25米高桿路燈燈桿的力學計算與有限元分析論文

1、<p><b>　　揚州大學廣陵學院</b></p><p><b>　　本科生畢業(yè)論文</b></p><p>　　畢業(yè)論文題目 25米高桿路燈燈桿的力學計算與有限元分析 </p><p>　　學 生 姓 名

2、 </p><p>　　專 業(yè) 機械設計制造及其自動化 </p><p>　　班 級 <

3、/p><p>　　指 導 教 師 </p><p>　　完 成 日 期 2014 年 6月 4 日 </p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　隨著社會的發(fā)展與進步，各種大型廣場、車站、公路立交橋、港口以及機

4、場等陸續(xù)建成，這些區(qū)域?qū)Υ竺娣e照明的需求推動了高桿燈的發(fā)展。而隨著高桿燈越來越廣泛的應用，它的結(jié)構(gòu)強度和成本也逐漸成為了社會關注的焦點。高桿燈的設計制作是多門學科交錯滲透的綜合體,其深刻的機理自有著它的嚴密性和科學性。</p><p>　　本課題主要運用了ANSYS大型商用有限元軟件，對25米高桿路燈燈桿結(jié)構(gòu)在風載、雪載以及自身重力的作用下，進行了有限元分析，得出燈桿各部件的應力與變形的大致分布情況，分析路燈燈桿

5、結(jié)構(gòu)的強度是否符合設計的要求。并且在此基礎上進行改進設計，通過進一步減小桿壁的厚度、調(diào)整法蘭孔及螺栓尺寸、減小地基體積等方法成功地降低了高桿燈的重量與成本。</p><p>　　關鍵詞：高桿燈，有限元分析，ANSYS軟件，應力 </p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　With the development

6、and progress of society, many of the large square, station, port and airport, highway overpasses are built,these regional demand for large area lighting to promote the development of the high pole lamp.And with the more

7、and more extensive application of the high pole lamp, it’s structural strength and cost has gradually become the focus of the social concern.The designing of Lamp is a complex of the multi-discipline, its deep mechanism

8、has its own rigor and science.</p><p>　　This topic is using ANSYS which is the large commercial finite element software makes the finite element calculation of 25 meters high rod lamp when it under wind loa

9、d, snow load and its gravity,we get the stress and deformation distribution and analyse the strength of the structure and the stiffness of the street lamp to know whether it accord with the requirements of the design.And

10、 on this basis to improve the design,by further reducing the thickness of rod wall, adjust the flange hole and bo</p><p>　　Keywords: High pole lamp，the finite element analysis, ANSYS software, stress</p&g

11、t;<p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　摘要</b></p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　第一章 緒 論5</p><p><b>　　1.1引言1</b></p&

12、gt;<p>　　1.2高桿路燈的國內(nèi)外研究狀況4</p><p>　　1.3 高桿燈桿體強度分析以及變形6</p><p>　　1.3.1 高桿燈桿體的力學計算6</p><p>　　1.3.2 高桿燈桿體壁厚沿桿體高度的合理布置9</p><p>　　1.3.3 桿體選用不同材料對桿體參數(shù)確定的影響10<

13、;/p><p>　　1.4 高桿燈系統(tǒng)的受力分析和強度校核10</p><p>　　1.5 本章小結(jié)11</p><p>　　第二章 高桿燈的總體設計12</p><p>　　2.1 燈桿設計12</p><p>　　2.2光源及燈具配置13</p><p>　　2.2.1 光源的選

14、擇13</p><p>　　2.2.2 燈具的選擇13</p><p>　　2.3 燈盤及升降機構(gòu)14</p><p>　　2.4 基礎設計與修建16</p><p>　　第三章 25米高桿路燈桿燈有限元分析的建模過程18</p><p>　　3.1 相關軟件介紹18</p><p&

15、gt;　　3.1 Solid Works簡介18</p><p>　　3.2 25米高桿燈的主要內(nèi)容和參數(shù)25</p><p>　　3.3 ansys軟件簡介27</p><p>　　3.4 軟件模型處理過程27</p><p>　　3.5 25米高桿燈的有限元模型28</p><p>　　3.6 解

16、決的問題28</p><p>　　第四章 25米高桿路燈燈桿的有限元分析和優(yōu)化設計30</p><p>　　4.1 單一載荷下的有限元分析30</p><p>　　4.1.1 風載30</p><p>　　4.1.2 雪載33</p><p>　　4.2 多重載荷下的有限元分析和優(yōu)化設計36<

17、;/p><p>　　4.2.1 有限元分析36</p><p>　　4.2.2 結(jié)論分析40</p><p>　　4.2.3 結(jié)構(gòu)優(yōu)化41</p><p>　　4.2.4 優(yōu)化建議45</p><p><b>　　結(jié) 論46</b></p><p><

18、b>　　參考文獻47</b></p><p><b>　　致 謝46</b></p><p><b>　　第一章 緒 論</b></p><p><b>　　1.1引言</b></p><p>　　近年來,伴隨著國內(nèi)照明技術的不斷提高和引進國外的

19、先進照明裝置,高桿燈照明越來越受到人們的歡迎和廣泛重視。如1996年9月完工的滬寧高速公路,就采用了英國的CU公司的照明技術;比如1997年7月完工的南京祿口國際機場專用高速公路也采用了英國的科藝公司的照明技術。國內(nèi)外的高桿照明技術正在向?qū)嵱没?、功能化的方向發(fā)展。燈桿由圓柱等徑向多邊形的錐體發(fā)展，燈盤結(jié)構(gòu)由裝飾型向框架功能型發(fā)展，升降機構(gòu)由單筒向多筒發(fā)展，光源由400W鈉燈向1000W鈉燈發(fā)展,電器控制由人工的向時控及光控等自動控制方向

20、發(fā)展。除此之外,燈桿表面的防腐處理工藝、掛鉤結(jié)構(gòu)、電器控制等很多方面也向高技術方向發(fā)展。再比如高桿燈的桿體也正由等徑柱體加芯接式向多面錐體分段套接式方向發(fā)展，桿材也由過去的A3中碳鋼向Q235A低碳鋼方向發(fā)展。高桿燈表面防腐工藝呢，也由過去的熱噴鋁工藝向內(nèi)外熱浸鋅工藝方向發(fā)展,這就是是高桿照明技術的一大進步。燈桿的焊接容積深度要大于0.8,否則會危及使用安全。焊接的工藝適宜采用自動氬氣保護電弧焊或者自動埋弧焊焊接工藝。燈桿的臂厚應該根據(jù)

21、使用環(huán)境條件和自身的結(jié)構(gòu)強度要求取定,臂厚太厚了不經(jīng)濟、浪費材料,若太薄</p><p>　　高桿燈一般是指25米以上的大功率組合式燈架和鋼制柱型燈桿構(gòu)成的新型的照明裝置。它是由桿體、升降機構(gòu)燈座、內(nèi)部燈具電氣、及基礎部分組成的[1]。因為高桿燈具有挺拔且高聳的外形和十分出色的照明效果，所以被越來越廣泛地用于城市碼頭、公路、車站、體育場、立交橋等很多戶外大面積的照明場所。與普通路燈比較，它具有照明燈具功率大、燈具

