SCR计量泵方案及结构设计
汽车的节能环保作为一个世界性的课题在全球范围内为人们所重视。为了减少汽车有害气体排放对生态环境的危害，世界各国都相继采用了更加严格的排放法规，如欧盟在2005年实施欧Ⅳ，并在2008年实行欧V排放法规。欧V法规的NOx排放限值比欧Ⅲ降低60％，PM的排放限值相应下降80％；美国在2007年实施EPA2007，PM排放值为0．019／bhp—hr，NOx排放值为0．209a,hp—hr。我国重型柴油车排放标准国皿Ⅳ／V已于2006年发布，技术内容等效欧洲相应技术法规(欧IⅡ／Ⅳ／V)，实施时间分别为2008年、2010年和2012年，北京在2008年开始执行国Ⅳ，国Ⅳ技术已经逐步进入我国社会。
柴油发动机作为卡车、客车以及非道路用车如拖拉机、农用车以及工程机械等的主要动力输出，有着广泛的应用群体，如何降低柴油发动机的排放，以应对法规，需要我们长时间付出不懈的努力。从表1-1中可以看出，有害气体的排放限值有了很明显的下降。其中最少的下降了8 1％(H C)，最高的达到了(P M)9 4％(见表1-1)[21。可见随着排放法规的不断严格，有害气体的排放有了明显减少，生态环境得到了保护。但作为传统动力代表的柴油机，为满足日益苛刻的排放法规，仅凭机内净化而没有后处理技术的参与已经变得越来越困难。究其缘由，柴油机尾气的两大污染物NOx与PM的形成与含量存在着相互制约(trade off)的关系。努力减少其一，必然导致另一污染物增加，即通过机内措施同时减少或消除NOx和PM的排放是极其困难的。为了满足未来新的排放法规的要求，如何协调柴油机油耗和排放，特
别是欧Ⅳ排放的基准上进一步降低NOx排放，相关领域的技术专家从燃油品质、柴油机机内净化技术、机外净化技术(尾气后处理技术)等三个方面寻求策略。提升柴油品质包括降低柴油中的硫含量、控制柴油的十六烷值、添加剂的使用；机内净化技术包括电控高压燃油喷射技术、进气涡轮增压技术、进气中冷技术、废气再循环(EGR)、均质混合压燃技术(HCCI)等。但在欧Ⅳ／V排放法规面前，仅仅依靠这些是远远不够的，必须在此基础上综合使用排气后处理技术来控制NOx和颗粒物。国际上，为满足更严格的排放标准，如欧IV／V或者US2007标准，基本卜都是通过进一步改进欧Ⅲ发动机机内燃烧技术，加上SCR或EGR+DPF(废气循环+颗粒捕集器)等后处理系统来实现的。
在我国，由于技术和社会原因，一直在寻求其他替代技术路线，试图走出一条既经济又可行的方案。主要有以下三方面的考虑，
1、技术压力。对于国Ⅲ发动机以及后续国Ⅳ、国v升级．我们并未完全掌握自主核心技术，为了满足新的法规要求，仍需寻求国外技术支持；对于排气后处理装置，同样面临这个技术压力的问题。
2、成本压力。发动机成本压力，主要来自高压电控供油系统．如高压戴轨系统约占发动机成本三分之一：后处理装置的成本压力，估计也占产品的三分之一
3、社会压力。采用排气后处理技术将带来社会基础设旖压力，如SCR 系统使用的筝用尿素AdBlue的存储和供给；EGR+ DPF这种先进排放技术要求的高质量低硫柴油等等。这些成本初期可能由石化企业承担，最终会转嫁到社会。当然还有其他熏要问题，如各地燃料质量差异；EGR+DPF或SCR使用过程中的作弊问题，如实际使用中EGR率低于型式认证值；SCR系统中尿素使用量变少或不使用等等，导致氮氧化物排放大幅增加。国际上，考虑到技术成熟性和稳定性及技术升级方便性，一般都采用大家都认可的主流技术。欧美等发达国家一车辆排放控制要求严格而且处罚严厉，所以追求一种既满足社会需要，又在未来发展上可节省成本的技术发展方向。从排放法规不断升级的长期观点考虑，国外选定一个可以不断技术升级的基础平台的做法很值得我们借鉴。
NOx的NH3．SCR技术始于20世纪70年代，国外已广泛应用于固定源烟气脱硝[61，SCR是Selective(选择性)、Catalytic(催化)、Reduction(还原)的英文缩写。它的原理是利用V205fri02催化剂，在氧气大大过量的条件下让NH3选择性地还原NOx到N2。使用了以Ti02
为基础的催化剂保证了催化转化器对S02有很强的耐受性。目前，
Nit3．SCR被视为最有希望实际应用于重型柴油机尾气NOx净化的技术之一。考虑到氨的强刺激性与毒性为公众难以接受，氨的碱性对设备有较强的腐蚀性，研究者们倾向于以尿素(32．5％的尿素水溶液Urea．SCR)代替氨选择性催化还原柴油机尾气中的氮氧化物
(NH3．SCR)。为了提高Urea—SCR体系净化NOx的效率，减少氨的泄漏，MAN公司提出了基于Urea．SCR体系的VHRO系统。“V"为前置的氧化催化剂，该催化剂的作用是将排气中的部分NO氧化为N02以提高SCR催化剂的低温活性；“H"为尿素水解催化剂，其作用在于加速尿素水解，从而有利于随后的NOx选择性还原；“R”为SCR催化剂，在该催化剂床层中，排气中的NOx与尿素水解形成的氨发生选择性还原生成N2和H2O。氨为选择性氧化催化剂，可将排气中氨转化为N2以减少氨的泄漏。目前，Urea．SCR体系已成为满足欧V与US 2007的重型柴油车NOx 净化首选技术。
在2000年，美国主要的柴油机制造商就宣布其满US2007排放法规的技术路线将在SCR或EGR+DPF两个技术方案间做选择。截至目前．美国市场主要采用EGR+DPF技术来满足US 2007排放法规。不过，虽近荑国EPA发布了认证SCR技术的轻型和重型柴油车申请排放证书程序(EPA-HQ．OAR．2006-
0886-0002)，这表明美国市场也开始使用SCR技术。在2003年7月，制造商们就已经选择SCR技术来进一步减少NOx排放以满足排放法规的
要求。目前，在欧洲已经得到示范应用。为促进该项技术在欧洲的推
