元分析研究方法精品(七篇)

序论：写作是一种深度的自我表达。它要求我们深入探索自己的思想和情感，挖掘那些隐藏在内心深处的真相，好投稿为您带来了七篇元分析研究方法范文，愿它们成为您写作过程中的灵感催化剂，助力您的创作。

篇(1)

    关键词:人事测评  效度概化  元分析   

    0 引言

    人事测评经过将近一个世纪的发展,已经在人力资源管理实践中发挥了重要的作用。早期的测评研究大多聚焦于预测指标的开发和构思验证,并在此基础上作出人事决策。在人事测评的效度上,过去的研究认为:测验受情境特殊性影响很大,测验的效度必须在每一施测的特定领域和情境建立方才有效。从而人事测评就一直面临着两个方面的难题:一是测评工具的效度与被试的工作种类的关系问题;另外就是在类似情景下,采用类似测评工具对从事类似工作的人员进行测验时,效度波动的解释问题。工业与组织心理学家(如Guion和Ghiselli等)认为:由于在不同情境下看似相同的工作,具有截然不同的本质,所以人事测评的效度(主要指效标效度)具有情景特异性——同样的人事测评工具在不同的情景下会表现出截然不同的效度。而效度概化理论认为,各测验的效度系数间之所以会有变异产生而无法达到概化的程度,主要是一些人为的误差因素造成的。若将这些误差来源去除后,则各研究的效度系数应该相当类似。

    效度概化(validity generalization)受到了心理学界的普遍关注,现已成为元分析的三大主要应用领域之一。在心理测量学、工业与组织心理学以及人事测评等领域,效度概化均已产生了强烈影响。研究者用效度概化理论来检验“情景特异论”的可靠性,发现通过研究设计来控制那些可能会影响效度的因素之后,在不同情景下所得到的效度就会表现出明显的一致性。该结论对工业与组织心理学来讲是具有里程碑意义的,意味着人事测评不再是一种技术,而是一门科学。很多欧美国家的政府部门、劳动中介机构以及大企业均已把效度概化的结论作为人事测评有效性的重要依据。而在中国,此方面的研究还刚刚起步。

    1 效度概化原理

    效度概化理论综合应用了心理测量学和心理统计学的原理,把以往特定领域的人事测评研究结果汇总起来,然后采用元分析的方法对已有的效度资料进行综合分析,从而对特定测评工具的效度进行评估。效度概化的实质就是使用元分析的方法、思路,对包括测量误差在内的统计性偏差(statistical artifacts)进行统计矫正,最后估计出真实效度值。它是心理测量理论和元分析的结合体,因而也被称作心理测量型元分析(psychometricmeta-analysis)。心理测量学考虑了测评工具的测量误差;元分析考虑了测评研究的取样误差。而效度概化的优势就在于它既考虑了测评工具的测量误差,又考虑了其取样误差。

    2 效度概化在人事测评中的应用

    在近几十年里,效度概化研究在人事测评的研究领域已经取得了非常显着的成绩,促进了人力资源管理,澄清了一些人事决策的迷雾,提供了关于个体认知能力、人格维度、工作知识、专业技能、管理风格、面试和评价中心技术的预测效度的清晰数据。下面具体介绍效度概化在人事测评方面的成果:

    2.1 在管理测验方面 管理测验主要测试管理者的知识、技能和能力等,具体形式包括评价中心技术、管理能力和倾向测验等。Gaugler等的元分析研究发现评价中心技术的整体预测效度为0.45 。Arthur等对34篇文章进行元分析,确认了评价中心技术(AC)的三个重要维度和它们的预测效度,即,问题解决能力(0.39)、影响他人(0.38)和组织计划(0.37)。Arthur认为评价中心技术对工作绩效的预测力来自于认知能力和人际关系处理能力。情境判断测验(SJTs )是一种基于分析困难情境问题对策的测验形式,可以测量人的决策能力和管理能力。Clevenger 等的运用元分析方法研究了102个项效度资料(10640个被试),结论是,情境判断测验对工作绩效的预测效度为0.34。用于测量管理者行为倾向的测验包括领导行为描述问卷(the leadership Behavior Description Questionnaire )等。多年来这些测验的预测效度资料比较混乱。Judge等运用元分析方法研究了163项有关“关注关系”的相关数据和159项有关“强化结构”的相关数据。结果发现,关注关系测验对领导力的预测效度为0.48,强化结构测验对领导力的预测效度仅为0.29,而且,关注关系的领导与属下满足感、动机和领导影响力相关,而强化结构的领导与领导工作绩效、团体绩效相关。 