22、數(shù)量多、燈桿高度高、照射范圍大的特點。在這些公共地方使用大型的燈具，安全性是很重要的。尤其是在一些惡劣的天氣中，有時可能會發(fā)生高桿燈的倒塌事故，倒塌的原因大部分是高桿燈燈桿的強度不夠，很多廠家在進行高桿燈的設計時，并沒有進行強度校核或者以低于10級大臺風的要求進行校核。有關高桿燈燈桿結(jié)構(gòu)強度的驗算，我國目前還沒有具體的詳細規(guī)范。</p><p>　　目前,在國內(nèi)安裝使用的高桿燈桿體,常見的有正12棱臺型套接式和圓

23、臺型焊接式兩種。前者是在安裝的現(xiàn)場分節(jié)起吊,逐步套接安裝;后者呢是在安裝現(xiàn)場把多節(jié)圓臺型的桿體當場焊接成型,然后整桿起吊安裝。這僅僅是表面上的區(qū)別。從抗風荷載的本質(zhì)特性和建筑力學來分析,兩者抗風荷載的情況和靜力學特征有著明顯的差異。正12棱臺燈桿體形風壓系數(shù)是1.1464，而圓臺型燈桿體形風壓系數(shù)才0.8；換句話說,同一高度橫截積相等的兩種樣式的高桿燈,它們在同樣的風速作用下,正12棱臺燈桿受到的風荷載作用力是圓臺型燈桿的1.433倍。

24、在這情況下,為了讓這兩種造型的燈桿有相同的抗風荷載能力和一樣的安全系數(shù),那么正12棱臺型燈桿桿體的鋼板壁厚、相同高度處的截面積、還有地腳緊固螺栓的直徑等必須比圓臺型桿體來得大,所以高桿燈整體耗材也大。正12棱臺型燈桿雖然省去了安裝現(xiàn)場焊接的麻煩,但是桿體間的多節(jié)套接,同時也增加了桿體的實際長度。就比如30m的高桿燈,做成三節(jié)套節(jié)式桿體,實際增加的桿體長度為1.8-2.0m。增加了成本的同時又增加了自重和桿根處的負載。再者,正12棱臺套節(jié)

25、式的燈桿各分套節(jié)成型,是預先裁切的鋼板料在大功率的折彎機</p><p>　　高桿燈的外形形態(tài)各異，它們的共同之處是燈盤碩大、燈桿細長。作用于桿體上的力有：冰雪載荷、風載荷、桿體自重、燈盤重量。其中，風載荷對桿體的撓度值和應力所起的作用最大。風載荷是動力載荷，有不穩(wěn)定的、穩(wěn)定的兩種。穩(wěn)定的風可以視為靜力作用，而不穩(wěn)定的風除產(chǎn)生靜力作用外，還會產(chǎn)生動力作用。相對于剛度大的結(jié)構(gòu)，其實風的動力影響很小，只考慮風壓靜力作

26、用即可，但對于高的燈桿結(jié)構(gòu)，由于其剛度小，自振頻率低，結(jié)構(gòu)容易在突發(fā)的陣風作用下產(chǎn)生彈性振動。對于高桿燈桿體來說，除了計算風的靜力作用之外，還需計算風振。燈盤的樣式對桿體的撓度、強度起著決定性的作用。高桿燈在風速很大的地區(qū)安裝時，應盡量采用迎風面積小點的功能型燈盤，節(jié)省桿體的截面，從而減少桿體材料的用量，降低高桿燈生產(chǎn)成本。高桿燈的桿體比較常見的有三種主要型式：三角柱桿、梢桿、直桿。和三角柱桿相比較，三角柱桿的自重和剛度較大。梢桿和直桿

27、的力學特性有所不同，對于具有相同桿體壁厚和相同的底部直徑的梢桿和直桿，當它們處于各種風速下，在桿體中產(chǎn)生的桿體的最大撓度值和最大應力不同。在它們的桿體中，為了減輕桿體的重量，一般是將桿體壁厚由根部到頂部逐步減小。因為桿體過</p><p>　　一般來說,在港口、高速公路的露天站口、在海島等氣候條件比較差以及自然地理環(huán)境復雜的地域,適合選用圓臺形型焊接燈桿。在市內(nèi)廣場、大院之內(nèi)的高桿燈,由于場地風速較小,場地的四周

28、建筑不方便整根燈桿同時起吊安裝,就可以采用正12棱臺型套節(jié)燈桿。綜合高桿燈設計制作個例和高層建筑(30米以上的高桿燈視為高層建筑處理)的有關文獻資料,燈桿的造型以圓臺形為佳,也可以做成正十二棱臺形。正十二棱臺形的風阻系數(shù)為0.96,圓臺形的桿體風阻系數(shù)為0.8,且桿體截面積一樣的正多邊棱臺形和圓臺形桿體相比,風阻系數(shù)大。但正十二棱臺形桿體適宜做成套接式,從而省去了各節(jié)燈桿之間的焊接[4]。</p><p>　　總

29、的來說，國內(nèi)高桿照明技術漸漸走向成熟,由于目前國家并沒有頒布規(guī)范的高桿照明技術相關細節(jié),很多城市的高桿燈存在問題，比如燈盤的外觀與周圍環(huán)境極不相稱、不能滿足高桿照明的功能性和裝飾需求、光源燈具的配置不合理、燈桿內(nèi)外表面防腐處理工藝差、運行存在安全和質(zhì)量隱患,事故頻發(fā)等等。</p><p>　　基于這種情況，本課題以ANSYS軟件為主要工具，對25米的高桿路燈燈桿在風載、雪載和自身重力作用下進行有限元分析，并進行優(yōu)

30、化設計。</p><p>　　1.2高桿路燈的國內(nèi)外研究狀況</p><p>　　高桿照明是指照明的裝置安裝高度大于20米的桿狀照明設備,近年來，由于它采用了新光源,以及在結(jié)構(gòu)上的改進,在國外應用正逐漸擴大,目前除了常用汽車停車場、廣場、公路交叉區(qū)作大面積照明外,也漸漸用于商業(yè)區(qū)街道、自來水廠、鐵路編組場等處。在國內(nèi),高桿照明雖然近年來、有采用,但例子少,偶而用作汽車停車場或者廣場體育場照

31、明。</p><p><b>　　國外運用概況：</b></p><p>　　汽車停車場照明：邁阿密國際機場1978年客運量超過160。萬人次，其汽車停車場可容納47000輛汽車。該機場原設有398根普通高度的照明桿，每桿裝有2只40。瓦水銀燈，其中停車場占250根，這為數(shù)可觀的電桿不僅縮小停車場面積，影響美觀，而且照明質(zhì)量差，有陰影和暗區(qū)，維修困難，費用亦大。197

32、6年后機場決定采用高桿照明(圖1-1)，桿高30.5米(100英尺)，間距30.5米，每桿頂部安裝一組包括6只1000瓦金屬鹵化物燈的照明裝置，成功地對155500米：(2000000英尺2)的區(qū)域?qū)崿F(xiàn)了均勻照明，測得的最小地面照度達53.8勒(lx)，這樣，機場及停車場的面貌煥然一新，行車也增加了安全性。</p><p>　　圖1-1 邁阿密國際機場停車場的高桿照明系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意</p><