广．出台了AdBlue计划，美国能源公司巨头埃隶、法国道达尔菲纳．埃尔夫公司以及英国BP石油等石油公司，戴．克、福特、菲亚特、大众、德国曼汽车集团、康明斯、沃尔沃、依维柯、雷诺_Ⅵ、Scare、奥迪、道依茨等汽车与发动机制造商，还有众多的催化剂公司与尿素生产商均参与其中。德国OMV冶炼厂正在巴伐利亚的一家加油站设立尿素零售店：lO辆奔驰商用车各进行了14—29万公里的测试；Shell公司也于2003年开始了该公司的第一家“AdBule”尿素设施；德国最大的能源零售公司A脚正计划在自己的研究基地进行Urea-SCR技术气候适应性测试。此外，戴姆勒一柯莱斯勒公司联合奥迪、大众公司共同在美国确立柴油机净化技术品牌Bluctec，该净化技术包括氧化催化剂、DPF(柴油颗粒过滤器)、NOx(氢氧化物)吸附还原催化剂、屎素SCR(选择性_i生；原催化剂)等(如圈l一2所示)。目前欧洲的趋势是长途载重车通常选用SCR技术，而短途运输或者城市公交车则选择EGR+DPF
技术。一宦以柬，美国的燃油价格要比欧洲的燃油价格低，而尿素价格则相对较高；另个原因是尿素的供应问题一直找不到卟合理的解决方案；同时，US2007标准对新车提出了150000KM无维修的要求，这些冈素都阻止了SCR技术在美国的应用，因为大约每5000 kin就要添加一次尿素。园此如果要采用SCR技术，还需要向美国EPA申请特别许州。欧洲的选择丰要是基于成本因素。欧洲的燃油价格很高，SCR技术具有的较好燃油经济性使该技术成为首选。当然，在有些地方仍然需要采用EGR+DPF技术，因为这些地方法规仍然限制没有加装颗粒过滤器的车辆进入市区。
国内主要在北京大约有4500辆采用SCR技术的公交柴油车在运行，由公交公司负责尿素供给。上海为迎接世博会也即将使用采用SCR技术的公交车，广州等其他城市也在试验这种车辆。中国汽车技术研究中心开发的车载排放测试系统检测结果初步显示：(1)NOx排放约2．59／km；PM约70mg／krn。同比NOx排放约下降75％，颗粒物约下降50％。(2) AdBlue消耗量：平均2．4I．．／100km。春秋季节尿素消耗量在2．1—2．8L／100km，夏季消耗量在2．5一L／100km。而EGR+DPF由于成本、油品以及升级潜力等问题，目前在国内尚无应用实例。如果尿素供应问题能够解决，SCR无论从技术开发可行性方面还是从燃油经济性方面都应当作为首选技术路线。国内的各大发动机生产厂商对于应对即将到来的国Ⅳ、国V排放标准的方案也基本达成了共识，近几年加大了对SCR项目的研发力度。2006年玉柴机器自主研发推出了采用SCR技术满足国Ⅳ排放法规的柴油机，2008年又推出了基于SCR的国V公交车柴油机。此外国内许多柴油机厂也纷纷与BOSCH、Hilite等国际公司合作开发基于SCR技术满足国Ⅳ排放的发动机。二汽集团、武汉添蓝、张家口百通、无锡威孚立达、无锡凯龙等也都在SCR的关键零部件及控制器等领域进行了较为深入的
研究。但到目前为止，国内对于该领域的研究还处于起步阶段，许多核心部件都还依赖进口，国产化任重道远。
SCR技术的高门槛
目前，SCR各组件的核心技术都掌握在国外的跨国公司手中，比如，催化平台、催化剂、计量泵等。国内厂家根本无技术力量及大量资金去这攻克这些技术难点，仅仅起到一个组装的作用，而组装的产品还没有通过国内各主机厂的标定及上公告，而博世已上了国内主要几个主机厂的公告。当欧IV真正到来的时候，这些国外巨头从上游一起断货或提高价格。那么，这一行业将会从国内厂家手中消失。或者沦落为主机厂与国外跨国巨头比价的工具。目前，国内号称唯一一家能够做成套SCR设备的厂家，其核心的技术，仅仅是不锈钢封装技术。其余均采购自国外厂家。当这些核心技术都没有解决的时候，该厂家老总就开始考虑SCR大规模上马时的生产能力是否能满足市场的需求。实在是让人对此行业的发展产生丝丝担忧！
SCR国内发展的情况
SCR这一系统的市场前景，被越来越多的配件厂商所认识。目前至少有三家厂商都在搞SCR系统，但是那一家能够掌握核心技术，成为新的行业新贵，还是让时间来证明吧！
国外进入国内的市场的厂商为康明斯、博世。其实作为国内厂商集中力量去攻克SCR系统各组件其中一件，不去走整套供应商路线，同样也可以在这几百亿的市场中分一杯羹。国内的主机厂也不可能让一家
供应商去垄断整套设备的供应，因此，专门去做其中一件组件的供应，术业有专攻，不失为比较合适的做法。
另外，欧IV排放标准的真正实行，还有一段政策的空白期，那么各厂商把资金与人力投放到此项目上，即使是与各主机厂标定，但是量迟迟出不来，产生不了利润。这对各厂商的耐心也是个巨大的考验。应用SCR技术的优缺点分析
柴油发动机的排放控制主要是对排放中的PM和NOx的处理。处理方案一是先在发动机内处理NOx，再处理PM；或者两种都进行后处理。最后这种方法存在一个污染源回收的处理问题。没有EGR系统，在发动机内处理NOx是非常困难的，并且燃油消耗更高。因此，一般多采用在发动机机内减少PM排放，在废气中处理NOx。
（1）目前在废气中处理NOx采用的是SCR处理技术，即：利用尿素溶液（水溶液浓度为32.5%±0.5%），在排气中喷入尿素、氨水等还原性物质，将NOx（主要是NO）还原为N2和H2O。它无毒、洁净、无气味、不易着火、无爆炸危险，但有腐蚀性，必须使用特殊的容器储存。
（2） SCR系统中的尿素剂量最终由发动机管理系统控制，尿素的喷入量必须要与NOx的浓度相匹配，在保证降低NOx的同时，不能超过份量。尿素的喷入量过少，则达不到应有的处理水平，尿素的喷入量过多，则会使多余的氨气排入大气，导致新的污染。所以，必须要有
高灵敏度的NOx浓度传感器以及相应的高精度的尿素喷射装置。而且尿素消耗较快，定期添加尿素的责任也必须由用户来完成。
（3）使用SCR后不但要增加SCR本身装置的重量，另外还要增加一个尿素溶液箱和尿素溶液。汽车会损失一部分的有效载荷。
（4） SCR作为一个新的后处理技术，因购置、操作和保养费用高、需要加一套较为复杂的调节还原剂喷射量的控制系统等等原因，在车用柴油机上还没有得到大范围的推广。
（5）必须保证行驶区域内对尿素需求的供应，需要车载诊断，并需要自觉及时地加尿素。在SCR技术的应用方面，目前已基本解决尿素的储存、注入和喷射策略等技术问题，使用耐久性好，但还需进一步解决降低SCR装置以及尿素加注站的成本等问题。
