高结构材料与

高结构材料与（精选8篇）

篇1：高结构材料与

高结构材料与

材料实录1在沙堆“可爱的幼儿园”的活动中第一组幼儿在堆幼儿园大门时用木制的拱形积木拼放在沙子上面作为大门的门料。四分钟后周仲逸和严海兵已经完成了他们就无所事事了。

实录2第二组活动时冯佳逸和徐子伊被分工堆幼儿园的大门。冯说大门上面是拱行的有点歪歪的用什么来做呢她们俩到沙池旁的材料盒里去找找到了几根粗粗的的树枝“就用这树枝吧”徐说。于是她俩把树枝二端插在沙子里有点像拱形门了可旁边堆“海盗船”的张赵霏说这大门也太小了吧。冯说那找根长树枝吧。可翻遍了材料盒也没找到只找到了几根与第一根差不多长短的树枝。冯建议在园内找长树枝徐说不行幼儿园里的树枝都是活的不能折下来的。她们俩来求助我。我建议她们再到材料盒去找找吧在这之前我已在材料盒里放了绳子与剪刀无意间冯发现了一根绳子说我们把连根短树枝绑起来。于是她俩在交接处绑住了在绑时冯说妈妈给我扎辫子时斜着绕线的。她学着绕了起来一会儿就接住了看上去很好看绕线很有规律。整个过程为18分钟。

分析在活动中第一组幼儿能力较差为他们提供了“高结构”的木枝拱形积木。第二组幼儿能力较强。我就把木制积木换成树枝、绳子、剪刀等满足了他们探索欲望在运用零碎的低结构材料时我根据幼儿探索进程补充必要的材料。

“高结构”材料与“低结构”材料有不同的特点因此导致了它们在探索型主题活动中所起的作用也各自不同。

“高结构”材料有自己固有的形状、结构操作时有一定的规律可循。幼儿一旦掌握了材料的使用规则就能较快地按自己的构思完成作品容易获得成功感。但是由于“高结构”材料的定性结构使幼儿的随意想象和创造力受到一定的限制所以往往无法满足幼儿探索想象的需求。

“低结构”材料是一些无规定玩法、无具体形象特征的材料。幼儿可以根据自己的兴趣和当时想法随意组合并可以一物多用从而为幼儿的想象提供了广阔的空间。如类似于枯枝绳子等这些原始的废旧的材料其可塑性大可让幼儿在活动的过程中通过一次次的摆弄不断探索、不断发现新问题调整操作。如树枝太短把两根绑起来绑绳时很有规律幼儿通过对低结构材料的运用有一段较长时间的探索过程并在此过程中满足了自己的探索欲望。

进一步思考的问题在投放材料时是否低结构的材料多些有利于幼儿的探索

篇2：高结构材料与

活动中的利用

[摘要]在《指南》指导下，如何利用高低结构不同的区域活动材料成为教师现今思考的重点，本文着重以高结构材料和低结构材料的特征，针对幼儿的发展需要以及在幼儿进行区域活动时两类材料所发挥的不同的功能和合理的转化方面，结合实例浅谈高结构材料与低结构在区域游戏活动中的利用。

[关键词] 幼儿 区域活动 高结构材料 低结构材料 在《3—6岁儿童学习与发展指南》中明确指出，要理解幼儿的学习是以直接经验为基础方式和特点的。也就是说，幼儿的学习是在游戏和日常生活中进行的。要珍视游戏和生活的独特价值，创设丰富的教育环境，合理安排一日生活，最大限度地支持和满足幼儿通过直接感知、实际操作和亲身体验获取经验的需要，在玩中学、学中玩。那么，作为一日生活中重要环节的区域活动正为幼儿提供了直观的、全面的、个性化的环境。材料的投放与利用直接影响幼儿区域活动的有效性。笔者以高结构材料与低结构在区域活动中的投放与利用为切入点，结合幼儿在区域活动中实际操作，浅谈高结构材料和低结构材料的有效利用和使用过程中的转化。

一、高结构材料在区域活动中的利用

在区域活动中，教师根据幼儿发展需要，有目的、有计划地投放各种材料，进行活动环境的创设。而高结构材料的使用过程正是由教师发起，以教师计划为导向，蕴涵着教师预先建构好的知识体系，系统性较强，如，中班上学期，在《动物多又多》

[1]主题下投放的按“动物的食物”分类材料，幼儿可以根据前期经验的积累和集中活动的内容进行自主操作，以认知和分类为具体目标，分别将食草动物、食肉动物和杂食动物的卡片取下，放置到对应的位置。该材料操作性强并注重操作结果是否正确，目标指向性强，幼儿在操作时思路清晰、明确，但幼儿的操作时长偏短，重复使用率也偏低，更换周期短，随幼儿的主题活动的推进进行更换。同时，此类活动材料在幼儿活动时多数具有自我纠错功能，在活动过程中，或者活动结束时即可自主检验结果是否正确，如。各类拼图、嵌板，以及多数益智区和科学区投放的材料。

二、低结构材料在区域活动中的利用

幼儿随着年龄增长，各类技能与经验越来越丰富，在游戏中表现出行为发展也有所不同。与高结构材料相对应的是中低结构材料在区域活动中的使用，其过程是由幼儿自主发起的，以幼儿的兴趣和需要为导向，通常需要幼儿具备多种技能和知识，虽然系统性不强但可以充满创造性，发散幼儿的思维。如，在操作区中投放的《彩色图形卡纸》：初期在小班下学期的图形主题下投放，幼儿初步建立对图形的感知，在集中活动的引导下进行三角形、正方形、圆形的分类，同时，幼儿摆弄各种图形或通过简单拼摆形成新的图案，如一个三角形和一个正方形品摆成小房子；该材料投放一个月后，幼儿通过图形进行“ABAB„„”排序，个别幼儿可以在平面在操作时进行更复杂的图形拼摆，拼摆出的图案在面积上无限延伸却并无特定指向是任何物品，在此过程中，幼儿重新构建了该材料的玩法和用途；在幼儿升入中班后，该材料继续投放，并增加长方形和椭圆形，再幼儿平衡能力的提高至

[2]下，操作也不仅仅局限于平面的操作，个别幼儿开始将同类的形状互相支撑，进行拼搭；在此背景下，教师提供打孔器和美工区用剩的毛根，幼儿可以按照自己的需要在图形的不同位置上打孔，并将图形通过毛根穿过打出的孔连接，形成可以脱离平面的图形，从平面图形到环形连接，在自主探索的经验之下建构新的操作活动，如拼成各种各样的汽车，形状组成的头饰等。操作时间上较长，在该材料投放的6个月之内，操作方式的逐层改变使幼儿兴趣度始终存在，在观察、认知、平衡和空间感知等能力的发展之下，在操作之中幼儿不断建构新经验，提升想象力和思维能力，并将已建构好的新经验运用于下一个操作活动。