    2.2 在领导类型方面 变革式领导(transformational leadership )和交易式领导(transactional leadership)是近20年来兴起的关于领导类型的研究课题。变革式领导是通过预期未来和设想愿景,来激发追随者。交易式领导主要通过在奖酬上的交换来影响追随者。交易式领导的行为模式包括三类,即例外-积极模式、例外-消极模式和相机奖惩模式。例外-积极模式的领导倾向于在属下遇到困难之前积极指导,例外-消极模式的领导倾向于在属下遇到困难之后才采取行动。Judge 等的元分析发现,变革式领导和相机奖惩交易式领导都是有效的领导方式,它们对属下绩效的综合预测效度为0.44和0.39。而例外-消极模式管理者和自由放任式管理者对属下绩效的综合预测效度呈负相关,分别是为-0.18和-0.37。IIies等的元分析发现,交易式领导对属下的组织公民行为的综合预测效度为0.38,也验证了相机奖惩是有效的领导方式的结论。

    2.3 在结构化面试方面 面试是人才选拔和配置的重要方式。面试一般分为非结构化面试和结构化面试两种。结构化面试是指对同一职位的应试者按同一顺序问同样的问题,多位评委按同一标准评分的标准化和规范化的面试。关于结构化面试的预测效度元分析结果大体一致,Wiersner等、McDaniel等、Marchese等、Schmidt等 、Huffcutt 等、Campion 等七项元分析研究的结构化面试的效应值的均值为0.42,而且七项研究之间标准差很小。结构效度分析显示,结构化面试比认知能力测验所测量的内容更广泛,结构化面试所测量的内容包括认知能力、岗位知识、经营管理理念、工作技能、行为风格、个性成熟度、组织适应性等因素。所以结构化面试的增值效度很明显。如,Schmidt 等测得一般认知能力测验(0.51)和结构化面试(0.51)并用时的预测效度能达到0.63,其增值效度为0.12。关于结构化面试的整体效度研究已无悬念,研究者还对不同类别的结构化面试的预测效度进行了元分析研究。 

    2.4 在人才背景资料方面 在人才选拔过程还会参考到人才的一些背景资料,如受教育年限、年龄等。关于这些信息的预测效度也有人实施了元分析研究。过去的成功常常伴随着自身能力、美誉度、业绩资料和个性成熟度的变化,这些因素有助于预测个人的未来成就。普遍的结论是同事评价、背景调查和传记资料对个体的工作绩效有高的预测力,而笔迹、年龄等因素对工作绩效没有预测力。由此看来,“不唯学历、不唯资历和不唯年龄,重视能力和业绩”的人才观是正确的。

    关于人事测评效度概化研究在未来的发展,我们认为有三种趋势是值得关注的。一是细化或深化人事测评预测因子的效度概化研究会更流行。例如,针对不同类别或不同环境下的结构化面试和评价中心技术的元分析研究可能是新方向,关于人才选拔诸多方法及其相互关系的效度概化研究依然是研究重点。二是针对新的人事测评预测因子的探索式元分析研究会有新发展。例如,胜任特征、情绪智力、周边绩效和变革型领导等新概念可能成为元分析研究的新阵地。三是关于人事测评的效标和预测因子间关系的理论研究可能要取得新进展。例如,环境和个体特征交互作用,认知和情绪智力对与不同绩效的分离性预测等领域可能有突破性进展。

    最后,在应用人事测评效度概化研究结果时,要明确该结果的可概化范围。从时效性上讲,效度概化的结论也不是一劳永逸的,也存在时效性。在工业心理学中,工作环境、工作内容在不断变化,工作对员工能力和性格的要求也在随之变化。效度概化研究的结论需要不断地进行升级,从而反映出当时的真实效度水平。另外,针对特定复杂度的工作而得到的效度概化结论,也不能想当然地被推论到具有更高或更低复杂度的工作当中去。研究者在使用效度概化结论时,一定要保证当时的情景和效度概化研究所基于的原始研究的总体情况相一致。

    参考文献:

    [1]王拥军,俞国良.效度概化.预测效度元分析30年的成果述评.心理科

    学进展.2008.16(6).964-97.

