0 引 言

随着我国经济实力、国防建设、科学技术的不断提高以及人们生活的改善，城市建设及规划一直都是重中之重，沥青作为道路和建筑中必不可缺的材料，其需求量日益增大，对沥青罐车(以下简称沥青车)的需求也与日俱增。运输沥青的路况不比城市道路，因此，对罐车的结构强度及刚度分析十分必要。有限元作为一种通用的分析手段，以其精准、快速、便捷的优势应用于各个领域。对沥青罐车进行有限元分析，了解并掌握其在运输过程中结构部件的强度及刚度状态，对罐车的使用寿命、部件更换及故障进行精确的掌握及预测有着重要的指导意义。同样在对罐车的优化设计 、缩短开发周期及降低生产成本等方面也有着重要价值。

笔者主要对鹅颈式沥青车进行有限元仿真分析，了解该车在结构刚度及强度上的优缺点，为沥青车的结构设计提供理论参考。

季羡林教授“偷”时间最为辛苦。他曾长期兼任大学系主任和副校长职务，不得不出席很多会议，这对于一个惜时如金的学者来说是很痛苦的。但他也有自己的办法，除了早起晚睡、加班加点，他还在一些无关紧要的会议期间想自己的学问，为文章打腹稿，列提纲，就利用这偷出来的时间，他写出了好几本脍炙人口的散文集。

1 有限元模型

1.1 结构及简化

沥青车主要由罐体和车架组成，如图1所示。罐车罐体长9.7 m，高1.9 m，宽2.3 m，由三块材料为5454-0的铝合金板焊接而成。罐体截面近似梯形，属于上窄下宽型，这样的结构具有较好的稳定性能。且整车质心高度比市场上同种类型的罐车低100～300 mm。罐体内部由防浪板、隔舱板、左右对称的T字型材及底部加强板等组成，彼此通过焊接连接。整个罐体分为三层：内层为5454-0铝合金板材，中间为岩棉材质的保温层，外层为Q235B热轧板。车架为鹅颈式结构，主要材料为6082-T6。

我国改革开放四十年，也是我国宪法玉汝于成的四十年。回顾我国宪法发展历程，从1949年制定的起着临时宪法作用的《中国人民政治协商会议共同纲领》(以下简称《共同纲领》)到新中国第一部宪法1954年《宪法》的诞生，从“文革”期间宪法被架空到1975年《宪法》和1978年《宪法》的修订，从现行1982年《宪法》的颁布实施到如今的依宪治国、依宪执政，我国宪法在跌宕起伏中完成着它的使命。

  

图1 鹅颈式沥青车3D数模

模型处理过程中忽略非主要承载件，去掉侧防护及悬架系统。为了简化模型，将罐车壳体看成一个连续体。在不影响罐车整体强度和刚度的基础上，忽略罐体和车架上的倒角、小孔以及小附件等。

1.2 网格处理

对模型进行抽中面处理，用壳单元模拟型材及板材，螺栓连接及焊接的连接方式如图2所示。单元信息如表1所列。

 

表1 单元信息

  

单元类型数量占总单元比重S4R63655698.74%S381081.26%

  

图2 有限元模型及连接方式

1.3 材料属性

该沥青车除了牵引板以及连接悬架的连接板采用Q345B，其余结构部件均采用高强度铝合金材料。罐车壳体及内部防浪板和隔舱板采用5454-0铝合金，该铝合金属于铝镁合金系，镁的含量低于3%，具有较强的耐晶间腐蚀能力，常被用作制造高温工作环境的容器或海洋管道设备等长期处于腐蚀环境中的结构部件。罐体内部支撑筋采用6061-T6铝合金，车架采用6082-T6铝合金。

磁性颗粒生物学修饰后能特异识别某一物质，引起磁性颗粒的状态由分散状态变成聚集状态，使得横向弛豫时间T2改变。根据引起磁性颗粒由分散状态变成聚集状态的原因可以分为，抗原-抗体、凝集素-受体、DNA互补序列、配位化合物、亲和素/链霉亲和素-生物素及其它方式。目前应用更广泛的是磁性纳米颗粒，因此也就成为人们研究的主要对象。图1主要介绍抗原-抗体、凝集素-受体、DNA互补序列、配位化合物引起的磁性纳米颗粒的聚集方式。表1总结了磁弛豫开关技术在生物样品检测中的应用。

根据JBT04734-2002[1]以及GB/T1591-2008[2]规定，罐车材料属性如表2所示。

 

表2 沥青车材料属性 /MPa

  

材料常温120～160℃高温σsσbσsσbEγ5454-0117200690000.336061-T6219690000.336082-T6250290690000.33Q345B3454702060000.26