低结构材料的使用更注重幼儿的探索过程，对于结果并不存在明确的正确与错误的验证，具备反复使用的条件，更新周期可以随幼儿的能力发展做小幅调整，能力较强的幼儿可以进行新的探索，能力较弱的幼儿也可以较为适宜的发展空间，进而可以更满足幼儿个性化学习的实践探索。如建构区投放的废旧光盘、露露罐、酸奶盒等，正是由幼儿自主探索其玩法，并加以改造和利用的；而作为乡土材料投放在美工区的玉米叶，在幼儿进行色彩装饰之后，制作成彩色蝴蝶结投放在数学区，用作点数、分类、以及数的分解与合成的操作等。低结构材料都投放多存在于操作区、建构区和美工区。但并非是低结构材料的投放越多越好，对于年龄偏小，认知能力和想象力不足的小班或托班幼儿更适合简单、明确、有目的的材料，在他们的反复操作与尝试下进行学习，投放过多低结构材料，没有目的性，会引起他们的迷惑与不安，从而丧失了对于区域活动的兴趣，三、高结构材料与低结构在区域游戏活动中的转换 幼儿是不断发展的个体，材料是否有趣、可变对幼儿能否主动参与操作有很大影响。作为可以让幼儿在宽松和谐的气氛中，按自己的能力和意愿，自主地选择学习内容，主动地进行探索的区域活动，在材料的选择和利用上也应该是多变的。不同年龄段幼儿在进行区域游戏时的学习能力、想象能力和控制力水平也是有所差异的。因此，一般意义上的高结构材料与低结构材料在利用时并没有严格的界限，也并非是一成不变的。随着幼儿年龄的增加和多方面能力的发展，在探索过程中使得高低结构材料发生转化更应该有所引导和鼓励，如中班益智区中投放的《小兔逛商店》迷宫，教师以彩色打印图案塑封后，为其提供水彩笔和小抹布，可以反复利用的迷宫，作为目标明确的高结构材料。而在在区域活动时一名幼儿将路线画好后，又将路涂上了不同颜色，转变成了为小兔铺一条彩虹色的路，作为观察者的教师并没有在幼儿偏出预设目标时加以干预，而是在活动总结时，为大家展示该幼儿的作品和不一样的玩法。同样在中班操作区投放了以筷子练习为目标干果壳和橘皮，被幼儿用在了美工区的“给大象穿裤子”创作上，为大象制作了富有创意“有按摩功能”的花生壳裤子，高低结构材料的转化利用不仅打破了区域之间的界限，更是丰富了幼儿的想象，将游戏的主动权还给幼儿。

在幼儿进行区域活动时，高低结构材料各有其自身特点和局限，分别会产生的不同学习效果，从不同角度促进幼儿的全面发展。教师要合理的利用与挖掘，不片面、不偏激，因势利导才能使材料发挥最大效能。

[3]

篇3：高结构材料与

关键词：锂离子电池,高电压正极材料,固相法,Fe掺杂,电化学性能

0引言

自从1980年Armand首次提出了“摇椅式电池”的概念, 经过数10年的发展锂离子电池以其能量密度高、自放电率小、无记忆效应、使用寿命长等优点,在二次电池领域得到广泛应用[1,2]。尤其近些年来,随着社会环保意识的提高,以高能量密度的锂离子电池为动力的电动汽车及混合电动汽车成为研究热点。现阶段由于锂电池电极材料的限制,电动汽车存在续航里程短,成本高等亟待解决的问题,这也正是目前电动汽车不能迅速推广的原因。所以开发高能量密度和高输出功率的动力锂离子电池材料 已成为当 前迫切需 求。尖晶石型LiNi0.5Mn1.5O4凭借高电压平台和高能量密度,且原料资源丰富、成本低、对环境友好等优点[3],受到越来越多的关注。

尖晶石LiNi0.5Mn1.5O4理论比容量147.6mAh/g,具有4.7V左右电压平台,对应Ni2+/Ni4+的氧化还原电位。该材料有两种结构:一种是无序尖晶石LiNi0.5Mn1.5O4-δ,与尖晶石锰酸锂一样,属于面心立方,Fd3m空间群,是镍取代部分锰,锰和镍随机地分布在八面体间隙16d位置,锂占据四面体间隙8a位置,氧占据32e位置;另一种结 构是有序LiNi0.5Mn1.5O4,八面体间隙16d分为4b位和12d位,镍锰分别占据4b位和12d位,其结构属于简单立方,P4332空间群,晶格对称性相对较低[4]。无序Fd3m结构的镍锰酸锂经退火处理可以转变为有序P4332结构。LiNi0.5Mn1.5O4具有8a16c-8a三维隧道结构极有利于锂离子扩散,使其作为锂离子电池正极材料具有较大的优势,但它也存在着循环稳定性不佳的问题。主要原因是:(1)在充放电过程中材料结构被破坏,使锂离子不能正常回嵌,造成容量衰减;(2)其高电压使电解液分解,分解产物会与电极材料发生反应,增大内阻,阻碍锂离子的脱嵌,损耗锂源,导致容量衰减,使循环寿命受到影响。一般通过 离子掺杂 和表面包 覆对其进 行改性[5,6]。 Nilüfer Kiziltas-Yavuz等[7]采用柠檬 酸-溶胶凝胶 法相同工 艺下分别合成了LiNi0.45Mn1.5Ru0.05O4/LiNi0.5Mn1.5O4,研究了Ni位掺杂Ru对镍锰酸锂的影响,结果表明,0.5C倍率下,300次充放电循环后,掺杂Ru和未进行掺杂的材料容量保持率分别为84%和79.5%,经过离子掺杂的材料表现出较好循环性能。Decheng L、Atsushi Ito等[8]用喷雾干燥法合成了LiNi0.5-xCo2xMn1.5-xO4,研究表明,当Co掺杂量为2x(0≤2x≤0.2)时,合成材料的电化学性能较好。目前,对镍锰酸锂的离子掺杂研究多用液相法,且针对Ni位掺杂和Ni、Mn位联合掺杂研究较多,虽然一定程度上改善了材料的性能,但也存在工艺复杂、成本较高的问题。本实验以价格低廉的Fe为掺杂元素,采用工艺简单、易于工业生产的固相法,通过对原料进行高速球磨混合和高温烧结,分别合成了具有尖晶石结构的LiNi0.5Mn1.5O4/LiNi0.5Mn1.45Fe0.05O4,进一步测试表明掺杂样品不但没有产生杂相,且较之未掺杂的样品表现出更好的电化学性能。

1实验

1.1材料的制备

按化学计量比n(Li)∶n(Ni)∶n(Fe)∶n(Mn)=1.05∶ 0.5∶0.05∶1.45称取MnO2(含量91%),NiO(AR,阿拉丁),Li2CO3(AR,广州化学试剂厂),FeC2O4·2H2O(AR,阿拉丁),加入无水 乙醇作分 散剂,用行星式 球磨机 (Fritsch pulverisette 5型)以350r/min球磨混合4h,获得前驱物。 把前驱物压实之后置于马弗炉中以10℃/min的升温速率至900℃,保温12h,随炉冷却至室温,于玛瑙研钵中研磨、过筛得到正极材料LiNi0.5Mn1.45Fe0.05O4;以相同的制备工艺合成未掺杂Fe3+的正极材料LiNi0.5Mn1.5O4。