    [2]Schmidt F L.Hunter J E.Development of a general solution to the problem of validity generalization. Journal of Applied Psychology.1977.62.529~540.

篇(2)

[关键词]风电机组；塔筒；有限元；分析自动化方法

中图分类号：TU855 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）20-0136-02

塔筒是风电机组重要的承载元件，其本身承载着整个机组的作用力及叶轮振动载荷，塔筒的稳定运行对风电机组的正常运行有极其重要的作用。利用有限元分析自动化方法进行风电机组塔筒结构设计，能有效的提高塔筒的工作效率，简化设计工艺，降低成本，有限元分析自动化方法对风电机组塔筒结构的设计有十分重要的意义。

1.有限元分析的概述

1.1 有限元分析的简介

有限元分析是指利用数学近似的方法对真实的系统进行模拟，有限分析是用简单的思维代替复杂的思维进行问题求解。有限元分析求出的解不是真实的解，而是近似解，在实际生产中，问题的很难得到准确的求解，因此，可以采用近似解代替。由于有限元分析的精准度比较高，可以适用于各种复杂的问题求解，逐渐成为工程分析的有效手段。

1.2 有限元分析的基本特点

有限元分析同其他求解问题近似法最大的区别是有限元分析的近似性范围仅在求值范围内，有限元分析是Rayleigh Ritz法和分片函数的结合体，有限元分析将函数定义在简单的几何形状中，不需要考虑整体的复杂条件，这是有限元分析比较突出的特点。

2.风电机组塔筒结构有限元分析自动化前处理

风电机组塔筒结构有限元分析自动化前处理包括有限元模型的建立，塔筒材料属性、载荷条件的施加等，在进行几何模型建立时，可以通过人机交换界面将塔筒的几何参数输入模型中，利用二次开发语言编写程序，建立不同壁厚、锥高的塔筒结构。在保证网格参数满足分析要求后，进行材料的前处理，然后将信息提交给求解器进行计算，最后查找分析的结果，根据分析结构进行统计报告。

3.风电机组塔筒自动化分析建模

3.1 参数分析模型的建立

参数化设计主要是对实际生产设计过程中，对相同类型但不同规格的产品进行技术参数选择。风电机组塔筒在进行参数化建模时，要根据塔筒的几何尺寸建立纵向截面，根据塔筒的壁厚及锥高建立建模函数，各段利用循环电泳建模函数的方法进行建模，从而确定不同壁厚、锥高的塔筒几何模型。塔筒几何模型的建立是为了划分网格单元，塔筒不同壁厚之间的接口处如果处理不恰当，有限元分析在进行网格划分时，会产生网格单元差异，对最终分析结构造成影响，因此，在保证风电机组塔筒结构的同时，要对塔筒不同壁厚的焊接口处进行过度处理，确保有限元分析网格划分的规整。风电机组塔筒的塔门结构比较复杂，而塔门的网格划分质量对分析结构有很大的影响，为确保塔门的网格划分规整，在进行建模时，要将同塔门相连的塔身部分分割出一段，在进行网格划分时可以单独的对塔门进行处理，塔筒的内部设备在进行设计时，要在确保计算精度的同时，尽量简化。

3.2 塔筒截面的建模

在进行塔筒截面建模时，需要对每节塔筒进行编号，然后利用点坐标的方式建立塔筒纵向截面。塔筒的锥高相同时，设计塔筒结构时，可以根据每节塔筒的高度，利用相似三角形定理，计算出塔筒的外径；对于锥高不同的塔筒，不能利用相似三角形定理计算各节塔筒的外径，因此，需要将塔筒各节的外径直接输入模型中。