目前市场上成熟的己投入市场的SCR系统主要分为空气辅助式和直接喷射式两种。空气辅助式的代表是Hilit￡公司的产品，如图2-1所示：
直接喷射式的代表是Bosch公司的产品，如图2-2所示：
博世系统的主要特点如下：
1)尿素泵：直流无刷霍尔隔膜泵
2)压力控N-高速电磁阀控制，无蓄能装置
3)喷嘴：线圈为低电阻(1．9Q)、低电感(1．3mH)，电流式驱动
4)系统在停止喷射后通过泵和换向阀清除Urea。
5)喷嘴冷却(尿素溶液冷却)
6)喷嘴有雾化喷雾功能
7)遍布电加热装置
BOSCH系统的可控性高，同时体积较小，集成度较高，但是由于电磁阀喷嘴直接安装在排气管上，对电磁阀本身的可靠性以及隔热散热要求很高，同时为了保证雾化性能并防止结晶，使用了一套换向单
元以及博世的专利雾化喷嘴结
构，制造工艺复杂，成本较高。
SCR系统方囊一
SCR系统布置图
系统具体组成如下：
1)柴油机：
2)添蓝控制器：添蓝控制器通过采集CAN总线及各传感器的信号，根据柴油机的工况变化和催化器的温度变化，按照内部写定的稳态喷射策略和动态修正策略，准确的控制定量给料单元向排气管中喷射添蓝。根据SAEI]939商用车通讯协议编制，能够在大多数车载CAN网络系统中使用，OBD车载诊断系统定义．DCU的工程样品的开发已经完成，同时，添蓝控制器具各故障诊断功能，实时对整个SCR系统进行故障监测与诊断，目前处于调试和功能完善阶段。
3)催化器消声器：催化器是SCR系统中的重要组成部分，为催化剂的储存容器，是发动机尾气中NOx与添蓝水解产生的NH3发生催化还原的主要空间。催化消声器是一个集催化器和消声器于一体的催化消声装置（如需尾气加热功能还可集成尾气加热器），代替了传统的消声器系统。催化消声器内部有三个串联并相互独立的单元组成，包括氨扩散器、催化器和消声器。扩散器负责将带有氨的排气均匀的分布在催化器的表面，催化器负责加速NO X的还原，消声器消除发动机排气系统的噪音。为了防止氨气腐蚀，催化消声器整体采用不锈钢材料制造，其内部催化器工作过程中需要表面最低温度达到200℃，因此布置时应尽量靠近发动机，催化器入口必须位于距增压器出口1～4m的地方。催化器前后设有两个温度传感器，用于检测催化器前后温度，以此来判断催化器表面温度，确定AdBlue
的喷射量。
4)计量供给单元：定量给料泵上有4个接头，分别是：空气供给、添蓝供给、添蓝回流、添蓝喷射。添蓝控制器通过CAN总线向定量给料泵发出命令，控制定量给料泵启动、初始化、喷射、排空。
5）喷嘴：喷嘴安装在排气管上，作用是将定量给料单元送来
的添蓝与压缩空气的混合物喷入排气管，并使混合物均匀雾化。喷嘴的理想位置是在一段笔直的排气管上，且径向必须居中。喷嘴具有四个直径为0.5mm的孔，具有径向喷雾排列形状。喷嘴在管内必须居中且最好安装在直的排气管上，但可以安装在与排气管中心线垂直的任意径向角度。最好能将喷嘴放在最不容易受到路面损坏的地方。
6)添蓝罐：添蓝罐用于储存添蓝．添蓝的成分为32．5％的尿素水溶液，不易着火，低腐蚀性，冰点为-11℃。添蓝罐的尺寸应与添蓝用量相匹配。对于欧Ⅳ标准，添蓝消耗量大约为燃油消耗量的5％，欧v 大约为7％。
7)防冻液电磁阀：防冻液电磁阀为添蓝化冰服务，当添蓝控制器认为需要对添蓝罐和添蓝管道内的添蓝进行加热，将会控制防冻液电磁阀打开，热的发动机冷却液就会顺着管道流向添蓝罐，使得舔蓝罐内的添蓝温度升高。由于冷却液管道和添蓝管道扎在一起，外套保暖管．所以添监管道的温度也会同时升高。
8)传感器：添蓝罐液位传感器和添蓝罐温度传感器用柬监测添蓝罐内添蓝的液位和温度的信号，催化器入口温度传感器和催化器出口温度传感器用来监测催化器内部温度的变化。NOx传感器用来检测排气中NOx的含量。传感器把各种参数转化为电信号传输至DCU，通过控制策略对喷射量加以修正。
计量泵可以安装在罐的上方或与罐顶相同的高度上。计量泵不应安装在罐的下方。喷嘴的安装高度应低于计量泵
SCR系统的布置设计
SCR系统混和管的布置设计对SCR载体内的化学反应有很大的影响。在国Ⅳ柴油机的开发过程中，相当多的工作是对混和管进行优化设计，包括管道的几何形状、尿素喷射装置的位置和喷射角度等。对管道的几何形状、尿素喷射装置的位置及喷射角度进行优化设计，从而保证在混和管路不出现粒子撞壁后的结晶。通过对SCR载体入口速度均匀性和整个载体的压力损失情况进行计算分析，保证载体入口速度分布均匀，整个系统产生较小的压力损失。
通过计算优化排气管道形状以及喷射位置和喷射角度，避免尿素水溶液撞壁出现沉积，堵塞管路。利用数值模拟研究这些过程，可以
优化混和管路的设计和尿素喷射装置的布置，从而优化SCR系统的布置，预测催化效率，减少试验成本。
反应原理
喷嘴将“添蓝”(AdBlue)以液滴的形式喷入排气后，随着液滴的雾化与扩散，因排气温度较高导致液滴水分蒸发从而产生崮体或熔化的尿素，其熔点为132。C，如式(2—1)所示，尿素随之热分解为等摩尔的NH3和异氰酸(HCNO)，见式(2-2)。HCNO在气相时非常稳定，因此，添蓝从喷入排气到催化剂之前发生的化学反应过程可以概括为：（NH2）2CO(液)→ (NH2)2CO(固)(吸热反应) (2-1) (NH2)2C0(固)→NH3(气)+HCNO(气) (吸热反应) (2-2) HNCO+H20→NH3+C02 (2—3)
在催化器中，由AdBlue水解反应得到的NH3和NOx发生的主要反应如下：
4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O （2-4）
由于在柴油机的NOx排放中NO占90％以上，而且02参与了反应．所以称反应(2-4)为标准SCR反应．该反应表明理论上NH/No摩尔比为1。在有氧条件下还会发生反应(2—5)：
4NH3+2N02+02→3N2+6H2O (2-5)
缺氧条件下，反应式(2-1)变为：
4NH3+6NO→5N2+6H2O (2-6)
4NH3+4NO+302→4N20+6H20 (2-7) 该反应进行的很慢，而且在柴油机的大多数工况下都是富氧进行的，