1.2仪器与测试

合成样品的物相分析采用X射线衍射仪(Philips X′pert MPD diffractometer),铜靶,35kV,扫描速率0.02(°)/s,扫描范围为10~90°;用场发射扫描电子显微镜(德国蔡司Supra 40)进行微观结构分析,考察Fe3+对LiNi0.5Mn1.5O4表面形貌的影响。

组装模拟电池测试合成材料的电化学性能。模拟电池正极片按m(LiNi0.5Mn1.45Fe0.05O4/LiNi0.5Mn1.5O4)∶m(乙炔黑)∶m(PVDF)=8∶1∶1比例混合,加入混合 物质量3.5倍的N-甲基吡咯烷酮调制成浆料,用恒温磁力搅拌器使其混合均匀,将3mg左右的活性物质浆料均匀涂敷于直径1cm铝箔基体上。将制好的电极片于120 ℃真空干燥箱烘干12h。在充满氩气的手套箱中以锂片为负极,Celgard2500聚丙烯多孔膜为隔膜,采用广州天赐生产的1mol/L LiPF6/ (EC+DMC+EMC)作为电解液,组装成CR2032型扣式电池。以武汉蓝电电池测试系统测试扣式电池的放电曲线,测试温度为恒 温25 ℃,采用恒电 流方式,电压区间 设置为3.5~4.9V。使用Parstat2273电化学工作站测试电化学阻抗(EIS),金属Li为对电极和参比电极,频率范围105~10-2Hz,振幅为5mV。

2结果与讨论

2.1物相分析(XRD)

图1为在相同工艺条件下合成的样品的XRD谱图。从图1中可以看 出,实验合成 的两种样 品在37.5°、43.6°和63.3°均没有出现固相法合成镍锰酸锂常见杂质相LiyNi1-yO的特征峰,两种样品的所有峰都与标准LiNi0.5Mn1.5O4(PDF #80-2162)衍射峰十分吻合,峰形尖锐说明掺杂Fe3+没有对材料的结构造成破坏,样品仍具有完整立方尖晶石结构和较高的结晶度,且合成样品纯度高,无杂质相,而杂质相的存在会降低活性物质的有效质量,导致可逆比容量偏低。

表1为由jade计算所得的合成样品的晶胞参数和晶胞体积。由表1可知,掺杂Fe3+样品的晶胞参数(0.81701nm) 和晶胞体积 (0.54536nm3)比未掺杂 样品 (0.81595nm, 0.54324nm3)都有所变大,可能原因 是与未掺 杂的样品 相比,Fe3+的嵌入造成晶格畸变,使材料的晶胞参数变大,更加接近标准LiNi0.5Mn1.5O4(PDF#80-2162)的晶胞参数。而样品的晶胞体积与理论值越接近,预示该样 品晶体结 构更稳定,充放电循环时可逆容量损失小。

2.2形貌分析(SEM)

图2为合成样品的扫描电子显微照片。从图2中可以看出,同样工艺条件下合成的样品LiNi0.5Mn1.5O4和LiNi0.5Mn1.45Fe0.05O4形貌、粒径差别不大,两种样品分散性较好,没有团聚现象,部分颗粒呈完整八面体,边缘清晰,表面光滑且附有少量细小颗粒。掺杂Fe3+的样品表面颜色相对均匀,荷电效应较小,具有较好的导电性。另外,颗粒表面细小颗粒的存在会增加材料和电解液的接触面积,加速电解液对材料的腐蚀,导致循环过程中容量衰减,而经掺杂Fe3+的样品颗粒表面碎小颗粒相对较少。图3是由JL-1166型激光粒度仪测得的两种样品的粒度分布曲线,两种样品的粒径分布主要集中在1~2μm内,与图2所示结果基本吻合。表2为样品粒径测试结果。

2.3电化学性能测试

图4是相同工艺条件下合成两种样品在3.5~4.9V, 0.2C倍率下经过20次充分活化后的充放电曲线。从图4可知,实验合成的样品均具有2个明显放电平台,分别是对应于Mn3+/Mn4+氧化还原反应的4.0V平台和对应于Ni2+/ Ni4+氧化还原反应的4.7V平台。由于有序P4332结构的镍锰酸锂只存在Mn4+,仅在4.7V左右出现单一放电平台,故存在明显4.0V充放电平台意味着合成的样品以Fd3m结构为主。无序Fd3m结构尖晶石LiNi0.5Mn1.5O4的锂离子传输速率比有序P4332结构高2.5个数量级,具有更优异的电化学性能[9,10]。两种样品的4.0V平台长度相当,说明实验合成样品的Mn3+含量相近。由此可以推断,高温固相法合成材料时,掺杂Fe3+对材料中Mn3+含量影响不大,合成的材料仍是无序Fd3m结构,且Fe3+的加入对控制材料的低放电平台(4.0V)长度作用不大。此外,由图4可知,掺杂Fe3+材料的放电比容量比未掺杂的略高(4.7mAh/g)。

图5是两种样品前20次循环性能图。从图5可以看出, 在前期充放电循环时,两种样品均出 现放电容 量衰减的 情况,经过充放电活化后放电容量逐渐保持稳定。但明显可以看出掺杂Fe3+之后,样品容量衰减得到抑制,其首次放电比容量为124.5 mAh/g,经20次充放电循环,放电比容量为120.1mAh/g,容量保持率为96.5%;而未掺杂的样品经20次充放电循环,放电比容 量由首次125.3 mAh/g衰减到115.4mAh/g,容量保持率为92.1%,比之掺杂Fe3+的样品明显偏低。虽然掺杂Fe3+之后样品的首次放电比容量有微小降低(0.8mAh/g),但掺杂样品表现出相对较好的循环稳定性。其可能的原因为:(1)充放电循环时Li+不断从正极中脱出与嵌入,使材料结构改变,晶格扭曲,8a-16c-8a三维隧道结构被破坏,锂离子在晶格中正常脱嵌受阻,导致可逆容量不断降低;掺杂离子(Fe3+)进入晶格后起到稳定尖晶石框架结构的作用,有助于Li+在材料中可逆传输,稳定了可逆锂源,抑制了容量衰减,使材料的循环稳定性变好。(2)Fe3+掺杂提高了材料的电子和离子导电性,使材料表现出较好的电化学性能。