3.3 风电机组塔筒有限元分析模型网格的划分

网格划分是风电机组塔筒有限元分析自动化模型建立的重要部分，网格划分质量将直接影响计算结构的准确度和分析结果的准确性。风电机组塔筒结构属于对称结构，可以现在塔筒的纵向截面进行2D网格划分，相同类型的截面要设计相同的网格划分方式，当截面的网格划分完成后，对不同塔筒的焊接口处、塔门进行网格划分，在网格划分过程中，要注意网格划分的规则性和相互协调性，当2D截面网格划分结束后，利用扫描函数生成3D网格。

由于塔筒的塔门对最终分析结果有很大的影响，因此，在进行网格划分时，要将塔门及与塔门相连的塔身部分分离出来，最后在单独的进行划分，在进行塔门网格划分时，要尽量保证网格各边、内角等位置相同，各相邻网格单元要相互协调，网格单元的疏密度要恰当。

4.应用实例

本次计算以某1.5MW水平轴风电机组为算例，机舱、发电机、风轮等部分对塔筒动态特性分析结果的影响比较小，因此本次以塔筒本体为主进行建模，分析塔筒的运行情况。本次计算基本参数为，风电机组额定功率为1.5MW，机组高度为76m，塔顶外径为2.56m，塔底外径为4.5m，塔筒壁厚为13mm-30mm，弹性模量为2.06×105Mpa，密度为7.8×103kg/m3，泊松比为0.3，机舱及叶轮质量为103.86t。经过有限元分析自动化模型分析结果为：1阶纵向模态频率的计算结果为0.361Hz、有限元分析结果为0.356Hz，1阶横向模态频率计算结果为0.362Hz、有限元分析结果为0.357Hz，2阶纵向模态频率计算结果为2.793Hz、有限元分析结果为2.830Hz，2阶横向模态频率计算结果为2.851Hz、有限元分析结果为2.858Hz，3阶纵向模态频率计算结果为6.272Hz，有限元分析结果为6.278Hz，3阶横向模态频率计算结果为6.272Hz，有限元分析结果为6.278Hz，通过有限元分析模型和计算结果对比发现，两者的前三阶频率误差在1%以内，符合相关要求。以上计算结果说明，使用有限元分析自动化方法分析风电机组塔筒是可行的。

5.总结

塔筒是风电机组重要的承载元件，其本身承载着整个机组的作用力及叶轮振动载荷，塔筒的稳定运行对风电机组的安全及正常运行有极其重要的作用。采用有限元分析自动化方法进行风电机组塔筒分析，能有效的提高塔筒分析效率，对风电机组塔筒的设计有极其重要的意义。

参考文献

[1] 白宁，杨林，马铁强等.风电机组塔筒结构有限元分析自动化方法研究[J].组合机床与自动化加工技术，2011，（01）：101-103.

篇(3)

【关键词】扭力杆；转炉倾动机构；Simulation；有限元分析

【Abstract】Analysis the Torsion bar of the Tilting machanism by the software Simulation of Solidworks，and contrast this method with the traditional computing method，analysis its force and displacement，probe into its force feature，provide theory evidence of the Torsion bar design.

【Key words】Torsion bar； Tilting machanism； Simulation； FEA

0 引言

转炉倾动装置是实现转炉炼钢生产的关键设备，它在转炉炼钢设备中对炉体起到平稳倾翻和准确定位的作用。当炉体在进行加料、出渣、拉碳、出钢和补炉等一系列工艺操作时需要通过倾动机构所产生的扭矩来使转炉进行转动。倾动装置为整套设备提供动力，其重要性可见一斑。其工作特点是低速、重载、启制动频繁、速比大、工作条件恶劣并且受冲击非常大。扭力杆作为倾动装置的一个关键部件，它可以在倾动运行时起到抗扭缓冲的作用，这对保证设备运行安全平稳、延长设备寿命是非常重要的。其具体的工作原理为：在一二次减速机与炉体作为相对静止的设备绕耳轴转动时，安装在二次减速机下方左右两侧的的两个联接杆一个受拉，一个受压，再将力传递给扭力杆两侧的曲柄装置，并在扭力杆两侧形成大小相等方向相反的一对力偶，使得扭力杆发生弯扭变形，从而对倾动设备起到支撑、抗震缓冲的作用。为全面了解扭力杆的变形及应力分布状态，确定其刚度与转角是否符合设计安全，并提供直观的分析计算报告，特应用Solidworks中的Simulation有限元分析模块对扭力杆进行了分析研究。