沥青具有极复杂的化学组成，在不同的温度区域具有不一样的流动状态。沥青粘度随温度的升高而降低，高温下的沥青接近牛顿流体，但低于200℃下的沥青仍具有相当的粘度值[3]。因此，运输中沥青对罐车的冲击远小于油或水的冲击。本文以水的密度代替沥青的密度，设计安全系数高于一般罐车。

2 刚度分析

2.1 抗扭刚度

(1) 刚度的大小对结构的强度有着直接的影响，该罐车具有很强的抗扭刚度和抗弯刚度，其刚度满足性能要求。

根据材料力学[4]，罐车单位长度上的抗扭刚度为:

 

(1)

式中：GIp为抗扭刚度(N·m2/rad)；me为力偶矩(N·m)；F为形成力偶的载荷(N)；L为力偶臂(m)；l为轴距(m)；φ为罐体的扭转角度(rad)。

当φ足够小时：

由表3可知，在该实验条件下加标回收率范围为99%～102%，相对误差范围为±2%，得到的的实验结果准确度较高。

 

(2)

式中：ΔUz为两加载点的垂向位移差。

以上结构应力均未超出材料的许用应力，结构满足强度要求。

 

(3)

图6为车体制动时液面状态，可计算得到液面倾斜角度及静水压：

  

图3 抗扭刚度边界条件及位移云图

2.2 抗弯刚度

选取罐体底部120 mm宽的节点，进行刚性耦合，施加垂向载荷1 000 N；约束牵引板和悬架处连接钢板的平动自由度。边界约束及位移云图如图4。

  

图4 抗弯刚度边界条件及位移云图

根据材料力学[4]，在材料的线弹性范围内，固体的单向拉伸形变与所受的外力成正比，即应力σ与应变ε成正比。考虑物体受到一恒定载荷F，在载荷方向上产生弹性形变x，则其刚度可表示为:

 

(4)

罐车抗弯刚度可表示为:

 

(5)

式中：F为一恒定载荷(N)；Uz为载荷方向上的位移(m)。

管理不仅仅是一门科学，更是一门充满魅力的艺术。高中班主任应当通过以下两种方式来提高自身的科学管理能力：其一，班级管理制度化。“没有规矩，不成方圆”班级作为一个完整的集体，也应当建立起科学合理的管理制度，形成自己独立的传统及风气，由全班人员去遵守；其二，班干部应当充分发挥个人作用。班干部可谓是班主任最为得力的小助手，所以在日常工作中，班干部应当充分发挥个人作用，有效实施班级管理。所以，班主任在选拔班干部的时候，也需要谨慎严格，选择真正适合担任其职责的学生。

通过计算可知，罐车的抗弯刚度为6.89e7 N/m，满足整车刚度需求。

(2)水质。地下水水质是当前最敏感也最重要的地下水动态监测要素，一般采用现场人工取样、实验室分析的方式，使用便携式水质测量仪现场仅能测量pH、电导率和氧化还原点位等少数指标。自动化监测中电极法测量电导率已较普遍，等离子交换法测量敏感离子浓度仍处于试验阶段，精度无法保证。

3 强度分析

3.1 边界条件

沥青车前部通过牵引销支撑在牵引鞍座上，后部通过三个车桥进行支撑。规定全局坐标系的y向沿罐车纵向并指向车头，x向垂直y向指向右侧，z向垂直地面指向罐顶。为了能够真实地模拟沥青车在作业过程中的状态，将牵引板简化成刚性支撑并约束x、y、z方向的平动自由度；忽略后部支撑板簧的刚度，将连接钢板同样简化成刚性支撑，约束一侧钢板的x、z向平动自由度，约束另一侧钢板的z向平动自由度。具体约束如图5所示。

●在五原县丰裕乡万亩蜜瓜使用了硅谷功能肥，打造了万亩“大蜜丰裕”地理标志产品。每亩增产20%，糖度增加2个点以上，经有关部门现场检测达到绿色无公害标准，产品被全国各地收购商抢购，创造了一年双季蜜瓜的奇迹，每斤瓜高于市场价格0.5元，春季大棚密瓜亩收入13500元，创历史新高。

  

图5 强度分析边界条件

3.2 工况介绍

沥青车工作过程中会分为不同的工况，如满载(规定95%的容积为满载状态)下的静止、扭转以及制动等[5-8]。本文忽略沥青车附属设备及隔热材料、衬里、管道、扶梯、平台等的自重，不考虑在极端环境，如大风、暴雪以及地震等自然灾害的影响，同样不考虑由于温度梯度或热膨胀量不同引起的作用力。沥青车工况要求如下所示。