33、p>　　公路交叉區(qū)照明：高桿照明有照明面積大、炫光低、照度均勻等優(yōu)點，在美國用作公路交叉區(qū)照明。俄亥俄州阿克郎商業(yè)區(qū)的公路交叉區(qū)，采用了每桿帶有4個1000瓦金屬鹵化物燈并且設有升降裝置的高桿照明，設計采用了對稱、不對稱的桿射器。</p><p>　　鐵路編組場照明：美國路易斯維爾樞紐站新建的自動化調(diào)車場采用了36根高桿照明,桿高15.3、30.5米,桿距252.4-182.9米,每桿裝有12只1000瓦的

34、金屬鹵化物燈,調(diào)車場長6.436公里,最寬處約305米,高桿照明使緩行器區(qū)和調(diào)車場分別達到54勒.21勒的總照度水平。借助高桿內(nèi)的提升纜索及其上的燈盤可降至地面進行清理和更換燈泡。美國南方鐵路系統(tǒng)斯彭塞編組場占地1.52平方公里,采用了高桿照明與普通高度相結(jié)合的照明方式,全部采用高壓鈉燈。設計中包括18座高度為30.5、36.6米的高桿照明,其上采用1000瓦照明裝置,此外再以編組場周圍電桿上的250瓦路燈照明作為補充,獲得的全場平均水

35、平照度為11勒,平均照度與最小照度之比4:l,炫光很低,電能相當節(jié)約,照明消耗功率低于0.22瓦每平方米。該設計曾獲美國1980年地區(qū)性照明設計獎和Edwin.F.Gut五功績紀念獎。</p><p>　　日本京王線路線的調(diào)布車站南口廣場上，出現(xiàn)了一盞使用太陽能的路燈。這盞路燈是京都的一家專門廠商研制的。它的結(jié)構(gòu)是：在高驪的燈桿頂上裝兩塊聚熱板(57cm×80cm)，它們白天吸收太陽能，為太陽電池充電。

36、天暗下來后，開始自動通電，點亮20瓦的熒光燈。電池的能力是，暗天時，每天可儲蓄供24小時用的電能。這盞路燈的壽命長，可以使用10年以上，不需調(diào)換。它的另一個優(yōu)點是，在發(fā)生災害而停電時，也能使用。</p><p><b>　　國內(nèi)運用概況：</b></p><p>　　廣場照明：1975年建成的上海體育館，其正門入口處廣場采用了2座高桿照明，桿高30米，桿距100米，其

37、外形如圖1-2。桿上套有可動式燈盤，上設18只100。瓦鈉蛇錮燈，燈桿下部為地下機房，藉機房內(nèi)的卷揚電動機通過桿內(nèi)鋼索控制燈盤升降，照明電源由地下機房通過桿內(nèi)送至桿頂再借助軟電纜送至燈盤，軟電纜可隨盤升降，當上升至頂盤時，電纜圍盤在燈盤上，當需要更換燈泡或維修線路時，軟電纜及燈盤可下降至離地l米左右，以便在地面維修。</p><p>　　停車場照明：上海公交汽車六場的停車場占地2萬平方米，采用了l座高桿照明就獲得

38、了所需照度。桿高28米上設LD一400日光色摘燈20只，桿下的地下機房內(nèi)有4千瓦電動機一臺，以控制燈盤升降。它與上海體育館的一個不同之處，為電源不以軟電纜引至燈盤，而是通過燈桿內(nèi)壁的固定配線將機房內(nèi)的電源引至頂蓋上的靜觸頭，當燈盤上升至桿頂，燈盤上的動觸頭與頂蓋上的靜觸頭接觸時，接通電源.據(jù)估計，如用普通路燈代替則需32根電桿，桿上裝設1000瓦高壓水銀燈或設40。瓦日光色摘燈，用電量為12.8、32千瓦，而高桿照明僅為8千瓦。<

39、/p><p>　　我國北京華基電腦公司研制出一太陽能為能源的系列路燈。太陽能路燈是由光電板、儲能電池、燈具、控制系統(tǒng)和安裝桿等五部分組成，白天用太陽能板吸收光能，給蓄電池充電，晚上則自動使等發(fā)光。</p><p>　　圖1-2 上海體育館入口處廣場的高桿照明</p><p>　　1.3 高桿燈桿體強度與撓度分析以及變形</p><p>　　1.

40、3.1 高桿燈桿體的力學計算</p><p><b>　　1、計算內(nèi)容</b></p><p>　　1）桿體強度：桿體的最大應力及其所處的位置。</p><p>　　2）桿體撓度：桿體的最大撓度。當在高桿燈上安裝攝像頭時，還需計算攝像頭安裝處的撓度。</p><p>　　3）桿體根部受力：桿體根部的垂直力、水平力、彎矩

41、。</p><p><b>　　4）桿體的自振周期</b></p><p><b>　　2、風速的選取</b></p><p>　　高桿燈一旦在現(xiàn)場安裝完畢，就常年處于工作狀態(tài)。在進行桿體的力學計算時，風速應選取高桿燈安裝所在地區(qū)的最大風速。當高桿燈上安裝有攝像頭時，還需計算攝像頭工作時的最大風速情況下桿體在攝像頭安裝處的

42、撓度。</p><p>　　3、高桿燈桿體的受力</p><p>　　作用于桿體上的力有：桿體自重、燈盤重量、冰雪載荷、風載荷。這其中，風載荷對桿體的應力與撓度值所起的作用最大[8]。</p><p>　　風載荷是一種動力載荷，有穩(wěn)定的和不穩(wěn)定的兩種。穩(wěn)定的風可視為靜力作用，不穩(wěn)定的風除產(chǎn)生靜力作用外，還產(chǎn)生動力作用。對于剛度大的結(jié)構(gòu)，風的動力影響很小，可只考慮風壓

43、靜力作用，但對于高聳的燈桿結(jié)構(gòu)，由于剛度小，自振頻率低，在突發(fā)的陣風脈動作用下，易使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生彈性振動。因此，對于高桿燈桿體來說，除計算風的靜力作用外，還需計算風振[9]。</p><p>　　高聳結(jié)構(gòu)在風振時的風載荷計算公式如下：</p><p><b>　　(N)</b></p><p>　　其中： —與結(jié)構(gòu)型式和自振周期有關的風振系數(shù)；&l

44、t;/p><p><b>　　—風載體型系數(shù)；</b></p><p>　　—風壓高度變化系數(shù)；</p><p><b>　　—標準風壓 （）；</b></p><p>　　—結(jié)構(gòu)垂直于風向的迎風面積（）；</p><p>　?。ㄗⅲ猴L壓q與風速的關系式為： （），風速的單位m

45、/s）。</p><p>　　4、高桿燈燈盤型式對桿體強度、撓度的影響</p><p>　　由于造型和照明功能上的不同要求，高桿燈的燈盤具有很多型式。常見的 形式有：功能型、單面照型、框架型、牽?；ㄐ汀Ｓ蓤D3可看出，各種型式燈盤的迎風面積是不同的。雖然燈盤的迎風面積與燈具的個數(shù)、每個燈具的迎風面積、燈具支撐結(jié)構(gòu)架的迎風面積有關，但從總體上來說，功能型燈盤的迎風面積最小，

