计算机在浮桥计算中的应用

计算机在浮桥计算中的应用段明德提要黄耀怡,本文根据公开发表的文献。,对浮桥电算技术的现状作了简要回顾对今后浮桥电结构分析软件的开发进行了深人探讨算技术水平提}伙了建议,提出了一些重要的研究课题,并就进一步提高浮桥电一,浮桥电算技术现状简述我国的浮桥计算己山以前学习采用苏联等国的方法,进步到独立研究。,出版发表了许多论文和专著。但多年来主要是依撇人L手算,,_,结构模则算法均力求简单,,最常用的力学模型。是弹性地基连续梁通过求解微分方程能得到解析解算法是求解五M方程组’但用于分置式桥有误差,另一常用模,型是离散弹性支5J/连续梁“适用于分置式桥(但手算求解太烦,。仅模当五M方程组为规划形式时刁能导出可供直接计算的公式”,2)。_为了精确又针对两舷弹,支模烈导出了六M方程(造成设计偏保守,〕,但当结构及岸边支承不规则时,,方程的列出和求解很困难。型及算法的简化必然导致计算结果与实际不尽一致器材较粗甭性能不够高,为了安全就要加大安全系数,从而容易。不便于推广到民用方面“)。有限元法和电子计算机为浮桥计算提供了强有力的手段一九七九年董涤新教授提出了舟单元法及相应的程序(法。`产生了重大影响和变化。它本质上是力法和子结构子结构.”是一个浮灯(即桥脚舟)加其上一段梁,,即舟单元。。先求主节点内力,,再求内部节从各量。其全桥模塑是两舷弹支连续梁的分置式桥此法未知量少。求内力快,处理伺隙方便对连续和铰接体系通用考虑了多种末端支承倩况89001部队于一九八六年公布了浮桥总体;S卜算程序FQZTJ(、)。其原理及结构模型还是舟单元法多新功能,扩充了多工况,、数据生成,、:搜索危险位置。处理垂直预留间隙及限制铰末端等许。是一个很实用的功能丰富的程序浮桥结构形式多种多样对特殊结构常需编制专用程序,,7〕是这方面的典型例子〔、,它介绍了四折带式桥的总体计算方法及程序设计在分析结构受力特点,建立力学模型。、子结构算法、刚度法与柔度法串联应用等方面很有创见,,计算结果与实测值相当接近结构模型为弹支连续梁一九八O年作者编写了铁路浮桥影响线计算程序各段长度,。,力学原理见文献〔8二功能是计算各种影响线的坐标载’面积等,然后用铁路列车活载加,,汁算水位升降的影响等一九八六年,,I作者按照文献〔9〕中的方法三编制了影响计算软件包YXJS,适用于等截、面杆系结构用位移法引人主从关系,,对边界条件作先处理,所有零位移。、从位移常量位移均不进人总位移向量使用了程序覆盖及接力运行等有效方法能用各种活载按规范要求加载各种影响线。一63一上面根据公开发表的文献列举的浮桥分析软件情况。,能大致反映近年来浮桥电算技术的实际。在优化设计方面的文献较少,,国内易出版了多种专著,。应用软件海未见棍享,、并己有少量应用欲件问世而浮桥优化设汁1。11〕是仅有的直接探讨〔〕论述了单根钢样优化设计〔。;浮桥优化设计的文献文中强调了选择优化途径即确定设计变量的重要性。,结合浮桥特点具。体论述了满应力法序列线性规划法及两者相结合等优化技术,总的说来浮桥优化设计的理论研究还须进一步深人,达到实用程度,赶上国内先进水平还有大量工作要做。国内CAD的理论研究和软件开发己有较多成果浮桥CAD的文献及应用软件似未见发,表可见其基础还很薄弱。,原因是CAD需要购置贵重的设备,软件二次开发工作量巨大,,它必须以结构分析和优化为基础J到实效桥CAD难以I!c行业特点很强口,很难引进现成的应用软件。因此短期内浮浮桥整体空间动力分析及非浅性分析很少有人涉足值得注意的是不少文献致力于先推导公式五M方程等,,,、再将公式编成程序,,以计算机代替人工求解。〔1213〕是其中的两个例子,,这也是一个收效快而值得继续努力的方向在工作中发挥了重要作用,综上所述可知须提高浮桥静力分析软件已有丰富成果。,但水平还功能还可进一步完善,优化、CAD、动力分析。以及局部构件如接头的三维有限元分析及其疲劳和腐蚀等方面的工作还相当薄弱上述回顾和分析可使我们对浮桥的电算技术心中有数。,便于选择今后的努力方向。这同时也是本文下而进一步讨论的基础二1,软件开发,下面结合浮桥结构和金卜算的特点刘结构分析软件的开发进行探讨,,一。有三个方面。