根据材料力学[4]第四强度理论，当复杂应力状态下材料的形状改变能密度达到单向拉伸时使材料屈服的形状改变能密度时，材料即会发生屈服，即：

将沥青近似成水，施加静水压来模拟沥青在自重作用下对罐壁的压力，根据液体压强公式:

p=ρgh

(6)

(2) 扭转工况：沥青车满载匀速行驶时，左前轮胎悬空，载荷由车体自重及沥青重量组成。

(3) 制动工况：沥青车以a=0.3 g的加速度减速制动时，载荷由车体自重、沥青重量及惯性力组成。

沥青车在制动减速度的作用下，沥青液面发生倾斜，倾斜状态如图6所示。

  

图6 制动工况下罐体的液面状态

通过计算可知，罐车的抗扭刚度为4.13e5 N·m/(°)，满足整车刚度需求。

 

(7)

p=ρaΔh=1.044ρg·Δh

(8)

式中：θ为液面倾斜角度；Δh为倾斜状态下，液面距罐壁上任意一点的距离。

仿真分析时，需要在倾斜液面的局部坐标系下进行加载，模拟车体在制动时的真实状态。

3.3 评价标准

(1) 垂直工况：沥青车满载静止或匀速行驶，载荷由车体自重以及沥青重量组成；

Uf≥Uu

(9)

式中：

 

(σ3-σ1)2]

(10)

用典或声律，有一项运用巧妙，便能为诗文增色，前述《谢灵运传论》所云曹植、王粲等“非傍诗史”，盖能以音律取胜，反之，当声律有瑕疵，诗史典故运用巧妙，也不失为佳作。如其最为人称道的《别范安城》，从形式上看，当为新体诗，然按永明声律论，不少地方却未能避免声病：

则此时形状改变能密度为：

单向拉伸时，σ1=σs，σ2=σ3=0

 

(11)

将式(10)和式(11)代入到式(9)中，破坏准则可表示为:

 

σs≤

 

(12)

考虑材料的安全系数n，则结构安全的评价标准为：

σmax=

 

 

(13)

式中：σs为材料的屈服强度；n为安全系数；[σ]为安全系数下的许用应力。

表3为各工况下罐车应力的评价标准。

 

表3 各材料的强度评价标准 /MPa

  

材料常温120～160℃高温σsn[σ]σsn[σ]5454-01171.5786061-T62191.51466082-T62501.5166.7Q345B3451.5230

3.4 小 结

(1) 垂直工况

其中，Pr为接收到的能量；Pt为发送的能量；λ为传输的信号的波长；r为路径衰减因子；h为天线高度；η为地面反射系数；d为节点间的距离.然后计算接收到的信号的信噪比.

模拟罐车在平整路面上的静止或匀速行驶状态，主要考察车身在负载和自重情况下的应力分布。

图7(a)为罐体5454-0材料的应力状态，最大应力位于前一防浪板与罐壁的焊接处，最大值为51.04 MPa。图7(b)为罐体6061-T6材料的应力状态，最大应力位于前一防浪板的支撑筋处，最大值为63.59 MPa。图7(c)为罐车底架6082-T6材料的应力状态，最大应力位于与牵引板连接的螺栓孔周围，最大值为146.7 MPa。图7(d)为钢件Q345B材料的应力状态，最大应力位于牵引板的螺栓孔周围，最大值为118 MPa。

以上结构应力均未超出材料的许用应力，结构满足强度要求。

 

  

图7 垂直工况下罐车结构的应力云图

(2) 扭转工况

在小学数学合作学习教学中存在的种种弊病，我们不得不面对，不得不让人深入思考。为了提高小组合作学习的有效性，促进合作学习在教学中的运用，探索优化合作学习的教学策略，笔者经过多年的实践研究发现，可以从以下几方面进行优化，从而真正体现合作学习的优越性，给学生合作的机会，笔者试提出以下策略，以供参考。

该工况模拟罐车在崎岖路面上的行驶状态，考虑罐车后悬左前轮过坑时车身的应力状态。

图8(a)为罐体5454-0材料的应力状态，最大应力位于前一防浪板与罐壁的焊接处，最大值为58.31 MPa。图8(b)为罐体6061-T6材料的应力状态，最大应力位于前一防浪板的支撑筋处，最大值为60.28 MPa。图8(c)为罐车底架6082-T6材料的应力状态，最大应力位于与牵引板连接的螺栓孔周围，最大值为163.4 MPa。图8(d)为钢件Q345B材料的应力状态，最大应力位于牵引板的螺栓孔周围，最大值为129.9 MPa。

则式(1)为:

 

  