46、單面照型燈盤的迎風面積最大，框架型和牽?；ㄐ蜔舯P的迎風面積相近，均僅次于單面照型燈盤。燈盤上的風載荷位于桿體的頂端，因此其風載高度系數(shù)大、相對桿體根部的力臂大，對桿體的應力、撓度的影響也很大。為了比較不同型式的燈盤對桿體強度與撓度的影響程度，分別對安裝有功能型燈盤和單面照型燈盤的燈桿進行了計算。計算結(jié)果表明：當單面照型燈盤的迎風面積為功能型燈盤的迎風面積的4倍時，前者燈桿中的最大應力約為后者的1.75倍，最大撓度約為后者的1.82倍[1

47、0]。</p><p>　　由上可知，燈盤的型式對桿體強度和撓度起著決定性的因素。當高桿燈安裝在風速很大的地區(qū)時，應盡量采用迎風面積小的功能型燈盤，以節(jié)省桿體的截面，進而減少桿體鋼材的用量，降低高桿燈的生產(chǎn)成本[6]。</p><p>　　5、高桿燈桿體型式對桿體強度、撓度的影響</p><p>　　高桿燈桿體常見的主要型式有三種：梢桿、直桿、三角柱桿。梢桿的根部直

48、徑大于頂部直徑；直桿的根部與頂部直徑相同；三角柱桿為空間桁架結(jié)構(gòu)，主肢為三根布置在三角型截面上的直桿，中間用橫桿連綴。上述三種型式的桿體由于自身的特點，它們的迎風面積、風載荷、剛度、自重均不相同，如表1-1所示。其中三角柱桿的剛度在三種型式的桿體中最大，因此它適用于風速大的地區(qū)，或者適用于對高桿燈撓度要求高的場合。與三角柱桿相比較，梢桿和直桿的自重和剛度均較小。但梢桿和直桿的力學特性又有所不同。對于具有相同底部直徑、相同桿體壁厚的梢桿和

49、直桿，當處于各種風速時，在桿體中產(chǎn)生的最大應力及桿體的最大撓度值不同。以35米牽?；ㄐ蜕凳礁邨U燈為例，梢桿和直桿的基本參數(shù)如下：</p><p>　　梢桿：燈桿下口徑為700mm，上口徑為420mm，壁厚從燈桿底部至頂部依次為 12mm、10mm、8mm、6mm。燈盤與燈具的迎風面積為3.5，燈桿迎風面積為19.6，燈盤加燈具的重量約為7000N，燈桿的重量為5000N，燈盤直徑為4500mm，燈盤高度為150

50、0mm。</p><p>　　直桿：燈桿下口徑為700mm，上口徑為700mm，壁厚從燈桿底部至頂部依次為12mm、10mm、8mm、6mm。燈盤與燈具的迎風面積為3.5，燈桿迎風面積為24.8，燈盤加燈具的重量約為7000N，燈桿的重量為60000N，燈盤直徑為4500mm，燈盤高度為1500mm。</p><p>　　表1-1 梢桿、直桿、三角柱桿各項性能指標等級對比表</p

51、><p>　　梢桿和直桿的最大應力和最大撓度對比值參見表1-2。</p><p>　　由于直桿的桿體迎風面積與自重均較梢桿大，因此其最大應力比梢桿的最大應力大，但其剛度也比梢桿大。直桿可用于對剛度要求較高的場合，如安裝有攝像頭的燈桿。</p><p>　　表1-2 梢桿、直桿最大應力和最大撓度對比表</p><p>　　1.3.2 高桿燈桿

52、體壁厚沿桿體高度的合理布置</p><p>　　在梢桿或直桿的桿體中，為減輕桿體重量，通常將桿體壁厚由根部到頂部逐步減薄。</p><p>　　由于桿體過長的原因，高桿燈在實際制造中，將桿體分為三段或四段制造，現(xiàn)場安裝時再連接在一起。每段桿體具有不同的壁厚，亦即壁厚的分布按桿體的分段自然形成。</p><p>　　在桿體的有限元計算中，當桿體壁厚分布位置欠佳時，桿體

53、中的最大應力并非出現(xiàn)在桿體根部，而是發(fā)生在桿體上的某一薄弱斷面[6]。</p><p>　　以30m高桿燈的桿體強度計算為例：燈桿為梢桿，下口徑為650mm，上口徑為350mm，壁厚從燈桿底部至頂部依次為12mm、10mm、8mm，燈盤與燈具的迎風面積為3.5m2，燈桿迎風面積為15.0m2，燈盤加燈具的重量為7000N，燈桿的重量為37000N。</p><p>　　俞曉紅等[7]采用了

54、有限元程序計算高桿燈在其自重及風力（六級風，13.8m/s）影響下的桿體強度。計算可知桿體內(nèi)最大應力為-25.04 ，出現(xiàn)在桿體根部稍上位置，而桿體根部的的應力為-22.11MPa。</p><p>　　以上結(jié)果表明，當桿體壁厚自下到上呈階梯狀分段分布時，桿體內(nèi)的最大應力并非像只有一種壁厚的桿體那樣出現(xiàn)在桿體的根部，而是出現(xiàn)在其它的薄弱截面上。當發(fā)生這種現(xiàn)象且桿體內(nèi)的最大應力與根部的應力值相差較大時，則應適當調(diào)整

55、桿體的壁厚分布。</p><p>　　1.3.3 桿體選用不同材料對桿體參數(shù)確定的影響</p><p>　　桿體材料通常選用碳素結(jié)構(gòu)鋼Q235和低合金結(jié)構(gòu)鋼16Mn，它們的力學性能如表3所示。</p><p>　　表3 Q235與16Mn力學性能對比表</p><p>　　16Mn鋼的綜合力學性能、焊接性能良好。與Q235鋼相比，強度提高

56、近50%，耐大氣腐蝕能力提高20～38%，而市場價格很接近[11]。</p><p>　　在桿體設計過程中，當桿體的強度不能滿足要求時，通常采用加大桿體根部直徑或增加桿體壁厚這兩種方法。這是因為在加大根部直徑的同時，也加大了桿體的迎風面積，除非根部直徑的增加幅度很大，才能收到預期效果。在風速高、桿體高度大、燈盤迎風面積大的應用場合下，較為理想的方法是選用16Mn鋼，即可減小桿體的壁厚、減輕桿體的重量，又可降低制造

57、成本。</p><p>　　1.4 高桿燈系統(tǒng)的受力分析和強度校核</p><p>　　整個照明系統(tǒng)的受力分析和強度效核是一個十分有必要的過程，同時也是合理利用資源的表現(xiàn)。因為在整個路燈照明系統(tǒng)中，結(jié)構(gòu)所受的外力大部分是風力作用在燈盤組件迎風面所產(chǎn)生的壓力和作用在燈桿的彎矩應力。高桿照明系統(tǒng)的受力分析和強度效核按照整個結(jié)構(gòu)的受力作用主要分為幾大部分：第一部分是燈盤組件安裝支架的抗風受力；第

58、二是底座法蘭的焊縫處抗拉受力；第三部分是組件安裝架受力所產(chǎn)生在燈桿部分的結(jié)構(gòu)受力，也就是燈桿部分的的受力。</p><p><b>　　1.5 本章小結(jié)</b></p><p>　　本章對高桿燈的國內(nèi)外研究狀況、研究內(nèi)容、研究方法作了簡單的介紹。并且討論了高桿燈壁厚、壁型的選擇問題以及材料等因素對高桿燈受力、強度撓度的影響?？偨Y(jié)了過去的研究成果，給出了本文研究的內(nèi)容。