1 转炉倾动装置结构

如图1所示转炉倾动装置主要由一次减速机、二次减速机、扭力杆、电机等部分构成。倾动装置现主要采用全悬挂式结构。它的特点是整个倾动装置全部挂在托圈的传动侧耳轴上，四台一次减速机末级齿轮同时驱动二次大齿轮转动，二次大齿轮通过切向键传递扭矩到耳轴上面从而驱动托圈炉体绕耳轴中心线转动，进而完成兑钢水、加废钢、取样、出钢和倒渣等操作。为了防止倾动机构输出扭矩时同时绕着耳轴中心线转动，在二次减速机下方安装有扭力杆装置，并通过左右联接板与二次减速机箱体联接，这样扭力杆装置就可以对整个机构起到支撑的作用。当炉体进行转动时，倾动机构的回转动能，在扭力杆进行支撑和缓冲的过程中，经连接板转变为扭力杆的扭转变形能。

图1

2 Simulation软件

Simulation是DS Solidworks公司开发的一款基于有限元技术的设计分析软件，同时它作为嵌入式软件可以做到与Solidworks无缝集成。

3 扭力杆的常规计算

扭力杆的安全与否对整套设备的安全与稳定起着非常重要的作用，所以对扭力杆强度进行校核是非常有必要的。此处我们以某钢厂300t转炉倾动（图1）为原型进行分析，已知该倾动的最大倾动力矩为6500kN*m，联接杆中心距离扭力杆中心距离S为560mm，扭力杆曲柄宽160mm，扭力杆最小轴径380mm。

故该扭力杆的设计是符合要求的。

以上为扭力杆强度校核的常规算法，该方法公式较多，计算较为复杂，同时不能够直观的看出扭力杆的应力分布状态。

4 扭力杆的有限元分析

此处我们利用Solidworks软件中的自带插件Simulation对扭力杆进行有限元分析。

首先，依据图纸进行建模，如图5所示。由于扭力杆与联接板采用键销联接，故此处我们将其当成整体。

图5

其次，进入Simulation界面对扭力杆开始进行有限元分析操作。

（1）规定扭力杆材料

（2）加载力以及添加约束条件。由于扭力杆同时受扭矩和弯矩的作用，我们把扭力杆一侧设为固定约束，另一侧约束为可以自由转动的轴承约束。然后在扭力杆轴承约束侧联接板处加向下压力，力大小为FC=FD=1477.27kN。如图6所示：左侧为固定约束，右侧为轴承约束。

图6

（3）划分网格，如图7所示。

（4）有限元分析运算，得出结果。

图8为扭力杆的应力分布图。由图8我们可以看到：扭力杆的应力分布式呈现对称状态的，并且在扭力杆中心处的应力是非常大的，但是最大应力显示却不在靠近中心的位置，反而出现在靠近扭力杆曲柄的位置处，这是因为在靠近扭力杆曲柄位置处的设计圆角半径不够大从而产生了应力集中所导致的，这样经过分析，我们还可以直观的发现在扭力杆设计细节的不足之处，从而做出改进（增大过渡圆角）。

图7

图8

图9为扭力杆的位移图，由图我们可以得出扭力杆的最大为位移处为曲柄的最外缘处，最大位移为20mm，这也与扭力杆实际情况下的位移状态是相符的。通过位移量换算为偏转角度为φ=1.25°。这与之前验算的偏转角φ 1.2°是相符的。从另一方面也验证了扭力杆有限元分析的正确性。这样我们也可以得出扭力杆的设计是符合要求的。