:一引进和移植这是避免重复劳动迅速提高浮桥电算技术水平的捷径据作者对北京及其它地区一些单位(如中国船舶科学研究中心,,无锡)引进软件的了解。,北京大学力学系的两个在微机上运行的软件受到国内众多用户的欢迎分析软件推!使用而,’一是SAPSP,,是一个线性静动力其特点是单元库相当丰富,可生成原始数据,,显示和绘制结构变形前后的图形及固有振刑图,能优化带宽,有多种动力分析功能此外。,用户多经七九年至今的近十年的改正了原文本中的一些疏误可靠性强,,缺点是没有子结构算法前后处理不太全。格式输入数据不够方便和统一,计算三维实体结构的准备工作较多等,。二是SAP84,内容新效率高图形功能强,自山格式输人数据方便SAP84有子结构算法算题规模可以很大。大连「学院sAP自行开发的DDJ一W在国内也颇受欢迎源于美国的SAPS,。.SI0源于SAp8,它们的移植和二次开发工作曾花费了,相当多的时间和人力所不及其原理用SAP的关键,如果我们自己重新开发具有类似功能的软件。既不必要,,很可能也力.,而作者所在单位购买上述软件每个仅需200.元左右(新版较贵)至少有两个方面工作要作,:因此应当引进,但引进后怎么办?这是个大间题,一是组织人力深人理解熟练掌握其用法SP,充分利用其功能大力发挥其效益。,这些工作并非易事例如使,的三维块体单元和动力分折功能就有一定难度AP程序均没有计算影响线的功能。,而熟练地准备数据则是发挥实效,。二是上述两S这正是浮桥计算最常见的内容故应结合浮桥实际需要为它们开发前后处理程序段前处理的功能是影响线计算的原始数据一64一(羊见文献〔〕,转换成两SAP规定的格式。然后运行它们,所得结果中就含有影响线坐标值。后处理功能是将影响线坐标从结果中提取出米,写人另一文件。下一步是影响线绘图及加载,这是独立的程序段,可以与结构无关,也不再与两SAP连系,可单独开发。另一途径是令活载直接在结构上移动,从加载结果中弃小留大,得最终结果。关于间隙处理,后面另作探讨。此项工作难度较大,如能实现将是一项好成果,能起大作用。原因是其它行业也有类似需要,利用两SAP程序的单元库儿乎能装配所有的浮桥结构,从而可大大扩充其应用范旧。l坛上所述可知,引进后还有许多创造性的二次开发工作可做,北大力学系对SAPS的引进’和推1应用曾获得八五年国家科技进步二等奖就是例证。从事浮桥研究的各单位互相交流软件也是一件很有意义的工作。2自行开发〔14〕中指出,中国有自己的国情、文字和规范,自己开发便于维护、修改与发展,能符合中国的实际。这个道理对浮桥界也完全适用。引进的只应是象两5AP、_DDJ一W等大中型先进软件。如仁所述,引进后消化不容易,改进扩充更困难,不消化则程序象黑箱,只能看到数据的进人和结果的输出,不知道箱子里如何加工,出了问题也无法修改,而国内业已发现了SAPS原文本的06处疏误。况且浮桥有其自身的特点和需要,现成的SAP程序满足不了浮桥计算的全部要求。因此应以主要力量投人自行开发。近期宜将重点放在提高和完善静力分析软件上,此后再在优化理论深人研究的基础上开发相应的应用软件,然后才能投人CAD及动力分析以至非线性分析软召钓开发。完成这些工作至少约需五年以上时间。软件开发要紧密结合浮桥结构及计算两方面的特点,并遵守现代软件工程学的共同要求。、①选择结构模型有两个意义,一是使用现成程序时确定被算结构的力学模型。二是升发新软件之前确定其适用的结构范围。这里指的是后一种意义。结构由单元装配而成,故结构模型决定了程序的单元类型及编程难度等。这里要强调选择结构模型即单元类型对程序功能有着决定性影响。前曾述及的舟单元法正因为选择了舟单元,从而在处理下述具体结构时会有些限制:中心一点支承时舟的两舷支点距离b一。,柔度元素无穷大;舟对梁三点或更多点支承的情况;舟的宽度较大,梁的刚度也较大,舟体有了柔性;;一个舟单元内的梁为变截面的;有时需要增加节点密度,增设水线面积为零的舟体;舟的两支点可能不对称等。如果选择梁单元,舟也是梁,则上述限制可以避免。这里是要说明两点:单元类型决定了程序的功能范围;在动手编程前首要的一件工作是确定软件面向什么样的浮桥结构模型,此即需要定性分析。分置式浮桥的承重主梁多为空间杆系结构,个别为实腹板梁,公路带式桥不设承重主梁,舟体为板梁组合结构,锚索为柔性构件。