所以该反应通常不予以考虑。SCR反应的非选择性除了生成N2外，还有其他产物生成(即N20)，如当NH3／NO摩尔比小于1时就会发生反应(2-7)。
在催化器温度高于450"C的富氧环境中，NH3容易直接被02单独氧化，产生如下副反应。
4NH3+502-->4NO+6H20 (2-8) 4NH3+3O2一2N2+6H20 (2-9) 2NH3+202→N2O+3H20 (2-10) 目前正深入研究反应(2-9)，其反应温度较低，如果NH3过量，这个反应可以被用来防止NH3泄漏。这样既不需要用其他的吸收剂，也不会产生新的污染物。目前丹麦的托普索公司出品的SCR催化器在反应层的尾部加上了促使该反应发生的Pt氧化物涂层，能有效降低NH3的泄漏，但是在催化器温度低于190℃时，容易产生如下副反应，生成的硝酸铵、三聚氰酸联合体以固态或液态形式沉积在催化剂表面的微孔上，导致催化剂临时性的中毒。
2NH3+2N02+H20→NH4N03+NH4N02 (2-11) NH3+SO3+H2O→NH4HSO4 (2-12) 2NH3+S03+H2O→(NH4)2S04 (2—13) SCR系统的主要状态
SCR系统的主要状态有：初始化、泵停止、装填、喷射、清洁和诊断。
初始化：尿素泵上电后，SCR系统处于初始化状态，尿素泵进行
相关的初始化工作，如从EEPEOM中读取数据等。
泵停止：初始化完成后，尿素泵自动进入停止状态，只有当添蓝控制器发送其他状态命令或者下电，尿素泵才离开停止状态。一旦下电，尿素泵会存储相关参数。
装填：尿素泵处于停止状态时，添蓝控制器发送装填命令可以使SCR系统进入装填状态，在该状态尿素泵会测试助力空气及尿素溶液吸入回流是否正常，经过30秒后，如果一切正常，尿素泵自动进入喷射状态。如果不正常，会继续测试。
喷射：添蓝控制器将计算得到的当前尿素喷射速率通过CAN总线发送给尿素泵，尿素泵控制执行机构实现尿素喷射速率。
清洁：处于清洁状态时，尿素泵向喷射管道吹入空气，为下一个工作循环做好准备。
诊断：任何状态都可以进入诊断状态，一旦进入这个状态，其他的工作都停止，在诊断状态可以手动测试泵和空气电磁阀工作是否正常。
尿素喷射速率理论需求量计算
根据NH3生成过程和NOx催化还原反应，可以推导出尿素水溶液理论需求量的表达式。假定：
1)可以准确地得到柴油机排气质量流量(Kg／h)：
2)柴油机排气中NO和N02的摩尔比为9：1；
3)SCR催化器有理想的选择性和催化特性；
4)反应式(2-1)- (2-4)进行完全。
桥梁结构设计理论方案 桥梁结构设计理论方案作品名称方舟桥参赛学校黑龙江八一农垦大学参赛队员专业名称土木工程、土木工程、土木工程土木工程、指导教师黑龙江省大学生结构设计竞赛组委会二○一一年目录模型方案说明11、材料12、设计思路13、外形选择24、比赛设计要求2结构设计说明21、参考资料22、材料力学性能估计33、结构选型34、截面选用45、荷载分析56、内力分析及计算简图67、试验研究98、承载能力估算99、破坏分析10模型方案说明1、材料桐木、502胶水，实际制作过程中常需在木材上涂胶，所用材料实际是木胶复合材料，其受拉时呈现线弹性和脆性，木材顺纹受拉弹性模量为，木材顺纹抗拉强度设计值为； 2、设计思路众所周知，材料在受拉力的情况下能够最充分的发挥强度，因此在结构的设计中尽可能多的利用木材的抗拉性能，充分发挥502胶水较强的抗剪能力，以及截面较为开展的木材较好的抗压能力，应用桁架结构设计一座质量尽可能小但承载能力尽可能大的木桥。因此，采用由规则矩形拼成的工字型木杆作为支撑桥面板的主梁，利用4*6的矩形木杆作为腹杆，其中竖杆主要受压； 应用粘合后的薄木片作为鱼腹式下弦的受拉构件。上下桥面采用梯形连接，减少材料用量。 3、外形选择模型跨度：1200mm模型长度：1300mm模型宽度：180mm模型高度：180mm结构形式：梁—桁架组合结构模型重量：130.77g 4、比赛设计要求几何尺寸要求(1)模型长度：模型有效长度（即悬空部分，也就是两侧可升降平台端部距离）为1200mm，两端提供竖向和侧向支撑。对于竖向支撑，每边支撑长度为0-70mm（起侧向支撑作用的侧向支撑挡板可左右活动，距离升降平台边缘距离范围为50-70mm，即距离升降平台边缘最远为70mm，最近为50mm，当模型端部支撑长度不足50mm时，则不能提供侧向支撑，仅能提供竖向支撑），如下图2所示。 (2)模型宽度：在模型有效长度范围内（中央悬空部分），模型宽度应不小于180mm，最宽不应超过300mm； 在支座范围内，宽度不限，但不应超过320mm。 (3)模型高度：模型上下表面距离最大位置的高度不应超过400mm； 为方便小车行驶，中央起拱高度不应超过40mm（中央起拱高度指未加载时，对于放置好的模型，端部构件上表面与模型中央起拱最高处构件上表面的距离）； 端部支座位置处的高度不应超过150mm。 2.2结构形式要求对于结构形式没有特定要求，桥面设置两个车道，每个车道宽不得小于90mm，因两车道之间设有行车导索，所以车道之间不能有立柱、拉索一类的构件。 结构可以仅采用竖向支撑的方式，也可以采用竖向和侧向同时支撑的方式来实现约束，如果模型制作失误，不能够完成约束和加载，后果由参赛队伍自行承担。 结构设计说明1、参考资料《结构设计大赛细则》《木结构设计规范》《桥梁工程》2、材料力学性能估计桐木作为模型材料，其力学性能特点是受拉性能良好，抗撕裂能力差，抗弯压能力较弱，将木材粘合成横截面较大的材料后，可承受一定的弯矩，但受长细比的限制，多为压杆失稳状态的受力破坏。 502胶的粘接性能：木材粘接时原来的性质会发生改变，木材变得脆而且易
电子竞赛中作品设计的一般步骤