图6是实验合成两种样品的电化学阻抗图谱,两种样品的阻抗图谱都是由高频区的半圆和低频区的直线组成,分别反映电极电化学反应界面电荷转移电阻Rct和锂离子在固相中扩散产生的Warburg阻抗Zw。从图6可以看出,两种样品的欧姆电阻RΩ相差不大,而Fe3+掺杂样品的Rct为58Ω 明显小于未掺杂样品的76Ω。说明Fe3+掺杂能降低材料在充放电循环中的电荷转移电阻,有利于提高活性物质在充放电时的脱/嵌锂深度,使材料的放电比容量保持稳定,表现出较好的循环稳定性。

3结论

篇4：高结构材料与

【关键词】钢结构连接；焊接处理；高强度螺栓

当前，人们在钢结构连接施工时，为了提高钢结构的稳定性和可靠性，一般都会采用高强度螺栓连接施工和焊接施工的方法，来对其进行处理。其中由于高强度螺栓连接方法在实际应用的过程中，有着较高的稳定性，可以使得钢结构的承载能力的进一步的提升，因此在对钢结构进行连接处理的过程中，人们一般都是采用的高强度螺栓连接施工方法来对其进行处理，从而保障工程的施工质量。下面我们为了让人们对钢结构连接和高强度螺栓施工的相关内容有着比较详细的了解，我国就对其施工工艺进行简要的介绍。

一、钢结构连接与高强度螺栓连接

1.钢结构连接的相关介绍

在工程施工项目中，钢结构由于较强的稳定性和刚度，因此得到了人们的广泛应用。而所谓的钢结构连接其实就是指钢结构构件在和其他构件进行相互连接的一种方法。在通常情况下，钢结构构件和其他元件进行连接施工的过程中，所采用的连接方法有很多，其中主要包括了焊接、螺栓连接等。其中有益于螺栓连接方法施工工艺比较简单，其稳定性较强因此得到了人们的广泛应用，而且我国也可以根据螺栓强度的不同，将螺栓连接方法分成普通螺栓连接和高强度螺栓连接这两种。

2.什么是高强度螺栓

而高强度螺栓连接作为螺栓连接方法中一种常用的连接方法，它主要是采用高强度钢材料制作而成的，因此在对其进行施工的过程，所采用的施工方法和工具都要比普通的螺栓施工有着更高的要求。而且和普通的螺栓相比，高强度螺栓在使用的过程中，其自身的承受能力将有着有效的提高。而且其受力特点和普通的螺栓结构也不一样，这就使其耐久性得到了明显的增强。我们在我国社会经济发展和城市规划建设的过程中，人们一般都是将高强度螺栓广泛的应用在桥梁工程、高层建设等工程设施当中，使其结构的稳定性和可靠性都得到明显的增强。

二、钢结构焊接方法选择

目前，我在对钢结构进行安装施工的过程中，焊接施工是其中主要的施工方式之一，其中人们主要是采用电弧焊施工的方法来赌气进行处理，这样不仅有着很好的焊接效果，还会对整个钢结构材料有着很好的保护作用，从而满足工程施工的相关要求。但是在特殊场合下，人们有时也会采用电渣焊接的方法来对其进行处理，从而使得钢结构的稳定性和可靠性得到进一步的提高。

1、手工焊：钢结构手工焊接方法具有操作方便，设备简单的优点。一般来说，手工焊接法的科学技术含量以及焊接设备的成本都不算高，并且它适用于任意两个或多个钢结构部件之间的焊接。但除了以上优点之外，手工焊接也存在着劳动强度大，工作效率低等缺点。我们目前常用到的手工焊接机械主要有两种，一种为交流焊机，一种为直流焊机。前者交流焊机比较适用于普通鋼结构的连接，而后者则适用于一些对焊接要求比较高的钢结构。

2、埋弧自动焊：埋弧自动焊，又称“电弧焊”，是一些小型设备焊接中常会采用到的一种焊接方式，其焊接原理是电弧在焊剂层下燃烧，达到将两个钢结构构件连接起来的目的。电弧焊的焊接效率比较高，焊接质量也有所保证，最重要的是电弧焊的操作技术简单灵活、易学。因此，电弧焊常常被应用于一些大型构件的制作加工中。

三、焊接工艺要点

焊接连接是现代钢结构最主要的连接方法，焊接连接构造简单，任何形式的构件都可直接相连；用料经济，不削弱截面；连接的密闭性好，结构刚度大。焊接时要注意以下几点：

1、焊接工艺设计：确定焊接方式、焊接参数及焊条、焊丝、焊剂的规格型号等。

2、焊条烘烤：焊条和粉芯焊丝使用前必须按质量要求进行烘焙，低氢型焊条经过烘焙后，应放在保温箱内随用随取。

3、定位点焊：焊接结构在拼接、组装时要确定零件的准确位置，要先进行定位点焊。

4、焊前预热：预热可降低热影响区冷却速度，防止焊接延迟裂纹的产生。

5、焊接顺序确定：一般从焊件的中心开始向四周扩展；先焊收缩量大的焊缝，后焊收缩量小的焊缝；尽量对称施焊；焊缝相交时，先悍纵向焊缝，待冷却至常温后，再焊横向焊缝；钢板较厚时分层施焊。

四、高强度螺栓连接施工

栓连接分为普通螺栓连接和高强度螺栓连接，两者区别在于高强度螺栓是由强度较高的钢经过热处理制成，高强度螺栓施连接是目前与焊接并举的钢结构主要连接方法之一，高强度螺栓施工时，用特殊扳手拧紧螺栓，对其施加规定的预拉力。

1、一般要求。刚强度螺栓工艺对材料要求很高，材料的合格与否关系到钢连接后的牢固程度，如果螺栓不合格或者受到污染，钢结构连接后容易出现松动、掉落等问题，影响建筑质量，因此在使用前，要对其性能做好检验，运输中轻装轻卸；工地储存要将其放置于干燥、通风、防雨、防潮的仓库，安装要按需领取，没有用完的要及时装回容器；安装中，接头摩擦面要清洁干燥。

2、安装工艺。一个接头上螺栓连接，应从螺栓群中部开始，向四周扩展，逐个拧紧。扭矩型高强度螺栓的初拧、复拧、终拧，每完成一次应涂上相应的颜色或标记，以防漏拧。高强度螺栓应自由穿入螺栓孔内。一个接头多个高强度螺栓穿入方向应一致。垫圈有倒角的一侧应朝向螺栓头和螺母，螺母有圆台的一面应朝向垫圈。强度螺栓连接副在终拧以后，螺栓丝扣外露应为2-3扣，其中允许有10%的螺栓丝扣外露1扣或4扣。

3、紧固方法。高强度螺栓的紧固有两种方法，即大六角头高强度螺栓连接副紧固和扭剪型高强度螺栓紧固。大六角头高强度螺栓连接副一般采用扭矩法和转角法紧固：扭矩法分初拧和终拧两步，初拧使各层钢板充分密贴，终拧将螺栓拧紧；转角法也是两次拖拧，初拧使用短扳手，将螺母拧至构件，做下标记，终拧改用长扳手，从标记位置拧至终拧位置。