图9

5 结论

以上我们介绍了扭力杆分析计算的两种方法，通过比较我们可以发现基于Simulation软件对扭力杆进行分析计算不仅更加快捷简单而且更加直观，可以很形象很准确的为我们设计扭力杆提供理论依据。

【参考文献】

篇(4)

转炉炼钢在我国炼钢产量中占80%以上，但其主要载体转炉炉壳工作时存在机械应力、温度差应力和热膨胀应力，而机械应力在整个应力组成中所占比例较小，炉壳受的热应力大小直接影响到炉壳的结构强度，导致炉壳变形从而影响其寿命。为了我们今后更好的开展转炉炉体热力学行为的研究，对于指导现场实际生产和炉壳冷却技术的开发，延长炉壳的使用寿命，我们有必要了解目前国内外转炉温度场及应力场的研究现状。

关键词：转炉；温度场；应力场；研究现状

中图分类号：

TB

文献标识码：A

文章编号：16723198（2013）10018002

1 概述

目前，我国已经是产钢一亿吨的钢铁大国，根据我国资源能源的条件，预测下世纪初转炉炼钢生产仍将占主导地位，转炉温度场和应力场的研究对于指导现场实际生产和炉壳冷却技术的开发，延长炉壳的使用寿命，具有较大的经济效益和社会效益。

2 转炉温度场及应力场国内的研究状况

1988年汪顺兴等人首次对宝钢300吨转炉炉体的温度场及应力场进行分析研究。在温度场求解的基础上，对转炉炉壳进行有限元强度分析。给300吨转炉改成顶底复吹炉底开孔提供理论依据，也对炉底的不同开孔方案引起的应力变化进行了有限元分析和计算。2000年黄钢华等人再次对宝钢300t转炉新炉型炉壳进行有限元强度分析，计算结果表明新炉型炉壳在机械荷载，温度及热膨胀应力等联合作用下，所产生的综合应力在转炉炉壳的许用应力允许值之内；产生的变形也在新炉型炉壳的刚度设计的范围内。其中重力为主的机械荷载对炉壳的强度影响较小，在总的应力所占的份额只有2%～3%；而温度应力在炉顶和炉底区域中应力值较大，炉壳热膨胀应力的主要分布区域在炉身处，达90%以上。

2001年任学平等人根据实际转炉建立实体模型并以有限元为手段，考虑了炉衬和炉壳材料的物性参数随温度变化的特点和炉衬与炉壳之间膨胀间隙，计算了转炉炉壳在温度载荷和炉衬膨胀压力同时作用下的热应力，所得结果可为转炉炉壳设计提供依据。2005年，杨治立等人对重钢50t转炉进行了炉壳（炉身段）温度场及热应力分析，提出了通过加隔热层石棉板降低炉壳表面温度的方法。

目前在转炉内衬热应力问题的建模、分析计算过程中，一般是将其内衬作为一个整体来考虑，而忽略了内衬膨胀间隙对热应力的影响。担任学平利用有限元热一结构耦合场的接触分析方法对二维转炉炉衬膨胀间隙进行分析，说明转炉炉衬砌筑时设置的膨胀间隙不同会导致炉衬与炉壳之间的接触压力不同，进而导致炉衬的热应力不同找出了膨胀间隙对炉衬热应力的影响规律，为求解炉衬的热应力奠定必要的基础。

马学东认为因炉体的热膨胀应力十分巨大，为了使其值不至于太大，其人为地在砖与砖之间设置一定的空隙，用空隙来减缓热应力；以有限元为手段，采用ANSYS软件包，利用单元生死来描述膨胀缝的尺寸和位置，对炉体进行热膨胀应力计算。陈荣用ANSYS接触分析方法，对钢包工作层内衬在砌筑过程中的膨胀缝进行研究计算，得到在烤包结束工况下砖缝对内衬热应力的影响规律，并根据工业生产要求提出适合的砖体缝隙值，降低钢包内衬砖体热应力分布。而张江伟为了进行转炉炉壳应力分析研究了两个模型，第一个模型全面限制了横向膨胀即无径向砖缝；另一个模型允许砖变形而不加任何限制。分析揭示出：对于给定的条件和参数来说，应力σx和σv主要是压力，仅在靠近热面附近才有非常有限的区域得到了小的抗拉应力约0.4MPa。主要应力的方向保持在径向和周围的方向上。王朴把砖之间的环向间隙和径向间隙以膨胀吸收系数来简化处理，取0.58；用连续的模型代替带摩擦的温度接触模型，比较好的分析计算模型是采用热接触问题来处理，计算的精度会提高。孟超平以包钢210吨转炉为模型分别计算了其温度场、应力场、及膨胀间隙对转炉炉壳热应力的影响，对现场起到了实际指导作用。