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6.2 电子竞赛作品设计制作步骤 与一般的电子产品设计制作不同的是，电子设计竞赛作品设计制作一方面需要遵守电子产品设计制作的一般规律，另一方面要在限定时间、限定人数、限制设计制作条件、限制交流等情况下完成作品的设计制作，电子竞赛作品设计制作有自己的规律。电子竞赛作品设计制作大约需经过题目选择、系统方案论证、子系统、部件设计与制作、系统综合、调试与测量等步骤，最后完成作品和设计总结报告。 6.2.1 题目选择 全国大学生电子设计竞赛作品设计制作时间是4天3晚，3人一组。竞赛题目一般为5～6题，题目在竞赛开始时（第1天的8.00）开启。以2003年第6届为例共有6题：电压控制LC振荡器（A题）、宽带放大器（B题）、低频数字式相位测量仪（C题）、简易逻辑分析仪（D题）、简易智能电动车（E题）、液体点滴速度监控装置（F题）。 正确地选择竞赛题目是保证竞赛成功的关键。参赛队员应仔细阅读所有的竞赛题目，根据自己组3个队员的训练情况，选择相应的题目进行参赛制作。 选择题目按照如下原则进行： （1）明确设计任务，即“做什么？”。选择题目应注意题目中不应该有知识盲点，即要能够看懂题目要求。如果不能看懂题目要求，原则上该题目是不 可选择的。因为时间是非常紧张的，没有更多的时间让你去重新学习，另外根 据竞赛纪律，也不可以去请教老师。 （2）明确系统功能和指标，即“做到什么程度？”。注意题目中的设计要求一般分基本要求和发挥部分两部分，各占50分。应注意的是基本部分的各 项分值题目中是没有给出的，但在发挥部分往往会给出的各小项的分值。选择 时要仔细分析各项要求，综合两方面的要求，以取得较好的成绩。 （3）要确定是否具有完成该设计的元器件、最小系统、开发工具、测量仪器仪表等条件。 在没有对竞赛题目进行充分地分析之前，一定不能够进行设计。题目一旦选定，原则上是应保证不要中途更改。因为竞赛时间只有4天3晚，时间上不允许返工重来。 6.2.2 系统方案论证 题目选定后，需要考虑的问题是如何实现题目的各项要求，完成作品的制作，即需要
第六届全国大学生结构设计竞赛赛题 1．命题背景 吊脚楼是我国传统山地民居中的典型形式。这种建筑依山就势，因地制宜，在今天仍然具有极强的适应性和顽强的生命力。这些建筑既是我中华民族久远历史文化传承的象征，也是我们的先辈们巧夺天工的聪明智慧和经验技能的充分体现。 重庆地区位于三峡库区，旧式民居中吊脚楼建筑比比皆是。近年来的工程实践和科学研究表明，这类建筑易于遭受到地震、大雨诱发泥石流、滑坡等地质灾害而发生破坏。自然灾害是这种建筑的天敌。 相对于地震、火灾等灾害而言，重庆地区由于地形地貌特征的影响，出现泥石流、滑坡等地质灾害的频率更大。因此，如何提高吊脚楼建筑抵抗这些地质灾害的能力，是工程师们应该想方设法去解决的问题。本次结构设计竞赛以吊脚楼建筑抵抗泥石流、滑坡等地质灾害为题目，具有重要的现实意义和工程针对性。 2．赛题概述 本次竞赛的题目考虑到可操作性，以质量球模拟泥石流或山体滑坡，撞击一个四层的吊脚楼框架结构模型的一层楼面，如图2.1所示。四层吊脚楼框架结构模型由参赛各队在规定的时间内现场完成。模型各层楼面系统承受的竖向荷载由附加配重钢板实现。主办方提供器材将模型与加载装置连接固定（加载台座倾角均为o 30θ=），并提供统一的测量工具对模型的性能进行测试。 图2.1.第六届全国大学生结构设计竞赛赛题简图 配重1M 配重2M 配重2M 后固定板 前撞击板 螺杆 钢底座 钢架A 钢架B 不锈钢半圆滑槽 模型部分（含部分加载装置） 加载台座 θ θ 加速度传感器 螺杆 硬橡胶
3．模型要求 图3.1.模型要求示意图 图 3.1模型设计参数取值表 q o 30 0L 20cm > —— H 1cm 99± L < 24cm —— q 配重1M 配重2M 配重2M 前撞击板 后固定板 底板 模型平面尺寸要求示意图 要求平整，且与前撞击板端头有效接触面积不小于22cm 要求平整，且与后固定板端头有效接触面积不小于22cm 底板示意图 允许固定区域 硬橡胶
电子设计大赛策划书范文 电子设计大赛是一次具有创意的赛事，下面是小编精心整理的电子设计大赛策划书范文，供大家学习和参阅。 电子商务协会团购大赛活动策划书 一，活动背景 要么电子商务，要么无商可务。 截止xx年12月底，我国网民规模达到4.57亿，较xx年底增加7330万人;我国手机网民规模达3.03亿，依然是拉动中国总体网民规模攀升的主要动力;最引人注目的是，网络购物用户年增长48.6%，是用户增长最快的应用, 预示着更多的经济活动步入电子商务时代。伴随着互联网迅猛发展，传统的生活方式已经满足不了大众的日常需要。遗憾的是，各大高校内电子商务尚未形成一股学习风气，多数人对电子商务一知半解，把网上购物等同于电子商务，是电子商务的全部。这是一个普遍的知识误区。 要么与时俱进，要么无所适从! 团购，一个xx年才兴起的电子商务模式，被称之为c2b。通过聚集起数以百千计的团友，运用最简单的经济原理量大价优加大与商家的谈判能力，以求得最优价格的一种购物方式。作为一种新的生活方式，团购给我们带来的爆炸力已经逐渐显示出来了。 发挥电子商务协会特色，打响电子商务协会品牌
作为广东轻工职业技术学院内电子商务爱好者与学习者自发组成社团电子商务协会身上肩负着探索校园电子商务活动形式，营造校园学习电子商务氛围的使命。经过电子商务协会全体成员长时间的讨论、论证，得出团购这一新兴的电子商务模式具体可操作性，代表了电子商务性质，有利于推广电子商务知识的结论。 在这样的背景下，组织一场符合时代潮流，彰显大学生新时代积极向上风貌的活动势在必行了。 二、大赛目的 1.发挥电子商务协会特色，打响电子商务协会品牌 2.营造校园电子商务的学习氛围，促进对大家电子商务的认识 3.促使同学们学习团购知识，培养同学们的营销策划及组织能力， 4.引导同学理性消费，为同学带来新的生活方式，促使团购成为一种日常行为。 三、大赛特色 1.电子商务协会策划举办电子商务协会举办电子商务类型的大赛，正是发挥协会特色，打响协会品牌的表现。 2.高校首创团购这一新型电子商务形式目前尚未在其他大学校园中举办过类似的大赛，也就是说我们策划举办的这一次大赛将会是高校首创。 3.参与人群庞大大赛有两条关系链：商家团长平台团员及团员平台团员。这两条关系链的每一个环节都可以吸引数以千百计的人参与其中。