59、既運用ANSYS軟件對各種載荷下的高桿燈進行有限元分析，并且研究了多重載荷下高桿燈的受力狀況和強度撓度分析。通過計算得到各個部件的受力分布云圖等，進一步分析來優(yōu)化部件的結(jié)構(gòu)和地基大小及桿壁厚薄，從而得到符合要求的最優(yōu)設計。</p><p>　　第二章 高桿燈的總體設計</p><p><b>　　2.1 燈桿設計</b></p><p>

60、　　燈桿的整體設計時,必須以風荷載計算為依據(jù)。參照高桿燈安裝現(xiàn)場所在地區(qū)的50 年一遇的最大風速下,所經(jīng)受到的最大風荷載作用,(個別地方,還須考慮周圍氣霧的影響) 復核計算擬定的高桿燈桿根處應承受的總風荷載彎矩(也叫傾覆力矩) 及各分節(jié)桿體的力學特征,同時更應該測算高桿燈底板的直徑和底板上地腳緊固螺栓孔的個數(shù),以及螺栓孔中心圓的直徑,這里必須整體把握好以下個幾個主要指標：</p><p>　　① 燈桿的整體斜率,

61、一般控制在0. 0055～0. 007 為宜。燈盤的直徑和自重越大,的值越接近上限值。</p><p>　?、?桿根處鋼材的安全系數(shù)β不得小于1. 64 ,且自桿稍處向下各節(jié)的安全系數(shù)呈現(xiàn)β1 >β2 >??βn> 1. 64。 </p><p>　?、?整基高燈地上部分的重心在最大風荷載作用的位移應小于桿根處的底板半徑。 上述三項指標總的體現(xiàn)在各節(jié)桿體的壁厚和燈桿的整

62、體斜率上。壁厚過大,其實并不一定牢固。因直接造成的燈桿自重大幅度增加,使基礎的負荷也陡增,同時高桿燈經(jīng)受最大風荷載時的傾覆力矩也同時增大。且對制作成本、運輸安裝、基礎建造都會帶來諸多不利;而整體斜率過小,整基高桿燈穩(wěn)度不夠。無論過大、過小,還影響到整體造型的美觀。所以燈桿的整體斜率、各分節(jié)桿體的壁厚,上、下端口徑的選擇是以桿高,燈盤的大小、重量,抗最大風速,鋼材的安全系數(shù)及整基高桿燈的穩(wěn)定度而決定的。我們知道的高桿燈整體強度與外形、材料

63、等因素有關，合理調(diào)整這些因素，可以有效提高燈桿的整體強度。如燈桿截面形狀可以采用階梯式的截面體，多面棱柱，橢圓形等多種形式或加大燈桿的橫截面積，減少燈盤荷載(燈具的數(shù)量)都以影響燈桿的整體強度。</p><p>　　2.2光源及燈具配置</p><p>　　2.2.1 光源的選擇</p><p>　　高壓鈉燈的光效高，可達120-140LM/W，壽命長1800

64、0(國產(chǎn))—24000(進口)h，透霧性好，只是顯色指數(shù)低Ra=25;低壓鈉燈的光效也高，但國內(nèi)用得少;高壓汞燈光效低，僅30-4OLM/W，已逐漸不用了;金鹵燈光效高，顯色指數(shù)高，但壽命比鈉燈短近一半，也貴得多，所以在路燈中用得少，為提高誘導性，我認為可在重要的交叉路口用一點。</p><p>　　2.2.2 燈具的選擇</p><p>　　燈具的選擇應根據(jù)照明水平，眩光控制的要

65、求和配光特性來選擇。選擇燈具還應注意以下幾點:</p><p>　　盡可能選擇一體化燈具，即鎮(zhèn)流器、觸發(fā)器、電容器都安裝在燈具內(nèi)，以避免鎮(zhèn)流器等配件被盜。最重要的是應選擇配光曲線好，效率高的產(chǎn)品，好燈具的效率高，好燈具每公里使用的數(shù)量在相同照明水平上要比效率差的燈具少用很多，雖單價高些，但節(jié)省了燈桿及附屬設施，從節(jié)能、維修費等運行費上也可以節(jié)省，所以每公里綜合造價并不會高，即性價比高。</p>&l

66、t;p>　　防護等級要高。湖南雨量充足，雨季也長，一般應在IP64及以上為宜，前面的6代表塵密，即無塵埃進人，用久了燈底部不會有一層黑一灰塵和小沙蟲的沉積，后面的4表示防濺水，任何方向濺水無有害影響。有關防護等級的分類可見國標《GB7001-86燈具外殼防護等級分類》。</p><p>　　外殼顏色與燈桿及外部環(huán)境協(xié)調(diào)。</p><p>　　一條道路最好統(tǒng)一用一種型號式樣的燈具，即作

67、到一街一景，除美觀外，也起到提高方向誘道性的作用。</p><p>　　光源和燈具的選擇是高桿照明設計的關鍵環(huán)節(jié)。以單基高桿燈照明為例，地面平均照度由下式計算：</p><p>　　式中：——燈具內(nèi)光源的光通量；</p><p>　　η——燈具光束效率，一般取0.3~0.7；</p><p>　　N——投光燈具數(shù)量；</p>&

68、lt;p>　　U——投光燈具效率，一般取0.45~0.8</p><p>　　K——維護系數(shù)，取0.65~0.75；</p><p><b>　　A=π·R2；</b></p><p>　　R——投光照明半徑。</p><p>　　2.3 燈盤及升降機構(gòu)</p><p>　　燈盤是

69、高桿燈的一燈之冠,優(yōu)美得體的燈盤不僅可以減輕對燈桿的風荷載負荷,而且與周圍建筑物的諧和也是現(xiàn)代化城鎮(zhèn)的一道風景線?；诟邨U燈的安裝使用場合之別,燈盤有滿足照明需求的功能型及造型各異的裝飾型兩類。無論哪種類型、款式的燈盤,從風荷載計算,還是使用實踐來看,燈盤的直徑能小則小,漏空系數(shù)能大則大。這樣,燈盤所受的風荷載作用就小,對桿體和基座的威脅也小。當高層建筑所受的風荷載或外力作用時的傾覆力矩超出建筑物自重形成的穩(wěn)定力矩時,建筑物有傾倒的危險

70、[1]。為了保證穩(wěn)定力矩大于有可能的傾覆力矩,防止傾倒現(xiàn)象,高桿燈在設計時,應控制其寬高之比。為此,即使對于被照區(qū)域的照明半徑大、照度要求高、布燈多的高桿燈,設計時燈盤的直徑一般不要大于桿高的1/7;當燈盤的直徑大于燈桿高度的1/6時,應適當放大桿體的外徑或增大桿體的斜率,也可同時稍微增加桿根部這一分節(jié)的壁厚。對于布燈盞數(shù)大于20的(單燈功率P\1000 W),且直徑在5 m左右的又重又大燈盤,盡可能分解設計,使卷揚機提升系統(tǒng)只提升裝置