据此似可确定浮桥软件应面向两个模型,一是空间杆系结构,舟体常可简化成弹簧或板架,或另以SAPS作祥细分析;二是弯板元、平面应力元、梁元、杆元以及薄壁梁元的组合结构。至于三维块元可不含。还应为用户留出扩充新际的接②采用子结构算比法浮桥整体结构规模巨大,又较复杂,使用比较真实的模;)1l时,若无子结构算法,就很难准备数据,算题规模也受限制,这是必要性。浮桥的上梁,)口妻是舟体均由规则的单元构成,为子结构法提供了方便的应用条件,这是可能性。考虑到子结构法程序一GS一洲匆本身及其使用均较复杂些对用户要求自然也较高故应开发不用和使用子结构法的两套软件或合为一体以满足不同用户计算不同结构的多种需要就浮桥而占单层子结构就已够用了(,。,.匆处理间隙等特殊问题,”:这是浮桥的破著特收:。为此要在理沦上解决以卜问题,:间隙的分类及描述有直接影响成;即为何以原始数据表达间隙结构初始状态的确定和描述方法,,这对算计结果,外荷作用下有间隙结构的反应;一计算单个间隙的影响不会有原则困难最好使计算一一而考虑成百个间隙的变化是比较复杂的间隙属于特殊的作线性问题,减少迭代次数lL作能在微机上于八小时内完,,J态到终态经历了多个线性阶段]F。各阶段总刚度矩阵及,支承条件的变化是首先要解决的宜照搬④影响线的计算据文献〔9〕选用软件系统。。。以往对限制饺和垂直预留间隙的研究可供现在参考一但不对间隙的描述应比限制铰更真实一些这是浮桥乃至铁路和公路桥梁等最大量的灯算内容,一。相应的算法可根,软件可划分为三个功能子系统,再加仁菜单式命令子系统、共同组成一个。丫是影响线坐标汁算子系统可汁算上述结构模型的各种位移内力及反力的影二响线坐标犷包括铰两侧的相对角位移(铁路上称为相对坡度)及任意两点连线的坡度等是活荷载数据库管理子系统据值梁,,库内装有各种铁路及公路、、军用及民用列车车辆的系列活载数,以类号识ej之tl,可随机调用,显示、修改、扩充。三是加载计算子系统,。可根据规范的规定和习惯的约定以任一活载用多种方式对影响线加载。求出最不利话载位置及鼓大反应:这样的系统功能丰富使用方便,开发!二作也较复杂;_由上所述还可提出近期浮桥理论研究和软件开发的jL个币安课题、适应浮桥需要的板:、杆组合结构的子结构算法、;间隙等特殊问题的算法影响线坐标及加载计算,各种浮桥结构体系(含接头锚定、船体)的不同力学模型及其对比分析等,将这些课题综合起来并,在较精确的水平上予以解决具有较大的复杂性和难度通用性有三个层次,,。。⑤程序的通用性和专用性,最低层是通用子程序。应收集建立先进。有效的标准子程序库供随时调用避免重复劳动方程求解和单刚形成是典型例子,,,最高层就是整个可执行程序对间隙的处理及影响线计算均应注意统一和通用中间层指接力法的某一段可执行程序其人口是供加工的数据文件返回的是中间结果数据文件它只完成全部功能的一部分或一阶段。通用性的重要在于能大大提高开发效率,,扩大程序使用范iJI1,。只在,个别特殊结构和要求的情况下模块题,,如文献〔7〕所处理的四折带式桥等,才值得开发份用程序即使此时也仍应尽量利用现有程序模块便装配成了新的专用程序,以加快开发速度。,这样大量通用模块加上少量专用其中专用模块的作用是针对具体结构特点解决其特殊问;并在输人输出等方面为使用提供方便⑥对软件的其它要求、编程前要进行充分的孟要性分析,,还是采用位移法好,,引弃主从关系相对坐标,,、偏心刚臂带宽优化等有效技术,以扩大程序的适用范围;以往人们重视、得到数值结果数据生成能力对用户透明,现在还应注意前后处理如采用简化自由格式输人数据,具有重复,循环等,允许注解,可对数据查错显错,可显示绘制结构及影响线图形_,绘图数据应提供,以利用户自编接口程序在自己的绘图机L输出人机对话均以汉字提示一祥尽的文档资料等,这些是方便性方便的软件才有生命力,:所有语言应符合标准文体,程序结构模块化将与具体机器有关的内容局部于少量模块中从了「始就要致力于使程序能在微机上运行重要影响,,要符合有关专业的规范和习惯自编自用的想法实不足取;,这些是易推】性和可移植性,’一对软件的效益有,切记不要认为程序编写完后算了儿个例题又正确一66一就告结束了,要慎重验收,反复验证正确可靠性,在使用中查错改错,不断改进扩充,这些维护工作仔在于软件的整个上存期内,儿年内不改进不扩充的软件将会因落后而被淘汰。