五、结束语

由此可见，在现代化工程项目施工的过程中，钢结构材料已经得到了人们的广泛应用，这不仅使得工程结构的稳定性和可靠性得到了进一步的提高，还保障了工程施工的质量。不过由于现代化工程项目的形式多种多样，还是采用普通的钢结构连接方法，是无法满足工程施工的相关要求，因此我们就要将高强度螺栓施工工艺应用到其中，从而保障整个工程项目的施工质量，使其施工效率得到提升。

参考文献

[1]刘智慧.多层钢结构住宅建设中的相关问题探讨[J].中国商界（下半月），2009（04）

[2]喆甡.建设工程施工合同管理中的几个问题及对策[J].山西建筑，2001（02）

篇5：高结构材料与

由NH3的程序升温还原反应(TPR)制备了不同Mo担载量的氮化态Mo/γ-Al2O3催化剂, 用XRD和EXAFS方法研究了样品在氮化前后的体相结构及Mo原子局域配位结构. 氮化前样品的Mo K-边径向结构函数与非负载MoO3类似, 样品中Mo以晶粒度较小, 分散度较高的MoO3形式存在; 氮化后样品的径向结构函数与非负载的γ-Mo2N 基本相同, 样品中Mo主要以分散度较高的γ-Mo2N形式存在. EXAFS拟合结果表明, 样品的.第一配位壳层(Mo-N)的配位数较非负载γ-Mo2N有明显降低, 热无序和结构无序均较大, 并且随担载量降低, 无序度有增大的趋势.

作 者：孟明 伏义路 刘振林 姜明 谢亚宁 胡天斗 作者单位：孟明,伏义路,刘振林,姜明(中国科学技术大学化学物理系,合肥,230026)

谢亚宁,胡天斗(中国科学院高能物理研究所,北京,100039)

篇6：沙发框架材料与结构的研发.

目前在国内生产沙发的厂家,基本上是以实木框架为主,通常用的是松木。但可利用的木材资源在日趋减少和木材本身的缺陷，比如:虫蛀会影响沙发框架的结构强度,也影响到产品出口，木材含水率的控制也是沙发生产企业的薄弱环节,容易出现实木的翘曲变形等,影响框架的强度与结构。这些是目前沙发企业所需要解决的实际问题,在一定程度上制约其发展。

木质复合材料是在基体材料加上增强材料或功能材料复合而成，木质复合材料具有某些特定性能的材料。木质复合材料是以木质材料(木纤维、单板、刨花为主，复合其它材料而构成具有微观结构和特殊性能的新材料。它克服了木质材料许多缺点，而且能使这种新型材料具有原来单一组分材料所不具有的优良品质，从而扩展了木材的应用领域，因而成为当今木质材料发展的重点与学科研究的热点。

沙发框架常用实木、人造板制作，经整体疲劳强度测试表明，其强度都能满足沙发的质量标准要求。用木质复合材料所做的沙发框架，其强度不低于实木所做的沙发框架。在实木资源较紧张的今天，应尽量选择木质复合材料、定向刨花板来替代，不但有价格优势，同时也避免了实木框架的虫蛀、节疤、含水率高等问题。国外生产沙发的新材料、新工艺、新设备的不断呈现和发展，我们应研究借鉴。2木质复合材料节点的分析与研究

沙发框架结构性能的研究是沙发结构设计的重要组成部分。在沙发框架结构的各个节点，研究节点的力学性能尤为重要。强度和刚度是衡量节点性能高低的两个重要指标，沙发框架节点的强度和刚度随着其节点的连接型式（T型、L型）、连接合方式（圆榫、胶结合、五金连接件等）、基材本身的物理性能等因素而变化。通过对沙发框架进行强度测定、刚度测定、破坏性试验，然后建立力学模型，计算各种节点的强度和刚度，通过比较节点接合的接合方式、接合形式等因子对沙发框架结构性能的影响程度，是设计新型沙发框架结构的理论基础。

现代沙发生产企业,在利用新材料,发展新技术,开创新工艺是一项艰巨而又迫切需解决的任务。利用新材料,在沙发框架生产工艺简单化与接合方

式上进行探讨,借鉴传统的接合方式,设计适合各种木质复合材料接合的型式和方式,并通过相应性能测试进行检验,为木质复合材料应用于现代沙发框架奠定基础。国外木质复合材料的应用相当普遍,并具有一定的生产技术条件。国外研究的重点主要集中在木质复合材料生产过程最优化，由性能价值比来决定生产工艺和原料。

木质复合材料应用于沙发框架的制作,在国内目前还正处于一个起步阶段,有些沙发企业在小批量试生产，而这种试生产还局限于框架非承重部位,并没有完全替代实木的框架结构。

篇7：高结构材料与

摘 要：本文通过调研分析隧道内气候环境对路面结构与材料的影响，分析隧道内特殊气候环境对路面结构与材料的要求，综述目前我国公路隧道内路面结构与材料的型式，论述隧道内路面结构的施工工艺与方法，针对目前公路隧道路面结构与材料现状，提出了今后的研究方向。关键词：公路隧道 路面结构 路面材料 研究及展望

1.前言

随着我国公路建设的迅速发展，公路隧道不断增多。据第二次全国公路普查统计，到’### 年底，全国已建公路隧道1684处，总长达628km。

为了贯彻党中央、国务院关于西部大开发的战略决策，改变西部地区公路建设的落后面貌，交通部确定了加快西部建设发展的总体目标，计划利用20年的时间，基本形成布局合理、功能完善的公路运输服务网络，基本适应西部地区国民经济发展的需要。要实现这一目标，西部地区要建设1.26万公里的国道主干线、1.5万公里的八条省际公路大通道和22万公里的县乡公路。

由于西部地理环境特点，待建公路将向山区发展的趋势，公路隧道无论数量、长度都会有更多的增加，而且规模将越来越大，类型（陆上、水下）将越来越多。面对这一繁重建设任务，但又经济基础薄弱、建设资金匮乏的形势，降低公路投资和维修造价（包括隧道路面）是西部地区许多省区迫切需要解决的问题。

由于各方面的原因，我国对隧道路面结构和材料的研究比较薄弱，隧道路面大多采用水泥混凝土路面，结构型式单一，由于没有针对不同隧道路面的特点进行结构与材料的研究，已建的隧道水泥路面出现了诸如：剥落、断板、接缝破坏、抗滑性能差、平整度低、噪声大等问题，严重影响了隧道通行能力和使用性能。

因此，开展隧道内路面结构与材料研究、调查、观测和分析隧道内气候环境对路面结构与材料的影响，分析隧道内特殊气候环境对路面结构与材料的要求，研究公路隧道内路面结构设计方法与材料设计方法与设计标准，研究隧道内路面的施工工艺与质量控制方法，以及隧道内路面的修复技术，是十分必要和及时的。为此，交通部在’##’ 年西部交通建设科技项目中列入了此项目的研究任务。