3 转炉温度场及应力场国外的研究状况

国外对炉体和炉壳的温度场、应力场和变形的理论分析计算工作主要集中在日本和美国，但两国科技工作者的侧重点有所不同。

日本钢铁界对转炉的炉壳变形和长寿化研究工作开展得较早，所取得的成果也较为丰富。从内容来看，其研究工作可划分为两个方向：一是在对炉壳冷却方式进行实验研究的同时，还对炉衬耐火材料的砌筑、修补进行了研究，这一方面的报告主要是结合实际生产和试验结果讨论了影响变形及炉壳寿命的因素。另一个方向则是利用有限元数值求解方法对炉体进行分析，计算所用的模型从一维到三维都有，研究对象则包括了炉衬或整个炉体。美国学者的研究重点侧重于考虑耐火衬的热机械行为，主要讨论由于加热烘炉造成的炉衬耐火砖开裂剥落现象。他们的研究以对合理设置膨胀间隙为特长，但对炉壳变形的报道、研究比较少。针对转炉设置膨胀间隙具体情况如下：

日本的野村修等人利用有限元计算了转炉炉衬的膨胀系数与热应力的关系，并对转炉衬的设计进行了修改。内山欲之等人分析炉壳变形与应力时，既考虑了耐火衬对炉壳的热膨胀压力作用，也考虑了炉衬砌筑时预留膨胀间隙的作用，对炉壳蠕变变形的分析结果和实测数据也能较好地吻合，说明其研究具有较高水平。何鸣寿一等分析砖之间缝隙采用的方法为：当砖的热膨胀量小于砖之间的缝隙时的弹性系数几乎为零，作为不产生热应力的情况进行分析，当砖的热膨胀量大于砖之间的缝隙时，把砖的弹性系数看作实际的物理性能值作为产生热应力的情况进行分析。并且把砖作为不连续体处理，通过在砖之间使用间隙连接要素来考虑砖之间的滑移。

而美国学者Chen Ensheng通过修正材料的弹性模量实现Armco钢铁厂的225吨转炉热机械间隙应力分析模拟。在耐火材料结构体的强度分析技术及其应用一文中，针对由铁皮约束砖膨胀所产生的膨胀压力，采用把铁皮和衬砖模型化了的炉体剖面轴对称模型，把砖缝缝隙对膨胀的吸收采用非线性膨胀率进行了模型化。在B.Brezny和EN～Sheng Chen比较了含镁碳砖炉衬在有无膨胀间隙时的热机械应力，认为膨胀间隙的设定可以有效地控制炉衬内压缩应力的分布。计算表明需要设置合理的膨胀间隙才能保证炉衬中压缩应力在合理范围内。

