较大的地方。

限位支吊架主要用于限制管道的自由位移，包括限位装置和导向支架。限位装置主要用于限制管道某一方向的位移，导向支架则用于引导管道在某一方向的位移，而同时控制其它方向的位移。

振动控制支吊架则主要用于控制管道的振动和冲击，主要包括减振器和阻尼器。

2.3管道应力分析

管道应力分析的任务是在完成管道走向布置和支吊架位置选择后，计算在外部载荷（自重、温度等）作用下，管道的变形、应力分布及对端点设备的推力是否符合使用条件，从而评估管道使用的安全性。

在管道应力分析中，将管道应力分为两种：一次应力和二次应力。一次应力是指由管道内压、自重和其他持续外载所产生的应力；二次应力是指由热胀、冷缩和其它位移约束而产生的应力。通过管道应力分析，应当保证管道的一次应力和二次应力均在许用范围内[6，7]。

（1）管道的一次应力，不得大于钢材在计算温度下的基本许用应力：

σL=pDi2/（Do2-Di2）+0.75iMA/W≤1.0[σ]t

式中，σL为管道一次应力，Mpa；p为设计压力，Mpa；Do为管道外径，mm；Di为管道内径，mm；MA为管道自重和其它持续外载作用在管道横截面上的合成力矩，N・mm；W为管道截面抗弯矩，mm3；[σ]t为钢材在设计温度下的许用应力，Mpa；i为应力增强系数。

（2）管道的二次应力，应满足以下计算式：

σE=iMC/W≤f[1.2[σ]20+0.2[σ]t+（[σ]t-σL）]

式中，σE为管道二次应力，Mpa；MC为按全补偿值和钢材在20℃时的弹性模量计算的，热胀引起的合成力矩，N・mm；[σ]20为钢材在20℃时的许用应力，Mpa；f为修正系数；修正系数f与电厂在预期运行年限内管道全温度周期变次数N有关。当N≤2500时，f=1；当N>2500时，f=4.78N-0.2。

管道应力计算的对象为即为电站锅炉四大管道，由于计算量较大且计算复杂，管道应力分析一般采用软件（如CAESARII等）计算来进行。应力分析计算时对主蒸汽管道、高温再热蒸汽管道、低温再热蒸汽管道、高/低压旁路蒸汽管道和高压给水管道进行1：1建模。其中主蒸汽管道、高压旁路管道和低温再热管道连接在一起计算，高温再热管道和低压旁路管道连接在一起计算。通过计算获得管道各支吊点的载荷与位移、端点位移和应力分布，从而验证管道设计及使用的安全性。

3.管道支吊架检验

3.1检验流程及主要内容

当电站管道支吊架设计安装完成，管道投用之后，为确保管道长期安全的运行，就应该定期对管道支吊架进行检验。管道支吊架检验流程主要包括资料审查，支吊架热态检查，支吊架冷态检查，管系应力计算，提出调整方案进行工程实施及验收等步骤，主要检查内容如下[8，9]：

（1）资料审查：收集设计资料，包括管线布置图，支吊架明细表和材料汇总表等，绘制管道单线图。逐一对支吊架进行核查，检验实际安装的各支吊架位置、型号是否与设计相符。

（2）支吊架热态检查：在机组正常运行状态下利用望远镜、相机及刻度尺等工具对支吊架进行检验。检查弹簧支吊架内部机构是否卡死，是否存在过载或失载，记录热位移情况；检查刚性支吊架是否失载；检查支吊架管部、根部的连接是否牢固，吊杆偏斜角度是否正常；检查限位装置及阻尼器状态是否正常。

（3）支吊架冷态检查：在机组停炉状态下对支吊架进行检查。检查工具及检验内容与热态检查相同。

（4）管道应力计算：根据管道设计资料结合现场支吊架实际情况对管系进行应力校核计算，为支吊架调整提供必要的理论支持；

（5）综合分析设计资料及支吊架冷热态检验、应力分析情况，提出整改方案并进行工程实施及验收。

3.2检验中的常见问题

支吊架状态异常会导致支吊架功能失效，从而影响管系的峰值应力大小及分布，造成管系局部应力增加且影响邻近支吊架的载荷分布或对端点设备造成较大的推力，影响管道的安全运行。支吊架状态检查中的常见问题[10，11]有：