2.隧道内环境对路面结构与材料的影响

隧道内是一个相对封闭、空间狭小的管状环境。隧道内没有隧道外的日晒雨淋气候，一般夏季隧道内比洞外气温低，冬季气温较洞外高，全年气温相对稳定，温度变化幅度小，温差小；但隧道内湿度大，比较潮湿，地下水丰富。隧道内空气流动性小，空气易污染；隧道内没有日照，常年处于黑暗中，能见度低。因此，隧道内路面与一般道路、桥面铺装结构在使用环境上存在较大的差别，需深入调查、观测和研究隧道内气候、环境对路面结构和材料性能的影响。

2.1 隧道内环境对路面结构的影响

隧道内没有日晒雨淋对路面结构的影响。隧道内气温，一般夏季隧道内比洞外气温低，冬季气温较洞外高，全年气温相对稳定，温度变化幅度小，温差小，气温的年周期变化、日周期变化小，水泥混凝土路面板内的温度应力也小，路面结构的收缩变形小，不易开裂。

隧道内湿度大，比较潮湿，地下水丰富，易产生水损害和基础唧泥，直接影响路面的使用性能与耐久性，尤其是沥青路面。同时也影响到路表面的抗滑性能，不利于行车安全，对路表面的抗滑性能提出了更高要求。

2.2 隧道内环境对路面材料的影响

隧道内潮湿、地下水丰富，路面材料须有较好的水稳定性，抗水损害的能力要强，同时要求材料的抗滑性能优良，一般选用水泥混凝土路面；隧道内交通噪声大，路面材料最好具有吸收噪声的功能，或者具有一定的减噪能力；隧道内基础强度不均匀，路面材料的整体强度很重要；隧道内空间小，不利于大型机械化施工，路面须具有良好的施工性能。

2.3 隧道内环境对路面施工的影响

隧道内是一个相对封闭、空间狭小的管状环境。隧道内不利于大型施工机械作业，对需要大型施工设备的路面结构不适合，同时给施工及养护造成困难，尤其养护作业时交通组织与交通安全维护问题较大。

2.4 隧道内环境对交通的影响

隧道内管状空间噪声反射率高，交通噪声严重；隧道内废气污染严重，主要是汽车所排放的一氧化碳（CO）和柴油车所排放的烟雾，直接危害乘客的健康，且烟雾、尘土等又会使隧道内能见度降低，影响行车速度与行车安全。

3.隧道内环境对路面的要求

隧道内是一个相对封闭、空间狭小的管状环境，具有独特的气候环境，温差小、湿度大、空气污染严重、交通噪声大等特点，对隧道内路面结构与材料提出了一些特殊的要求。

公路隧道内路面由于特殊的气候与环境，要求其结构密实、路面平整、水稳定性好、强度高，并具有良好的抗滑性能、耐久性和抗磨耗性；不透水，抗水性好，有良好的排水系统；抗腐蚀能力强，漫反射率高，颜色明亮，易修补。

隧道路面材料一般按普通道路建筑材料的技术指标与标准来要求和进行材料组成设计，但隧道内其特殊的气候环境和功能要求，其材料性能指标与技术标准也应作一些调整和变动，以适应隧道路面的技术要求。

4.隧道内路面结构类型与材料

4.1 水泥混凝土路面

目前及多年来主要采用水泥混凝土路面结构型式，其主要优点是：水稳定性好，地下水对其影响小；结构强度高，承载能力强，耐久性好；颜色浅亮对照明有利。但水泥混凝土路面洞内噪声大，路面结构接缝造成平整度相对较差，行车舒适程度不如沥青路面，一般路面抗滑性能难以满足技术要求；由于颜色浅，路面标线与路面的对比度低，路面标线的效果受到影响；水泥混凝土路面一旦损坏，养护维修困难，由于空间狭小、亮度低，不利于作业和交通组织。

隧道内路面抗滑性能不足应引起重视。山西晋城至阳城高速公路中的牛王山隧道，长1860m，双洞、路面各宽8m，路线纵坡2.2%，水泥混凝土路面，1997年底建成通车。而南线混凝土路面抗滑性能急剧下降，表面构造深度由竣工初期的0.72mm下降到1999年6月（一年半）的不足0.2mm，从外观来看，路面横向拉槽逐渐变浅或消失，表面光滑，手感油腻，呈镜面现象；而交通事故大幅上升，1999年占全线交通事故的50%。养护单位采用纵向刻槽方式进行抗滑能力的恢复，效果良好。

4.2 沥青路面

以前隧道内路面较少采用沥青路面，由于隧道内温差小、潮湿，全年保持在一个较低、较恒定的温度，如采用层铺法或路拌法施工的沥青表面处治、沥青贯入式、乳化沥青混合料等，一般不容易成型良好；潮湿的使用环境直接影响沥青路面的使用性能与耐久性，容易产生水损坏，耐久性不如水泥混凝土路面；沥青路面颜色黑，反射率低，直接影响路面的亮度（照明度），其优点是平整度好、抗滑性能易保障、噪声低，行车舒适、安全，且损坏维修方便，与路面标线颜色对比强烈，利于高速公路中的分道行驶。

因此，《公路隧道设计规范》（JTJ 026-90）中，一般情况下，建议采用水泥混凝土路面。隧道内干燥无水、施工方便时也可采用沥青路面。

近年来，随着我国公路建设的迅速发展，公路隧道越来越多，尤其是高速公路中的隧道建设，并对隧道路面的汽车行驶的安全性与舒适性、对隧道路面的表面抗滑性能和噪声要求比一般公路隧道提出了更高的要求，特别是行车安全性、舒适性和环保上的要求。因此，一般小型机具施工的水泥混凝土路面难以满足这方面的要求。

在国外大多数的公路隧道路面采用沥青路面。在我国也有专家提出，一般公路隧道采用水泥混凝土路面，但高速公路隧道宜采用沥青路面，特别是高性能的沥青混合料，如SAC、SMA、OGFC等。如福建省章龙高速公路中的东家畲隧道，长205m，路面结构为：4cmSBS改性沥青SMA-10+改性乳化沥青粘层及自粘式玻璃纤维格栅+4cm改性沥青AC-13+25cmC35水泥混凝土基础+C10贫混凝土找平层，通过年半年的

通车运行，效果良好。而旁边的如山头隧道的水泥混凝土路面，抗滑性能急剧下降，短短3个月时间发生了近20起交通事故。

4.3 连续配筋混凝土路面

美国最先使用连续配筋混凝土路面，早在1921年，在华盛顿特区修建了第一条连续配筋混凝土路面，以探索其工作原理与使用效果，随后德克萨斯州、弗吉尼亚州、宾夕法尼亚州、马里兰州等地开展了大规模的工程试验，得到了比较满意的结果。现行的设计规范为1990年美国联邦公路局（FHWA）颁发的刚性路面规范。在美国全国大量修建高速公路和机场道面时（州际公路与国防公路系统）大量采用了连续配筋混凝土路面，据统计，这种路面的总里程已超过32000km。经过20多年的使用实践，绝大部分路面完好无损。在亚洲，除日本之外，泰国于1988年在南北高速公路上铺筑了150km的连续配筋混凝土路面，采用了英国交通部的设计规范进行设计。