71、燈具的一部分燈盤,另一部分燈盤固定在燈桿的桿頂上,從而可減小提升負荷。就燈盤的造型而言,蘑菇形、牽?；ㄐ?、盤花形、</p><p>　　飛碟型等款式的燈盤成為主流。值得一提的飛碟形燈盤,它不僅巧妙地集功能型和視覺審美于一體,把照明燈具封閉在整體燈盤內(nèi),并有效地保護了燈具,且整體的流線型造型,使它懸掛在桿頂受到一個向上的舉力,(此舉力固然小于燈盤的重力),從而也減小了傾覆力矩,當然也減輕了桿體和基座的負荷。由于一體

72、化照明燈具在高桿燈上,為燈盤款式的設計拓展了創(chuàng)新的空間。其最大的優(yōu)勢就是燈盤結(jié)構(gòu)簡捷明快,風荷載作用時受風面小,還適宜選用一體化燈具。</p><p>　　燈盤的升降系統(tǒng)是由電動機、減速機、傳動齒滑軸組組成的卷揚機組。卷揚機組電動升降燈盤的過程和燈盤上照明燈具自動啟閉都離不開電氣控制。這兩部分的自動控制電路組合在一起成為高桿燈的電器控制系統(tǒng)。</p><p>　　卷揚機的主結(jié)構(gòu)見圖2-1。

73、設計制作的指導思想為:整機裝置主桿體內(nèi),小巧玲瓏,提升燈盤時力所能及且運輸自如。電動機宜選擇4P慢轉(zhuǎn)速的,因輸出力矩相對快,轉(zhuǎn)速電動機大。在選擇功率上避免大牛拉小車的的現(xiàn)象,有些高桿燈在初次提升燈盤時就發(fā)生沖頂?shù)目膳率鹿?這除電器控制設置欠妥或失靈外,跟電動機功率過大也不無關系。</p><p>　　圖2-1 卷揚機主結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　卷揚機的各組成機械間的動力傳遞則應符合傳遞

74、力學的原理。即前級機械輸出的力和力矩必須大于后級機械正常運作的力和力矩,以及損耗。利用動滑輪省力不省功的原理,在許可的燈盤提升時間、減速機能承受的輸出力矩之內(nèi)可大幅度銳減電動機的輸出功率。選擇具有自鎖功能的減速機,使升降系統(tǒng)在運行過程中,因突發(fā)意外或保證燈盤在桿體的任何高度穩(wěn)妥穩(wěn)定便于桿體外圍實施防護處理時,減速機能迅速自行鎖定。</p><p>　　電器控制及其它問題：</p><p>

75、　　高桿燈內(nèi)主電纜要求采用YC型重型橡套電纜，一般為2根分別供應燈盤2組電源， 一組為全夜燈，另一組為半夜燈。電纜截面一般選用5(4)×4mm2以上；燈盤上燈具至分線盒的連接線一般選用3(2)×2.5mm2以上YZ型中型橡套電纜。燈盤上同時設置一只專用維修接線盒，內(nèi)設專用維修電纜子母插座。高桿燈桿內(nèi)電纜通過電纜專用子母插頭與電器控制盒連接，使安裝維修極為方便。目前為節(jié)約高桿燈的投資費用，一般一基高桿燈只設一根電力電纜

76、供電，電力電纜可穿管或直埋敷設接至配電房內(nèi)低壓照明配電柜供電控制。桿內(nèi)電器控制盒一般由：兩路分別控制的電源開關、高桿燈障礙燈開關、半夜燈時控開關、專用維修插座、升降機構(gòu)開關等組成。低壓照明配電柜中設有光控開關。</p><p>　　高桿燈電源供電電力電纜因高強度氣體放電燈的回路工作特點如所有光源不可能同時啟動、L鎮(zhèn)流或LC鎮(zhèn)流的諧波成份使三相供電不可能平衡等要求采用等截面電力電纜供電。高桿燈桿頂設有避雷針與桿體及

77、地基接地網(wǎng)可靠電氣連接，確保防雷接地的接地電阻小于10Ω。</p><p>　　2.4 基礎設計與修建</p><p>　　高桿燈的基礎設計和修建的最根本標準是保障其在經(jīng)受安裝地區(qū)的最大風荷載作用及該地區(qū)有可能發(fā)生的相當級別的地震中不發(fā)生傾倒。</p><p>　　高桿燈底板的地腳緊固螺栓,安裝使用后的高桿燈在經(jīng)受最大風荷載作用或相當級別的地震時尚能處于平衡狀態(tài)，

78、其時對桿根處來說，必然存在一個抗傾覆力矩∑M2，且在量值上大于等于高桿燈經(jīng)受到的外力傾覆力矩∑M1。</p><p>　　設此時高桿燈所受的外力，高桿燈的重力G。高桿燈在外力作用下產(chǎn)生傾覆趨勢所帶來的重力的分力，基礎的承受力Q，這些力的合力∑F=0。同時，高桿燈底板的地腳緊固螺栓的共同作用，產(chǎn)生了抗傾覆力矩∑M2。且|∑M2|=|∑M1|其合力矩∑M=0。顯然，地腳緊固螺栓是高桿燈在抗風荷載中維持平衡狀態(tài)的主要保

79、障。那么高桿燈基礎修建，預埋地腳緊固螺栓的直徑、長度、鋼材的材質(zhì)和預埋方式可由上述原理和關系式來測算。</p><p>　　高桿燈的混凝土地下基礎的設計建造依據(jù)是：整基高桿燈地上部分的總重G0，測算預計的地下混凝土基礎的重量G1，以及高桿燈在該安裝現(xiàn)場有可能遇到的最大風荷載作用(或相當級別的地震所引起)的傾覆力矩∑M，地下混凝土基礎所能產(chǎn)生的抵抗力矩W。在量值上且W≥∑M1。而同時兼顧的依據(jù)是高桿燈安裝現(xiàn)場的地基

80、承載值P0，G1和G0對基礎底面的共同作用所產(chǎn)生的平均壓強P，而且P<P0。地下基礎邊緣有可能產(chǎn)生的最大壓強，(=P+∑M1W；W—基礎抵抗力矩)，且小于基礎承載值P0的1.2倍。</p><p>　　例如：某高桿燈地上部分的總重量G0=56.36 ，有可能經(jīng)受的最大風荷載彎矩∑M=555.66 (假設該地相當級別的地震引起傾覆彎矩小于∑M)。地下混凝土基礎的測算重量G1=1 022.4 ，能產(chǎn)生的抵抗力矩

81、，地基承載值勘測為90 。則：G0和G1對底面積為4.5×4.5(m2)的混凝土基礎底面下地基的平均壓強P=(56.36+1 022.4)/4.52=53.27 <90 。</p><p>　　第三章 25米高桿路燈桿燈有限元分析的建模過程</p><p>　　3.1 相關軟件介紹</p><p>　　3.1.1 Solid Works簡介

82、</p><p>　　Solid Works公司成立于1993年，由PTC公司的技術副總裁與CV公司的副總裁發(fā)起，總部位于馬薩諸塞州的康克爾郡（Concord,Massachusetts）內(nèi)，當初所賦予的任務是希望在每一個工程師的桌面上提供一套具有生產(chǎn)力的實體模型設計系統(tǒng)。從1995年推出第一套Solid Works三維機械設計軟件至今，它已經(jīng)擁有位于全球的辦事處，并經(jīng)由300家經(jīng)銷商在全球140個國家進行銷售與