（1）管道及支吊架位移受阻。管道、支吊架与附近管道或设备卡碰严重，影响管道的正常热膨胀。

（2）支吊架吊杆偏斜严重，吊杆松动不承力，吊杆断裂；支吊架管部或根部出现裂纹、损坏等。

（3）支吊架类型选择不当或使用错误，应使用变力或恒力弹簧支吊架的位置，使用了刚性吊架，造成管道位移受阻，造成管道或支吊架损坏。

（4）变力弹簧支吊架状态异常。弹簧压缩不足，支吊架欠载、甚至脱载；或弹簧过度压缩，支吊架过载。

（5）变力弹簧支吊架安装时的定位销或卡块未拔除，实际上变为了刚性吊架使用，影响管道正常热位移。

（6）恒力弹簧支吊架状态异常。位移指针不在工作范围，指针完全卡在上极限或下极限等，造成载荷转移，影响邻近其它支吊架的受力情况。

（7）限位装置、导向支架、滑动支架异常。限位装置刚性支撑支点脱离，导向支架导向错误、位移受阻，滑动支架滑动受阻、失载等。

（8）阻尼器失效，油系统与工作位移异常，承受管道工作载荷。

3.3主要调整方法

针对在支吊架状态检查中的发现的问题，结合管道应力计算的理论支持，就可以对存在问题的支吊架采取相应的调整维护措施，使其恢复到有效的工作状态[10，12]。主要的调整方法包括：

（1）对于应力分析中发现使用有误的支吊架，应当进行更换和重新选型，满足管系的应力要求。

（2）对热位移受阻的支吊架进行重新设计和安装，保证管道与支吊架、管道与设备不发生卡碰。

（3）对于吊杆偏斜过大，断裂的支吊架，进行重新偏装，生根。对管部或根部出现裂纹的支吊架进行修复或更换。

（4）对于支吊架类型安装错误的，应进行更换，恢复为设计状态。

（5）对于过载或失载的变力弹簧支吊架应调整花篮螺丝，使其恢复至正常工作位置。

（6）安装时未拔除定位销或卡块的变力弹簧支吊架应拔除定位销或卡块，恢复其正常功能。

（7）对于位移指针不在工作范围，卡在上极限或下极限的恒力弹簧支吊架，应当调整花篮螺丝，使其恢复至工作位置。

（8）对于状态异常的限位装置、导向支架、滑动支架和阻尼器，应进行更换和修复。

4.结语

电站锅炉四大管道支吊架的设计与检验正越来越受到重视，是确保电站锅炉安全运行的重要环节。本文主要讨论了电站锅炉上四大管道：主蒸汽、高温再热蒸汽、低温再热蒸汽和给水管道支吊架的相关问题。主要分为两个部分，第一部分是支吊架的设计与选用：总结了支吊架设计的基本原则，列举了支吊架的类型与选用方法，介绍了管道应力分析的原理及作用。第二部分是支吊架的检验：给出了支吊架检验的主要流程和内容，列举了支吊架检验过程中遇到的常见问题，并给出一些了解决方法。

参考文献

[1]谷敬泽.汽水管道支吊架问题分析及调整措施.河北电力技术，2006，25（4）：35-37.

[2]李国斌，张书俊，刘玉春.支吊架零部件重量及吊零方式对弹簧选型和管道应力分析的影响.锅炉制造，2008，1：73-76.

[3]彭进.管道设计中支吊架的正确设置.炼油设计，1999，29（5）：54-58.

[4]陈昊.管道设计中关于管道应力的分析与考虑.科技信息，2009，16：317-318.

[5]刘国印，张兰青.管道支吊架设计及注意事项.价值工程，2010，19：83-84.

[6]黎雄.火电厂锅炉汽水管道应力计算研究.现代商贸工业，2010，8：286-287.

[7]李彦萍.霍州电厂主蒸汽管道应力分析及优化设计.华北电力大学硕士学位论文，2013，1.

[8]李庆钊，马崇，杜筝，于立达.管道应力分析及失效支吊架调整对策.华北电力技术，2008，7：9-11.

[9]杨铮.电站锅炉管道支吊架的检验调整.中国设备工程，2010，8：34-35.

[10]安慧，安付立，韩光辉，王军民.发电机组管道支吊架常见问题分析及处理.热力发电，2012，41（11）：80-82.

[11]赵星海，郑明秀，魏春明，辛国华，倪绍一.火电厂蒸汽管道支吊架失效问题的研究.锅炉技术，2010，41（3）：5-7.

[12]任杰，李世明，任飞.330MW机组锅炉管道支吊架故障分析及调整.发电设备，2013，27（3）：197-199.