在我国，由于连续配筋混凝土路面用钢量较大，造价较高，一般公路建设中受投资的影响极少采用，2000年以前，仅在江苏省的盐城和镇江等两地各修筑了1km的试验工程。现行《公路水泥混凝土路面设计规范》（JTJ012—94）也只建议在高速公路与一级公路建设中使用。规范提出的连续配筋混凝土路面设计方法主要参考国外的设计方法和试验路的成果，同时，规范也指出许多问题有待深入研究。2002年湖南省耒宜高速公路建设有限公司在京珠主干线湖南耒阳至宜章段修筑了44km的连续配筋混凝土路面，通过近一年的使用，目前状况良好，行车性能舒适。

由于连续配筋混凝土路面是一种在路面的纵向配置了足够的钢筋，取消了横向接缝的路面形式，它对减少路面水损害破坏，改善隧道路面的使用品质有明显的成效。5.隧道内路面施工特点

隧道内空间狭小、亮度低、空气潮湿，对施工操作不利，目前隧道内水泥混凝土路面大多采用小型机具施工，无法满足平整度的要求，而且施工质量控制困难。目前迫切需要研究采用大型施工机械进行隧道内水泥混凝土路面与热拌热铺沥青混凝土路面的施工技术与质量保障措施。6.隧道内路面结构与材料研究展望

我国是一个多山的国家，2-3左右的国土是山地或重丘，在公路建设中，公路隧道从无到有，从短到长，从简单“土洞”到设备功能齐全的现代化隧道。近年来，随着我国高等级公路的发展，公路隧道建设的规模越来越大，通过这些隧道的实践，推动了科学技术进步，交通部门有关单位近年来围绕工程实际问题开展科学研究，取得了系列研究成果，但对隧道内路面研究不多，而隧道内路面的好坏直接影响到隧道的使用质量与使用效果。因此，有必要对隧道内路面开展更深入的研究，更好地提高隧道内路面行车舒适性、行车安全与通行能力，应在以下几个方面更好地开展研究工作。

1）采用先进的电子测试技术和无损检测技术对隧道内气候、环境和路面使用性能进行周期性观测与调查，全面掌握隧道内气候、环境的特点及其变化规律，结合平面温度场和三维温度场等理论，采用非线性有限元分析方法，在试验研究的基础上进行分析，把握其对隧道路面结构与材料的影响程度。

2）应用连续配筋混凝土路面提高高速公路隧道路面的整体强度、耐久性和行车舒适性能，以满足高速公路以及隧道路面对路面结构的功能要求。

3）采用混凝土板斜接缝、不等距刻槽、滑模摊铺施工技术提高水泥混凝土路面表面的抗滑性能、平整度与降低噪声水平；采用高性能减噪沥青混合料，提高沥青路面表面构造深度，降低行车噪声，提高行车舒适性能。

4）应用水泥混凝土、连续配筋混凝土、钢筋混凝土、贫混凝土基层提高隧道内沥青路面的整体强度，减薄路面结构总厚度，满足隧道内施工上的要求。

5）研究隧道内路面结构的综合防排水技术措施。

6）利用室内大型直道疲劳试验和先进的$%&’ 沥青及沥青混合料试验设备进行路面新材料和新结构的试验验证，结合理论分析，提出隧道内路面结构设计方法。

针对目前公路隧道路面结构与材料现状，提出今后的研究方向，供我国公路隧道尤其是西部地区公路隧道的建设及养护参考，以提高隧道路面使用性能、使用寿命及服务水平，降低行车噪声和养护成本，提高公路隧道运营的安全与综合效益。结论

应在深入调查、观测和研究气候、环境对隧道内路面结构和材料的影响基础上，以实体工程为依托，通过调研、现场观测、室内外试验、工后观测和理论分析，结合新材料、新结构、新工艺、新技术等的应用研究，科学、系统地提出隧道路面结构合理型式、合理厚度和结构组合，提出隧道路面材料设计指标与技术标准，提出隧道路面结构施工工艺以及隧道旧路面的修复技术，用以指导我国公路隧道尤其是西部地区公路隧道的建设及养护，提高隧道路面使用性能、使用寿命及服务水平，降低行车噪声和养护成本，提高公路隧道运营的安全与综合效益。

参考文献

1.行业标准.公路隧道设计规范（JTJ 02-90）［S］.北京：人民交通出版社，1990 2.行业标准.公路隧道施工技术规范（JTJ042-94）［S］.北京：人民交通出版社，1994 3.行业标准.公路工程技术标准（JTJ 001-98）［S］.北京：人民交通出版社，1998 4.行业标准.公路隧道勘测规程（JTJ 063-85）［S］.北京：人民交通出版社，1985 5.黄成光.公路隧道施工［M］.北京：人民交通出版社，2001 6.行业标准.公路沥青路面设计规范（JTJ 014-97）［S］.北京：人民交通出版社，1997 7.行业标准.公路沥青路面施工技术规范（JTJ 032-94）［S］.北京：人民交通出版社，1994 8.行业标准.公路水泥混凝土路面设计规范（JTJ 012-94）［S］.北京：人民交通出版社，1994 9.行业标准.公路路面基层施工技术规范（JTJ 034-2000）［S］.北京：人民交通出版社，2000 10.邓学钧，陈荣生编著.刚性路面设计［M］.北京：人民交通出版社，1993 11.（美）黄仰贤著，余定选齐诚译.路面分析与设计［M］.北京：人民交通出版社，1998.5 12.蒋树屏.我国公路隧道工程技术的现状及展望［J］.中国公路学会2001 年学术交流论文集，北京：中国公路杂志社，2001.9 13.吴德兴等.浙江公路隧道建设技术的现状及发展［J］.中国公路学会2001年学术交流论文集，北京：中国公路杂志社，2001.9 14.W.O.Hadley, SHRP-LTPP overview: Five-year report, SHRP-P-416, 1994 15.A.C.Collop, D.Cebon, Parametric study of factors affecting flexible pavement performance, Journal of Transportation Engineering, Vol.121(6),1995 16.L.Frechette, Continuation of the C-LTPP projectk: A strategic plan 1994-1999, Proceedings of International Road Federation Conference and Exposition, Calgary, Alberta, 1994 17.FHWA, Long-tem pavement performance: Staus report, FHWA-RD-98-063m1998 18.FHWA, Research and technology program 1996-2000: A summary of FHW As research and technology progyam, FHWA-RD-96-094,1996 19.proceedings of the 6th International Symposium on Create Roads, Oct,1990 20.U.S.Department of Transportation, Specifications of Rigid Pavement, FHWA, 1990 21.American National Research Council, Synthesis of Current and Projected Concrete Highway Technology, SHRP-C-345, 1993 22.American National Research Council, Evaluation of the AASHTO Design Equations and Recommended Improvements, SHRP-P-394, 1994 23.沙庆林.高速公路沥青路面早期破坏现象及预防［M］.北京：人民交通出版社，2001.5 24.American National Highway Institute, Pavement Analysis and Design Checks-Participant’s Manual, FHWA-HI-95-021, Aug.1997