第十届全国大学生结构设计竞赛赛题 大跨度屋盖结构 随着国民经济的高速发展和综合国力的提高，我国大跨度结构的技术水平也得到了长足的进步，正在赶超国际先进水平。改革开放以来，大跨度结构的社会 需求和工程应用逐年增加，在各种大型体育场馆、剧院、会议展览中心、机场候机楼、铁路旅客站及各类工业厂房等建筑中得到了广泛的应用。借北京成功举办2008奥运会、申办2022冬奥会等国家重大活动的契机，我国已经或即将建成一大 批高标准、高规格的体育场馆、会议展览馆、机场航站楼等社会公共建筑，这给我国大跨度结构的进一步发展带来了良好的契机，同时也对我国大跨度结构技术水平提出了更高的要求。 2总体模型 总体模型由承台板、支承结构、屋盖三部分组成(图-1) 加载区域 图-1模型三维透视示意简图 2.1承台板 承台板采用优质竹集成板材，标准尺寸1200mm>800mm，厚度16mm，柱 底平面轴网尺寸为900mm>600mm，板面刻设各限定尺寸的界限：
(1)内框线：平面净尺寸界限，850mr> 550mm；
（2） 中框线：柱底平面轴网（屋盖最小边界投影）尺寸， （3） 外框线：屋盖最大边界投影尺寸， 1050mm X750mm 承台板板面标高定义为土 0.00。 2.2支承结构 仅允许在4个柱位处设柱（图-2中阴影区域），其余位置不得设柱。柱的任 何部分（包括柱脚、肋等）必须在平面净尺寸（850mmx 550mm ）之外，且满足 空间检测要求。（即要求柱设置于四角175mm 125mm 范围内。） 柱顶标高不超过+0.425 （允许误差+5mm ），柱轴线间范围内+0.300标高以 下不能设置支撑，柱脚与承台板的连接采用胶水粘结。 2.3屋盖结构 屋盖结构的具体形式不限，屋盖结构的总高度不大于 125mm （允许误差 +5mm ），即其最低处标高不得低于0.300m ，最高处标高不超过0.425m （允许误 差 +5mm ）。 平面净尺寸范围（850mmx 550mm ）内屋盖净空不低于300mm ，屋盖结构 覆盖面积（水平投影面积）不小于900X300mm ，也不大于1050X750mm ,见图-3。 不需制作屋面。 屋盖结 构覆盖面积（水平投 影面积）不小于900>600mm ，也不大于 1050X750m m 。但不限定屋盖平面尺寸是矩形，也不限定边界是直线。 屋盖结构中心点（轴网900X300mm 的中心）为挠度测量点。 2.4剖面尺寸要求 模型高度方向的尺寸以承台板面标高为基准，尺寸详见图 -4、5。 900mm >600mm ； (I ； ② 图-2承台板平面尺寸图 、柱脚内界 口 g □ Trfrii?尺寸范应 （85Gi550} 〔柱脚不睜进入谀范 柱位 12UW
目录 设计说明书 1、方案构思 (2) 2、结构选型 (2) 3、材料性能 (2) 4、特色处理 (4) 5、结构分析图 (4)
1、方案构思 仔细阅读完竞赛赛题，我们从模型设计的要求、模型制作材料的 性能、加载形式和制作方便程度等方面出发，进行构思设计。 确定设计竖向荷载80kg，考虑到压杆长细比限制、拉杆的抗撕裂能力、竹皮纸的受拉性能、制作模具等因素，竖向荷载较容易满足，但对于水平冲击荷载和扭转变形，杆件需要较大的刚度，要有很好的抗折、抗扭效果。 （1）本结构主要构思是想利用两根直柱和四根斜柱的轴力来直接抵抗荷载的作用。 （2）设计的总原则是：尽可能的利用直杆来提高结构的承载力，并利用木材的抗拉性能，及抗压性能来抵抗荷载的作用。 2、结构选型 按设计要求，在加载参赛人员的情况下主要考虑竖向荷载，由于人员会产生抖动，还必须考虑水平动荷载的作用；因此，我们选择了正面为梯形侧面为的刚架结构，并且在所有节点处采用刚性连接，使结构具有较好的整体性，以便承受较大的竖向荷载和水平冲击荷载作用。 同时考虑到在初赛中结构的不稳定性，对此我们将在冲击面的两根主柱两侧加呈三角形的加筋肋支撑，一方面可以加强结构两侧的稳定性，一方面可以抵抗一部分水平冲击荷载带来的影响。 再者对于初赛中出现最多的问题，加载时，受拉杆件挠度过大，且节点破坏较严重，我们在新的结构里加强了杆件的强度和节点的刚性处理。
3、材料性能 竹皮纸作为模型材料，其力学性能特点是受拉性能良好，抗撕裂能力较差，抗压稳定性差。将纸裁剪成矩形并用502胶水粘结后，可承受一定的压力，但受长细比的限制，多为压杆失稳状态的受力破坏，可承受一定弯矩。 502胶水的粘接性能：通过对用胶水对接的杆件进行拉伸，可知：502胶水强度较高，凝结时间为4h的试件在接触面被划开破坏，而8h 和12h试件都为接触面处木条表层脱落破坏，因此可确定此胶水强度很高并且在一定力值范围内变形小足以用于粘结料。 竹材材料规格及数量 竹材力学性能参考值：弹性模量1.0×104MPa，抗拉强度60MPa。 （1）502胶水，用于模型结构构件之间的连接。 （2）制作工具：美工刀，钢尺，三角板，砂纸，锉刀。 分析结果：
结构设计大赛策划书 结构设计大赛策划书（一） 一、竞赛目的 结构设计大赛旨在多方面培养大学生的创新思维和实际动手能力，培养团队精神，增强大学生的工程结构设计与实践能力，丰富校园学术氛围，促进交流与学习。 二、竞赛题目 专业组:输电塔结构模型设计与制作。 趣味组：稳立鸡蛋三．材料材料为203g白卡纸、腊线、白胶，固定模型的底板为木工板。(均由大赛组委会统一发放) 四、竞赛安排 1、参赛对象和形式 参赛对象：山东建筑大学全日制在校本科生、研究生。 参赛形式：规定以小组形式参赛，每组应由2-5人组成。 2、时间安排 (4)、本次结构设计大赛的加载及决赛答辩将同时举行,具体时间、地点以及其他详情大赛组委会将以海报形式予以通知,请随时关注、 3、参赛队培训 竞赛组委会在报名截止后将举办有关建筑结构方面的讲座，对本次竞赛题目答疑，对以往竞赛进行讲评，并邀请有关老师对本次结构设计竞赛进行指导，还将特邀以往竞赛成绩优秀者与参赛选手交流。相关安排将以海报形式通知，敬请关