83、分銷該產(chǎn)品。Solid Works軟件是世界上第一個基于Windows開發(fā)的三維CAD系統(tǒng)，由于技術創(chuàng)新符合CAD技術的發(fā)展潮流和趨勢，Solid Works公司于兩年間成為CAD/CAM產(chǎn)業(yè)中獲利最高的公司。良好的財務狀況和用戶支持使得Solid Works每年都有數(shù)十乃至數(shù)百項的技術創(chuàng)新，公司也獲得了很多榮譽。該系統(tǒng)在1995-1999年獲得全球微機平臺CAD系統(tǒng)評比第一名；從1995年至今，已經(jīng)累計獲得十七項國際大獎，其中僅從19

84、99年起，美國權威的CAD專業(yè)雜志CADENCE連續(xù)4年授予Solid Works最佳編輯獎，以表彰Solid Works的創(chuàng)新、活力和簡明。至此，Solid Wor</p><p>　　由于Solid Works出色的技術和市場表現(xiàn)，不僅成為CAD行業(yè)的一顆耀眼的明星，也成為華爾街青睞的對象。終于在1997年由法國達索公司以三億一千萬美元的高額市值將Solid Works全資并購。公司原來的風險投資商和股東，以

85、一千三百萬美元的風險投資，獲得了高額的回報，創(chuàng)造了CAD行業(yè)的世界紀錄。并購后的Solid Works以原來的品牌和管理技術隊伍繼續(xù)獨立運作，成為CAD行業(yè)一家高素質(zhì)的專業(yè)化公司，Solid Works三維機械設計軟件也成為達索企業(yè)中最具競爭力的CAD產(chǎn)品。</p><p>　　由于使用了Windows OLE技術、直觀式設計技術、先進的Parasolid內(nèi)核（由劍橋提供）以及良好的與第三方軟件的集成技術，Sol

86、id Works成為全球裝機量最大、最好用的軟件。資料顯示，目前全球發(fā)放的Solid Works軟件使用許可約28萬，涉及航空航天、機車、食品、機械、國防、交通、模具、電子通訊、醫(yī)療器械、娛樂工業(yè)、日用品/消費品、離散制造等分布于全球100多個國家的約3萬1千家企業(yè)。在教育市場上，每年來自全球4，300所教育機構(gòu)的近145，000名學生通過Solid Works的培訓課程。</p><p>　　據(jù)世界上著名的人才

87、網(wǎng)站檢索，與其它3D CAD系統(tǒng)相比，與Solid Works相關的招聘廣告比其它軟件的總合還要多，這比較客觀地說明了越來越多的工程師使用Solid Works，越來越多的企業(yè)雇傭Solid Works人才。據(jù)統(tǒng)計，全世界用戶每年使用Solid Works的時間已達5500萬小時。</p><p>　　在美國，包括麻省理工學院（MIT）、斯坦福大學等在內(nèi)的著名大學已經(jīng)把Solid Works列為制造專業(yè)的必修課，

88、國內(nèi)的一些大學（教育機構(gòu)）如清華大學、北京航空航天大學、北京理工大學、上海教育局等也在應用Solid Works進行教學。相信在未來的5-8年內(nèi)，Solid Works將會成為與當今Auto CAD一樣，成為3D普及型主流軟件乃至于CAD的行業(yè)標準。</p><p>　　下面介紹一下Solid works的主要功能：</p><p>　　1） Top Down(自頂向下)的設計&

89、lt;/p><p>　　2） Down Top (自下向上)的設計</p><p>　　3） 易用性及對傳統(tǒng)數(shù)據(jù)格式的支持</p><p>　?。?）Solid Works完全支持dwg/dxf輸入輸出時的線型，線色，字體及圖層。并所見即所得地輸入尺寸，使用一個命令即可將所有尺寸變Solid Works的尺寸并驅(qū)動草圖，而且可以任意修改尺寸公差和精度

90、等。其它同類軟件只能成組地輸入尺寸，因而這些尺寸無法被修改和變得象在原始 系統(tǒng)內(nèi)那樣靈活，這使得其它同類軟件要想利用已有工程圖變得非常困難。</p><p>　?。?）Solid Works提供各種3D軟件數(shù)據(jù)接口格式，其中包括Iges、Vdafs、Step、Parasolid、Sat、STL、MDT、UGII、Pro/E、Solid Edge、Inventor等格式輸入為零件和裝配，還可輸出VRML、Tiff、

91、Jpg等等文件格式。</p><p><b>　　4） 零部件鏡像</b></p><p>　　Solid Works中提供了零部件的鏡像功能，不僅鏡像零部件的幾何外形，而且包括產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和配合條件，還可根據(jù)實際需要區(qū)分是作簡單的拷貝還是自動生成零部件的對稱件。這一功能將大大節(jié)約設計時間，提高設計效率。而其它同類軟件是沒有這一重要功能的。 </p><

92、;p><b>　　5） 裝配特征</b></p><p>　　Solid Works提供完善的產(chǎn)品級的裝配特征功能，以便創(chuàng)建和記錄特定的裝配體設計過程。實際設計中，根據(jù)設計意圖有許多特征是在裝配環(huán)境下在裝 配操作發(fā)生后才能生成的，設計零件時無需考慮的。在產(chǎn)品的裝配圖作好之后，零件之間進行配合加工比如：零件焊接、切除、打孔等功能。 Solid Works支持大裝配的裝配模式，擁有干涉檢查

93、、產(chǎn)品的簡單運動仿真、編輯零件裝配體透明的功能。</p><p>　　6） eDrawing</p><p>　　Solid Works一向以創(chuàng)新領先而著稱，其中eDrawing的出現(xiàn)就是一個典型代表。長期以來，工程技術人員交換工程設計信息的主要方式就是二維工程圖，而要讀懂一張復雜的產(chǎn)品工程圖是一件非常費時費力的事。</p><p>　　eDrawing的出現(xiàn)使得工

94、程師們交換設計信息變得便捷而又輕松，還是一張二維工程圖，卻賦予了更多的智能和信息，輕松實現(xiàn)二維圖紙三維看，而且以三維 動畫方式展現(xiàn)產(chǎn)品各個角度和剖面的細節(jié)，結(jié)構(gòu)再復雜的產(chǎn)品也可讓設計者在幾分鐘內(nèi)了如指掌。同時，所生成的電子文件體積小巧，便于傳遞。文檔內(nèi)還包含了免 費的瀏覽工具，任何人可以在任何一臺裝有Windows系統(tǒng)的PC機上進行自由地瀏覽，而無需任何其他軟件的支持。</p><p><b>　　7）

95、 3D草圖</b></p><p>　　Solid Works提供了直接繪制三維草圖的功能，在友好的用戶界面下，象 繪制線 架圖一樣不再局限在平面上，而是在空間直接畫草圖，因而可以進行布線，管線及管道系統(tǒng)的設計；這一功能在主流實體造型領域內(nèi)是獨一無二的，而且是作為Solid Works內(nèi)置功能。 如果設計中有管線零部件，Solid Works可直接解決問題；此外3D草圖還可作為裝配環(huán)境下的布