篇8：某高密度计算机结构设计与分析

随着高密度计算机模块化程度越来越高, 功能越来越复杂, 同时, 计算机安装空间非常狭小, 这就要求高密度计算机既要满足必备的性能要求, 又要使产品小型化。本文中的高密度计算机在综合考虑功能、体积、散热、电磁兼容等因素情况下, 合理布局, 采用三维设计方法, 通过仿真软件对计算机进行有限元分析和优化, 使其满足相应的国军标试验要求[1]。

1 高密度计算机结构设计

该高密度计算机包括机箱和4个功能模块, 采用模块化设计, 每个模块通过母板实现各类信号的连接, 可快速更换, 达到LRU (现场可更换单元) 级别。面板连接器通过焊接方式和母板交联。由于安装载体内部尺寸严格限制, 高密度计算机的外形尺寸不得超过200 mm×104 mm×78 mm (长×宽×高) , 重量不超过2.5 kg。

1.1 整体布局设计

根据高密度计算机的功能需要以及快卸要求, 必须将功能分解为4个模块。同时综合考虑模块芯片布局、连接器选型和散热设计等因素[2,3], 得到高密度计算机的整体布局。选取其中典型的两种布局如图1所示。

进一步分析两种布局得知, 当模块垂直于底板时, 由于模块两侧固定距离较大, 刚度相对较弱, 对元器件的可靠性不利。同时, 当模块垂直于底板时, 元器件所产生的热源和空气之间的散热通道热阻较大, 机箱所能提供的换热面积较小, 不利于元器件散热。综上, 选取模块平行于底板的布局作为最终结构方案。高密度计算机结构如图2所示。

1.2 热设计

电子设备热设计中, 最重要的是使元器件所产生的功耗能够迅速地通过传导、对流和辐射传递出去, 从而降低元器件的结温, 保证元器件的正常使用。考虑到整机功耗为28 W左右, 而安装载体空间极为狭小, 因此将自然冷却方式作为高密度计算机的散热方式。自然冷却的优点是可靠性高、成本低, 它不需要通风机或泵之类的冷却剂驱动装置, 避免了因机械部件的磨损或故障影响系统可靠性的弊病。根据自然冷却的规律, 采取以下措施提高高密度计算机的散热性能:a) 优化模块布局, 将功耗大的器件布局在模块两侧, 缩短散热通路;b) 优化机箱散热肋条, 通过仿真得到最优散热肋条间距和厚度;c) 优化模块散热冷板, 通过仿真得到最优散热冷板厚度和间距;d) 优化散热冷板, 增加模块接触面积, 增加锁紧长度, 进一步降低接触热阻;e) 增大散热接触面积, 通过计算机顶部贴合导热衬垫, 使计算机温度进一步降低。

2 高密度计算机有限元分析

根据国军标中关于飞机外挂的振动要求, 外挂的响应是安装在外挂内设备的输入振动。高密度计算机要安全可靠地工作, 必须要承受一定压力和变形。因此对高密度计算机进行有限元分析。

2.1 环境条件

高密度计算机承受载体的宽带振动条件, 振动激励范围是20~2 000 Hz, 耐久振动图谱如图3所示, 其中:f1=500, f2=1500, W1=0.01, W2=0.024。

2.2 有限元建模

高密度计算机实际结构合理简化是正确进行有限元分析的基础。电子设备结构复杂, 将模块连接器按重量分布简化, 去掉大部分圆角, 忽略模型上的各种标识, 对分析结果影响很小的零件不用装配, 如密封圈、标牌等。简化后的计算机模型如图4所示。

在三维建模软件中建立产品模型并输出STEP格式文件[6], 导入到Patran 2010 for MD Nastran。在Patran中采用最常用的四面体十节点单元进行网格划分。这里采用四面体十结点网格 (Tet10) 对各零件进行划分, 各零件之间通过接触表装配组合。其中四面体单元42 413个, 结点86 214个。有限元模型如图5所示。

2.3 模态分析

为了掌握高密度计算机整机各阶固有频率和其动力特性, 对其进行模态分析。模态是产品刚度的主要评价指标。模态越高, 刚度越大。高密度计算机的前六阶模态如图6所示。

前六阶模态固有频率和所在的振动位置各不相同, 前六阶模态分析结果见表1。

机载电子设备的一阶固有频率一般在300 Hz左右[4], 而本文中的机载电子设备一阶固有频率为756.6 Hz, 整机固有频率为993 Hz。机箱整体振型比较均匀, 整体刚度良好。

2.4 随机响应分析

该高密度计算机采用4个M4螺钉和载体相连接。经过对XYZ三个方向进行仿真发现, XYZ三个方向随机响应应力如图7所示。其中, X方向应力最大, 为16.8 MPa, 位于机箱安装孔附近。高强度铝合金在常温下的疲劳极限σ-1为137 MPa。计算机结构的最大应力小于材料的疲劳极限, 满足高周疲劳强度的要求。因此, 在耐久振动条件下结构不会发生破坏, 计算机结构强度满足振动要求

XYZ三个方向随机响应位移如图8所示。其中, Y方向位移最大 (为0.1 mm) , 位于顶部模块中部。根据相关文献中提供的计算方法[5,6], 根据高密度计算机中模块PCB的尺寸和元器件位置, PCB和元器件的相对位移约为0.000 4 mm, 满足元器件的使用条件。

3 结论

本文主要探讨了某高密度计算机的结构设计和分析, 综合考虑高密度计算机的功能需求和使用环境, 得出整体布局方案。利用Patran2010建立高密度计算机的有限元模型, 对高密度计算机进行有限元分析, 验证是否满足高密度环境要求。此高密度计算机实物已通过了各类试验, 使用情况良好, 这也验证了软件分析结果的正确性, 为其它类似高密度设备设计提供了重要依据。

参考文献

[1]GJB150-1986军用设备环境试验方法[S].

[2]邱成悌, 赵惇殳, 蒋全兴, 等.电子设备结构设计原理[M].南京:东南大学出版社, 2005.

[3]余建祖, 高红霞, 谢永奇.电子设备热设计及分析技术[M].2版.北京:北京航空航天大学出版社, 2008.

[4]周传月, 郑红霞, 罗慧强, 等.MSC.Fatigue疲劳分析应用与实例[M].北京:科学出版社, 2005.

[5]Steinberg D S.Vibration Analysis for Electronic Equipment[M].New York:Wiley-Interscience, 2000.