注。 五、竞赛要求 1、参赛要求 (1)结构设计竞赛内容应包括理论设计方案和结构模型两部分。 (2)每个参赛队只能提交一份作品，并命名。 (3)参赛学生只允许参加一个参赛队，各队应独立设计、制作。竞赛期间，指导教师不得直接参与参赛作品的理论方案设计计算及模型制作。比赛时，任何人不得为参赛队提供帮助和指导。一经查实，将取消参赛资格。 (4)各参赛队必须在规定时间和地点参加竞赛活动，缺席者作自动放弃处理。竞赛期间不得任意换人，若有参赛队员因特殊原因退出，则缺人竞赛。 2、理论方案要求 (1)结构设计理论方案内容包括：方案图和计算书。方案图包括若干结构图及主要构件、结点详图；计算书包括荷载分析、内力分析、结构选型、计算简图、承载能力估算等。 (2)理论方案格式和要求：封面（见附件），第一页为300字左右的摘要，其后为方案图和计算书。 3、模型制作要求 (1)模型制作材料由竞赛组委会统一提供。各参赛队在规定时间内完成模型制作，最终模型需与提交的结构设计方案相一致。 (2)模型制作材料为203g白卡纸、腊线、白胶，固定模型的底板为木工板。材料统一由组委会提供和购买，不得使用非组委会提供的其它任何材料。否则，一经查实，取消其参赛资格，并予以通报。
2013年全国大学生电子设计竞赛 简易旋转倒立摆及控制装置（C题） 【本科组】 摘要： 通过对该测控系统结构和特点的分析，结合现代控制技术设计理念实现了以微控制器MC9S12XS128系列单片机为核心的旋转倒立摆控制系统。通过采集的角度值与平衡位置进行比较，使用PD算法，从而达到控制电机的目的。其工作过程为：角位移传感器WDS35D通过对摆杆摆动过程中的信号采集然后经过A/D 采样后反馈给主控制器。控制器根据角度传感器反馈信号进行PID数据处理，从而对电机的转动做出调整，进行可靠的闭环控制，使用按键调节P、D的值，同时由显示模块显示当前的P、D值。 关键字： 倒立摆、直流电机、MC9S12XS128单片机、角位移传感器WDS35D、PD算法
目录 一、设计任务与要求 (3) 1 设计任务 (3) 2 设计要求 (3) 二系统方案 (4) 1 系统结构 (4) 2 方案比较与选择 (4) （1）角度传感器方案比较与选择 (4) （2）驱动器方案比较与选择 (5) 三理论分析与计算 (5) 1 电机的选型 (5) 2 摆杆状态检测 (5) 3 驱动与控制算法 (5) 四电路与程序设计 (6) 1 电路设计 (6) （1）最小系统模块电路 (6) （2）5110显示模块电路设计 (7) （3）电机驱动模块电路设计 (8) （4）角位移传感器模块电路设计 (8) （5）电源稳压模块设计 (8) 2 程序结构与设计 (9) 五系统测试与误差分析 (10) 5.1 测试方案 (10) 5.2 测试使用仪器 (10) 5.3 测试结果与误差分析 (10) 6 结论 (11) 参考文献 (11) 附录1 程序清单（部分） (12) 附录2 主板电路图 (15) 附录3 主要元器件清单 (16)
“美亚光电”杯安徽省第一届大学生电子设计竞赛题 任意波形发生器（A题） 一、任务 设计制作一个波形发生器，该波形发生器能产生正弦波、方波、三角波和由用户编辑的特定形状波形。示意图如下： 二、要求 1、基本要求 （1）具有产生正弦波、方波、三角波三种周期性波形的功能。 （2）用键盘输入编辑生成上述三种波形（同周期）的线性组合波形，以及由基波及其谐波（5次以下）线性组合的波形。 （3）具有波形存储功能。 （4）输出波形的频率范围为100 Hz ～ 20 kHz（非正弦波频率按10次谐波计算）；频率可调，频率步进间隔≤100 Hz。 （5）输出波形幅度范围0 ～ 5 V（峰—峰值），可按步进0.1 V（峰—峰值）调整。 （6）具有显示输出波形的类型、频率（周期）的功能。 2、发挥部分 （1）输出波形频率范围扩展至100 Hz～200 kHz。 （2）用键盘或其他输入装置产生任意波形。 （3）增加稳幅输出功能，当负载变化时，输出电压幅度变化不大于±3％（负载电阻变化范围：100 Ω～∞）。 （4）具有掉电存储功能，可存储掉电前用户编辑的波形和设置。 （5）特色与创新。 三、评分标准
远程温湿度测量系统（B题） 一、任务 制作一个远程温湿度测量仪，该测试仪具有温湿度测量和远程显示等功能。 其结构框图如下： 二、要求 l、基本要求 （1）通过可编程控制器、变换器和温湿度传感器采集温湿度数据并在LED上显示。 （2）温度误差＜1℃，湿度误差＜1％，温度测量范围0℃～120℃，湿度测量范围1％～99％。 （3）可用电池供电。 2、发挥部分 （1）设计红外二极管发射电路和红外接收电路，实现温湿度数据的准确可靠发送和接收。 （2）设计射频发射电路和接收电路，实现温湿度数据的准确可靠发送和接收。 （3）最好采用微型化的温湿度传感器，无线传输距离＞5米。 （4）特色与创新。 三、评分标准
第五届全国大学生结构设计竞赛赛题： 带屋顶水箱的竹质多层房屋结构 一、竞赛模型 竞赛模型为多层房屋结构模型，采用竹质材料制作，具体结构形式不限。模型包括小振动台系统、上部多层结构模型和屋顶水箱三个部分，模型的各层楼面系统承受的荷载由附加铁块通过实现，小振动台系统和屋顶水箱由承办方提供，水箱通过热熔胶固定于屋顶，多层结构模型由参赛选手制作，并通过螺栓和竹质底板固定于振动台上，图1给出了一示意性结构图。 图1 模型示意图 二、模型要求 2.1几何尺寸要求 (1) 底板：多层结构模型用胶水固定于模型底板上，底板为33cm×33cm×8mm的竹板，底板用螺栓固定于振动台上。 (2) 模型大小：模型总高度应为100cm，允许误差为±5mm。总高度为模型底板顶面至屋顶(模型顶面)上表面的垂直距离，但不包括屋顶水箱的高度。模型底面尺寸不得超过22cm ×22cm的正方形平面，即整个模型需放置于该正方形平面范围内，模型底面外轮廓与底板边缘应有足够的距离以保证螺栓能顺利紧固。 (3) 楼层数：模型必须至少具有4个楼层，底板视为模型第一层楼板。除第一层以外，每层楼面范围须通过设置于边缘的梁予以明确定义。 (4) 楼层净高：每个楼层净高应不小于22cm。楼层净高是指该楼层主要横向构件顶部