96、局草圖進行關聯(lián)設計。其它同類軟件是沒有這一功能的。</p><p><b>　　8） 曲面設計</b></p><p>　　曲面設計功能對三維實體造型系統(tǒng)尤為重要，Solid Works提供了眾多的曲面創(chuàng)建命令，同時還提供了多個高級曲面處理和過渡的功能如混合過渡，剪裁，延伸和縫合等，而且是完全參數(shù)化的；從而幫助設計者快捷而方便地設計出具有任意復雜外形的產(chǎn)品。</

97、p><p>　　9） 動畫功能——Animator</p><p>　　Solid Works提供了一個動畫功能，它把屏幕上的三維模型以及我們所作的操作記錄下來，生成脫離軟件環(huán)境并可直接在WINDOWS平臺下面運行的動畫文件。利用這些文件用戶可制作產(chǎn)品的多媒體文件，以供設計評審、產(chǎn)品宣傳、用戶之間交流，技術協(xié)調(diào)運用。動畫功能可以生成產(chǎn)品的裝配過程、爆炸過程、運動過程的動畫文件，同時也生成各個過

98、程的組合的動畫文件。</p><p>　　10） 渲染功能——Photo Works</p><p>　　Solid Works提供了產(chǎn)品的渲染功能，提供了材質(zhì)庫、光源庫、背景庫，可以在產(chǎn)品設計完成還沒有加工出來的情況下，生成產(chǎn)品的宣傳圖片，同輸出通過的圖片文件格式如：JPG、GIF、BMP、TIFF等。用戶可以通過調(diào)整軟件環(huán)境下的光源、背景和產(chǎn)品的材質(zhì)，并在產(chǎn)品的一些面上進行貼圖操作，可

99、以生成專業(yè)級的產(chǎn)品圖片。</p><p>　　11） Toolbox工具箱</p><p>　　Solid Works的Toolbox工具箱提供了建立企業(yè)庫文件的工具，可以對軸承等一些通用的標準零件進行計算，提供了ISO、ANSI等標準的標準件庫，并可與裝配環(huán)境進行自動插入。</p><p>　　12） 特征識別—Feature Works</p>&

100、lt;p>　　Solid Works提供了特征識別的功能，它可以把其他軟件的數(shù)據(jù)進分析，自動生成它識別的特征，并可進行編輯和修改[15]。</p><p>　　3.2 25米高桿燈的主要內(nèi)容和參數(shù)</p><p>　　25米高桿燈主要由桿體、地基、法蘭、燈盤等部件組成。桿體采用低碳鋼材料，楊氏模量E=207，泊松比=0.3，密度ρ=7.80×103kg／m3，屈服極限23

101、5，經(jīng)大型折彎機加工一次成為十二邊形錐形桿，縱向焊縫采用自動埋弧焊機一次焊接，口徑為Φ260mm-Φ550mm，套接長度超過管徑的1.5倍，壁厚上節(jié)6 mm，中節(jié)8 mm，下節(jié)10 mm。</p><p>　　高桿燈整體結(jié)構(gòu)如圖3-1,其他部件如圖3-2所示。傳動鋼絲繩采用不銹鋼鋼絲繩，主繩Φ10mm，副繩Φ8mm。升降原理上升時在電動狀態(tài)下其升降裝置卷繞主鋼纜通過頂部滑輪組帶動副鋼纜使之上升。當燈盤上升至頂端在

102、定位裝置下自動掛鉤卸載。配電盤裝置置于電器們內(nèi)部，控制升降和照明系統(tǒng)。</p><p>　　圖3-1 25米高桿燈整體結(jié)構(gòu)示意圖</p><p>　　(a) 燈盤 (b) 掛鉤圈 (c) 法蘭</p><p>　　圖3-2 高桿燈部分部件結(jié)構(gòu)示意圖 </p><p>　　基礎為鋼

103、筋混凝土結(jié)構(gòu)，按《建筑地基基礎設計規(guī)范》GBJ7-89等標準設計。適用于地基承載力設計值f≧10tf/m2和最大風力不得超過11級的地區(qū)，墊層厚度≧150mm，鋼筋保護層厚度不小于40mm，混凝土強度等級≧C25混凝土。兩根接地線Φ20與地腳螺栓焊接牢固，接地電阻應小于10歐姆。埋于地下2.8米處，基礎頂面應高出回土表面0.12米。其結(jié)構(gòu)如圖3-3、3-4所示。</p><p>　　圖3-3 基礎結(jié)構(gòu)示意圖

104、</p><p>　　圖3-4 基礎結(jié)構(gòu)示意圖</p><p>　　根據(jù)平面圖上的相關數(shù)據(jù)畫出各部分零件的模型圖，再將各部分零件正確裝配，得到如下整體圖3-5。</p><p>　　圖3-5 高桿燈solid works模型圖</p><p>　　3.3 ANSYS軟件簡介</p><p>　　ANSYS軟件是融

105、結(jié)構(gòu)、流體、電場、磁場、聲場分析于一體的大型通用有限元分析軟件。由世界上最大的有限元分析軟件公司之一的美國ANSYS開發(fā)，它能與多數(shù)CAD軟件接口，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享和交換，如Pro/Engineer, NASTRAN, Alogor, I－DEAS, Auto CAD等， 是現(xiàn)代產(chǎn)品設計中的高級CAD工具之一。</p><p><b>　　1.軟件功能簡介</b></p><

106、;p>　　軟件主要包括三個部分：前處理模塊，分析計算模塊和后處理模塊。 </p><p>　　前處理模塊提供了一個強大的實體建模及網(wǎng)格劃分工具，用戶可以方便地構(gòu)造有限元模型； </p><p>　　分析計算模塊包括結(jié)構(gòu)分析（可進行線性分析、非線性分析和高度非線性分析）、流體動力學分析、電磁場分析、聲場分析、壓電分析以及多物理場的耦合分析，可模擬多種物理介質(zhì)的相互作用，具有靈敏度分析及

107、優(yōu)化分析能力；</p><p>　　后處理模塊可將計算結(jié)果以彩色等值線顯示、梯度顯示、矢量顯示、粒子流跡顯示、立體切片顯示、透明及半透明顯示（可看到結(jié)構(gòu)內(nèi)部）等圖形方式顯示出來，也可將計算結(jié)果以圖表、曲線形式顯示或輸出。</p><p>　　啟動ANSYS，進入畫面以后，程序停留在開始平臺。從開始平臺（主菜單）可以進入各處理模塊：PREP7（通用前處理模塊），SOLUTION（求解模塊），

108、POST1（通用后處理模塊），POST26（時間歷程后處理模塊）。ANSYS用戶手冊的全部內(nèi)容都可以聯(lián)機查閱。 用戶的指令可以通過鼠標點擊菜單項選取和執(zhí)行，也可以在命令輸入窗口通過鍵盤輸入。命令一經(jīng)執(zhí)行，該命令就會在.LOG文件中列出，打開輸出窗口可以看到.LOG文件的內(nèi)容。如果軟件運行過程中出現(xiàn)問題，查看.LOG文件中的命令流及其錯誤提示，將有助于快速發(fā)現(xiàn)問題的根源。.LOG 文件的內(nèi)容可以略作修改存到一個批處理文件中，在以后進行同