图8 扭转工况下罐车结构的应力云图

(3) 制动工况

该工况模拟罐车刹车时的应力状态。罐体分为两舱，按照3.2加载方式分别进行加载设置。

图9(a)为罐体5454-0材料的应力状态，最大应力位于前封头与支撑筋的焊接处，最大值为94.81 MPa。图9(b)为罐体6061-T6材料的应力状态，最大应力位于前一防浪板的支撑筋处，最大值为69.7 MPa。图9(c)为罐车底架6082-T6材料的应力状态，最大应力位于与牵引板连接的螺栓孔周围，最大值为139.5 MPa。图9(d)为钢件Q345B材料的应力状态，最大应力位于牵引板的螺栓孔周围，最大值为130.4 MPa。

 

  

图9 制动工况下罐车结构的应力云图

该工况下罐车前封头与支撑筋焊接处的应力超过了许用值，属于薄弱部位，可通过加厚前封头或支撑筋来提高结构强度。其他结构的最大应力均未超出材料的许用值，结构满足强度要求。

1.2 腹膜反折悬吊装置的设计 自制腹膜反折悬吊装置由 Hem-o-lok 夹和与之连接的穿刺器、固定装置及施夹钳组成，施夹钳用于将悬吊装置置入体腔，并将 Hem-o-lok 夹夹闭固定于腹膜反折上；穿刺器及其附属连接线用于调整腹膜反折悬吊的牵引方向及高度；固定装置用于固定连接线，保持腹膜反折悬吊的高度和方向（图1）。

4 结 论

主要对轻量化后的沥青车进行了强度及刚度的仿真分析，研究了罐车在不同的作业环境下的受力状态，为罐车的结构设计、改进及优化提供了理论参考。

抗扭刚度的大小直接影响罐车在崎岖路面行驶的结构强度，因此十分有必要对车身进行抗扭刚度分析。将罐车一侧悬架耦合到一点，施加垂向载荷1 000 N，另一侧施加-1 000 N，这样就形成一对力偶；约束牵引板处节点的平动自由度。具体约束及位移云图如图3所示。

(2) 该罐车主要由轻质铝合金结构组成，在减轻整车重量的同时，整车的强度也面临的重大挑战。本文主要对罐车的几种作业工况进行了研究，图10为三种工况下不同材料的结构的最大应力与许用值的对比。图中可以看出，制动工况下，罐体(5454-0)的最大应力超过了许用值，但未超过材料的屈服强度，这就要求在罐体设计时，需重点考虑前后封头、防浪板、隔舱板以及各部分之间的焊接质量。其他工况的最大应力均未超过材料的许用值，满足强度要求。

  

图10 各工况下不同材料结构的最大应力

参考文献：

[1] 全国压力容器标准化技术委员会.JB/T 4734-2002.铝制焊接容器[M].昆明:云南科技出版社, 2003.

[2] 全国钢标准化技术委员会.GB/T1591-2008低合金高强的结构钢[S].北京:中国标准出版社, 2009.

[3] 刘鸿文.材料力学[M].第四版.北京：高等教育出版社,2004.

微课资源库建设工作量比较大，笔者组建了“C语言程序设计”团队分工协作来完成微课的课程建设。根据课程的教学目标、教学设计，选题、视频拍摄、制作、加工等流程，把适合制作成微课的知识点选取出来，特别是历年真题中反复考试的重难点知识选取出来制作成微课视频，其他授课内容利用传统授课方式进行讲授。每个微课视频的设计都有明确的教学目标、多样化的教学方法和完整的教学过程。

答：我理解一个女儿的心情，你妈妈64岁，身体多病，尤其是尿中有隐血、双肾结石，应当去医院检查，对应治疗，不要耽误了病情。从补养的角度，我认为，睡觉不好，会影响疾病的治疗和身体康复，应当服用补氧胶丸和绞股蓝调节睡眠。关于她的皮肤问题，系由过敏反应引起，建议服用矿元素和麦绿素，矿元素也可外涂于皮肤患处，可止痒。

[4] 陈惠敏,郑毓权.道路沥青的粘度和粘温关系[J].石油炼制与化工, 1989(5):51-56.

[5] 赵伦峰,成 凯,燕伟华,等.半挂液罐车罐体结构强度和刚度有限元分析[J].专用汽车,2003(4):9-11.

[6] 刘 奎,康 宁.罐车制动时液体晃动的仿真分析[J].北京航空航天大学学报,2009,35(7):1403-1407.

[7] 王若平,韦 伟.轻量化铝合金罐车罐体有限元分析[J].车辆与动力技术,2011(4):59-62.

[8] 陈 哲,高建和.液罐车车体制动工况下的仿真分析研究[J].机械工程与自动化,2016(2):96-97.