与其相邻的上一楼层主要横向构件底部之间的最小距离。若底板上设置有地梁，则第一层净高需自地梁顶部开始计算；若无地梁则从底板顶面开始计算。柱脚加劲肋、隅撑及其他外立面构件不影响计算楼层净高。 (5) 使用功能要求：楼层应具有足够的承载刚度，各层空间应满足使用功能要求。在模型内部，楼层之间不能设置任何横向及空间斜向构件。模型底层所有方向的外立面底部正中允许各设置一个12cm×12cm(高×宽)的门洞。 (6) 楼层有效承载面积：楼层范围为各承重分区最外围楼层梁构件所包络的平面，不包括模型内部核心筒区域。在楼层范围内与楼面构件直接接触的铁块的覆盖面积定义为楼层有效承载面积，模型的总有效承载面积应在600cm2至720cm2的范围之内，且每个楼层的有效承载面积不得小于25 cm2。模型顶面为平面，应满足安全放置水箱的要求。 图2 模型立面示意图(单位：mm) 图3 模型底板示意图(单位：mm) 2.2模型及附加铁块安装要求 (1)利用热熔胶将附加铁块固定在模型除底层以外的各个楼层的楼面结构上，可在楼层上设置固定铁块辅助装置，但辅助装置和铁块不能超出楼层范围且不能直接跟柱接触，若辅助装置或铁块与柱子接触，则该层净高以接触点的高度位置开始计算。 (2) 提供大、小两种规格铁块。大铁块长、宽、高约分别为12cm、6cm与3.2cm，重量为1800g。小铁块的长、宽、高约分别为6.0cm、4.5cm与3.2cm，重量为675g。由于加载设备限制，模型中附加铁块总重量不得超过30kg。
桥梁结构设计理论方案 作品名称途锐 参赛学校大连交通大学 参赛队员周权峰袁彬、魏剑锋 赵桐玉、杨馨胜专业名称土木工程 指导教师张涛 大连交通大学结构设计竞赛组委会 二○一一年
作品简介 考虑到本次竞赛题目要求为两跨双车道桥梁，在移动荷载以及均布静荷载作用下的加载，根据所学专业理论知识，认识到主要应该解决的是桥梁跨中的抗弯问题以及细节的抗扭问题、主梁的局部稳定性和支座处的抗剪能力。 从全国各高校的比赛情况来看，大多数模型均采用空腹式梁—桁架组合结构。这种桥型不仅制作简单、计算方便、理论与实际吻合情况较好，而且可以通过变桁高来实现竖向抗弯刚度沿桥长方向的变化，从而最大程度减轻结构自重。 在主梁类型的选择上我们曾考虑两种截面形式——工字形截面和空心圆形截面。在截面面积及杆件厚度相等的情况下（即控制“自重影响”这一变量），容易验证工字形截面比空心圆截面惯性矩大40%以上。此外，前者节点处理较圆形截面简单，故最终可选用工字形截面。 注：作品简介应包括对方案的构思、造型和结构体系及其他有特色方面的说明（可加页）。
结构承重验算1.材料的强度特性 我们查阅了浙江大学土木系对结构设计大赛材料的性能试验数据，如下：
1 5 2 ( 1 )( 2 )0.00 3.12 0.003.12 2.结构整体受力分析 我们对支座实际的约束情况加以分析，得到进行结构力学理论计算的杆件约束体系如下： 考虑到此次大赛规则有变，加载了均布的静荷载。联系所学桥梁知识对主梁的连续及非连续不同情况做了对比，（单位均布力） a. 中间为简支非连续梁在均布荷载下的弯矩图： 1.00 1.001 5 2 ( 1 ) ( 2 )5.00 5.00 M 图
第五届全国大学生 结构设计竞赛 计 算 书
目 录 1结构选型 (1) 1.1需求分析 (1) 1.1.1 力学 (1) 1.1.2 美学 (1) 1.2结构选型 (2) 1.2.1 竖向承重体系 (2) 1.2.2 横向抗侧力体系 (2) 1.3方案效果图 (3) 2结构建模及主要计算参数 (4) 2.1分析假定 (4) 2.2材料参数及几何模型 (4) 2.2.1 材料参数 (4) 2.2.2 几何模型 (5) 2.3有限元建模 (7) 2.3.1 单元选择及节点处理 (7) 2.3.2 静、动力参数 (7) 2.3.3 有限元分析模型 (8) 3结构受荷分析 (9) 3.1静力分析 (9) 3.1.1 位移 (9) 3.1.2 内力 (9) 3.2动力时程分析 (10) 3.2.1 质量源及节点束缚 (10) 3.2.2 模态分析 (10) 3.2.3 位移和内力 (11) 3.3结构稳定分析 (15) 4节点构造 (15) 4.1支座节点 (15) 4.2梁柱节点 (16) 5模型加工图及材料表 (16) 5.1模型加工图 (16) 5.2材料表 (17) 6铁块分布详图及水箱注水重量 (18) 6.1铁块分布详图 (18) 6.2水箱注水重量 (18) 附件A 模型及节点实物图 (19) 附件B 模型设计施工图 (20)
1.1需求分析 本次结构设计竞赛赛题为采用竹材和502胶水制作一个多层房屋结构 模型，要求所制作的模型不但要能够承受顶部水箱和各楼层铁块的静力荷载，而且必须能够承受模拟地震动的动力荷载。虽然赛题对结构的具体变形没有多加限制，但是对每级荷载加载时的模型失效制定了判定准则。为了保证不出现模型失效，必须严格控制结构的绝对位移和层间位移。因此，设计出来的结构模型必须是一个在满足竞赛要求的前提下，运用空间结构的构造方法和结构力学、材料力学等相关力学知识所设计出的材料消耗最少、同时结构强度和刚度能够满足竞赛要求的结构模型。 以下结合力学和美学对结构方案进行需求分析。 1.1.1力学 （1）静力荷载 结构承受的主要静力荷载为水箱和铁块所产生的重力方向荷载，针对静力荷载需要设计相应的竖向承重构件，例如梁、楼面和立柱等。 （2）动力荷载 结构承受的主要动力荷载为模拟地震动所产生的水平方向荷载，针对动力荷载需要设计相应的横向抗侧力构件，例如立面支撑杆、立面拉索、立面张力膜、立柱等。而模拟地震动的施加方向是随机抽取的，因此结构应尽可能设计成双向等抗侧刚度的形式。 （3）稳定性 结构模型除了需具有满足静力荷载和动力荷载的强度和刚度外，还必须满足稳定性要求，防止构件失稳而导致结构失效。针对稳定性，需要设计承压构件的长细比。 1.1.2美学 从古到今，土木工程的发展都与美学紧密结合，尤其是结构方面与美的结合。作为结构模型的承重体系，可以是柱、梁，也可以是拉索、拉杆和张力膜。这里我们小组根据对结构美学的理解，结合力学需求分析，最 终给结构方案制定了简洁、对称、充满张力的美学目标。 1
结构设计大赛策划书2016