上述软件必定是篇帽长,数据多,故有两个间题要解决衬二何在微机上运行长大程序,二是如何利用小内存和大内存安排数据,可以采用不同的方法解卸日决,祥见文献「51,16,17〕。、3、第三个方面是重视经典算法,继续进行将不规则五M六M方程的求解及间隙计算公式,编写成短小程序;打计算机解算的工作,)司期短,见效快,易推}`’,但其局限性显见,故不宜作为重点。之三建议󰀀1静力分析在浮桥计算中占主导地位,要尽快开发采用位移法和先进技术,通用性强,体现浮桥特点,前后处理功能全面的静力分析软件,并为进而开发CAD软件打好基础乏优化设计达到实用还需作很大努力,优化结果如何使用值得研究。文献〔19〕指出:、’优化设计的结构总是对缺l滔很敏感的。浮桥使用环境的特点是不确定因素多,如波浪锚定、疲劳、腐蚀、振动等,故使用结果要慎重。3CAD必须以分析、优化、图形、数据库为基础,还要纳人浮桥设计规化,符合习惯,能体现专家知识,软件规模及开发工作量庞大。因其行业牲强,故几乎不可能引进现成软件供浮桥设计直接使用。为此须作长期努力,首先要做好基础工作,光是制订浮桥设计规范,甚至小到制定绘图标准,就不是短期内能实现的。4动力分析、非线性分析等都需要理论先行,再开发应用软件,连同优化及CAD,这四个方面都比静力分析困难多,接头型式及其局部三维有限元分析更是浮桥设计的突出难点。5将浮桥推广于民用是提高其社会经济效益的重要方向,相应的软件应能在微型机甚至袖珍机上于现场方便地使用。:6铁路与公路浮桥、军用与民用浮桥,共同点很多,但其结构、荷载、使用要求却有明显不同,需加强交流,软件也应尽量通用。参考文献〔i〕李德基,段明德,应用非齐次差分方程理论计算弹性支承连续梁,铁道学报19835卷1期〔2〕段明德犷弹性支承规则连续梁的差分方程分析,一铁道工程技术资料,19833.〔3〕9801部队,舟桥设计手册,〔4〕北大六学系固体力学教研室,SAPSP使用手册19875󰀀仁5〕黄涤新,浮桥结构的通用分析方法(舟单元法)及其计算机程序,工程兵工程学院教学与科研,1979年3〔6〕吴培德等,浮桥总体计葬程序FQZTJS,工兵装备研完,1987年1〔7〕董涤新,,,四折带式桥的总体计算工粗兵工程学院教学与科研19811一6了一哪液压油分析与液压系统故障的诊断和防正王强费振玮前言液压系统8呱以仁的故障是山液压油污染引起的,1.和寸,液仄油弓,提片有大晕的反映液压装置工作状况的信息。根据液压油分析结果对液压系统进行.1次障诊断,并采取相应的措施防止故障和维护系统,可以有效地提高液压装置的,J靠性。一、液压油中的污染物液压系统中、液压油作为工作介质,不仅起着传递动力的作用,l佰目在液压邓{粕勺相互运动面之间起着润滑作用和密封作用,并对液压系统进行冷却。所以,液压油对液压系统的工作状态和工作性能十分重要。据统计,在液压系统中的故障中,有08呱以上是由于液压油被污染引起的。液压油中的污染物主要有如下几种:(a)液压油和液压系统中固有的污染物;(b)进人系统的污染物;(C)系统中生成的污染颗粒,主要是磨损产生的磨耗粒子;)由于系统内的反应而生成的微粒或污染物,」(d例如腐蚀或空穴腐蚀的产物。液压油的污染物会对液压装置产生种种不良影响,根据污染所引起的现象,可大致分为如下几种:〔8〕段明德,王德林,根据功的互等定理计算影响线的刚度拒阵法,铁道标准设计通讯,19832〔9〕段明德,影响线的三个程序算法及其分析,桥梁建设,1985年2〔01〕董涤新,钢结构杆件的断面优化设计,’工程兵工程学院教学与抖研,19823〔n〕董涤新,军用桥梁结构优化设计的途径和方法,本刊1985.]〔12」姚再士,连续体系浮桥的电算方法,计算机应用与软件,19876,〔31〕吴培德混合浮桥连接末段的计算,工兵装备研完,19852[14〕钟万把,关于计算结构力学的一些有法,计算结构力学及其应用,1985一卷1期[15〕段明德,微型机内存的有效利用及程序复盖技术,铁道杯准设计通讯,19887仁61〕段明德,结构分析微机程序设计的接力法,待发表口7]徐次达,华伯浩,固体力学有限元理论、方法及程序,水电出版社,终8丸招第一版,[18」陈绍蕃,钢结构设计原理科学出版社,198.7n第一版一68一