B.Brezny讨论了镁砖耐火材料的高度热传导性和高度热膨胀性对吹氧转炉内衬和外壳中热机械应力的影响，吹氧转炉内衬有无膨胀允许量时计算应力的有限元三维模型，并说明了高操作温度对Mg—C系耐火材料的化学稳定性和使用性能所起的反面作用，但计算时只考虑了随温度而产生的热传导性的变化，随温度而产生的其他物理特性的变化如在荷重下的变形和弹性模量等没有考虑，因而所提供的计算应力值高于实际值。通过对美国雀点厂的BOF炉内衬实际温度的测量和用有限元分析法计算热机械应力，确定了树脂结合MgO～C砖砌体间的最佳膨胀缝和通过缓慢地升温减小温度梯度而引起的热应力，从而提高了炉衬的寿命。文中经过测量有0.46%的膨胀是由水平压力造成的，0.62%的膨胀是由竖直压力造成的。通过提供膨胀允许值，并尽力确定适当的膨胀缝以减小热机械应力而使砖不破坏的范围。并分别与1993年和1994年衬留出纵向膨胀量0.36%～0.62%，衬留出水平膨胀量从0.13%增加到0.26%。国外学者对树脂结合MgO～C内衬的热膨胀缝进行接触热应力分析，提出了0.46%的水平膨胀缝，其中包括在砖的上部垫有0.26%的纸板和0.2%的砖层松动允许计算值。0.62%的垂直膨胀缝的内衬设计方案，即在水平方向每块砖之间垫0.4mm的纸板，垂直方向每隔3层垫2.3mm的纸板，这样可以将内衬中热机械应力释放并减小至砖断裂的程度。

4 总结

由以上文献可见，转炉工作中所受的热应力是一个复杂问题。这种复杂性在于炉体材料特性、炉衬与炉衬作用、炉衬与炉壳作用以及边界条件等多方面因素对热应力的影响。要获得正确的分析结果，需要理论联系实际，除对转炉温度和变形进行现场实测以外，还需对炉衬和炉壳材料的机械性能和热特性进行深入研究。

参考文献

[1]汪顺兴，黄纲华.300t转炉炉体温度场分析研究[J].宝钢技术，1988，（2）：4044.

[2]黄纲华，何穷.宝钢300t转炉新炉型炉壳有限元强度分析[J].工程力学增刊，2000.

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篇(5)

【关键词】应力；数值分析；有限单元分析法

1. 引言

目前，建筑工程中用于深基坑支护的方式种类较多，而当前最常用方法的主要是深基坑预应力锚杆柔性支护，它的主要优点是安全系数高、造价低廉、施工便捷且基坑原貌得到有效保持。自上世纪90年代预应力锚杆柔性支护的概念提出，得到了市场的广泛认可。本文对应力锚杆柔性支护方法进行了综合分析对比后，最后决定采用数值计算方法对预应力锚杆柔性支护进行分析研究，以达到对支护结构的内力分析[1]。

2. 应力锚杆柔性支护方法优选

在对预应力锚杆柔性支护方法选取之前，有必要先介绍一下预应力锚杆柔性支护体系，它是由众多小吨位预应力锚杆(索)、面层、锚下承载结构和排水系统组成的，详细结构参照图2-1所示。

图2-1 预应力锚杆柔性支护基本结构

随着应力锚杆柔性支护技术的普遍应用，与之产生的支护技术的计算方法也日渐精湛[2]。每种方法都有其应用的独特之处，在此，我们将对各种方法进行一个简单比较。具体详见表2-1所示。

有限单元法因其优点成为应力锚杆柔性支护技术计算数值分析的首选方法。其主要实现方式是将支护结构与土体都划分为有限的单元，每个单元均可采用特定模型进行分析[3]。本文提出的建筑工程预应力锚杆柔性支护方法的数值分析，主要是指建筑工程预应力锚杆柔性支护方法的有限单元分析。

3. 数值分析法于建筑工程预应力锚杆柔性支护的运用

3.1 有限单元法实现步骤

要将数值分析法中的有限单元法运用于应力锚杆柔性支护设计，必须先对有限单元法的实现步骤有一个大致了解，如3-1所示。

3.2 有限单元法实现实例分析

本文以软土地基上路堤的有限元分析法作为建筑工程预应力锚杆柔性支护方法的数值分析的实例。

有限单元法很容易考虑逐渐加荷的施工方法。为此，需在相当于每一填筑层的标高上布置理想化的有限单元。分析包含有结构物在不同施工阶段，依次的应力和位移的计算。例如，首先仅需考虑最低层的单元。用计算机根据给定的参数求得这些单元的刚度，以及由这些单元所产生的自重力，然后计算在最低层中由于自重而产生的应力和位移。增加一层，则体系由两层填筑层所组成。形成新体系的刚度矩阵，计算机由于第二填筑层自重力产生的位移和应力，再加上原先那层自重引起的位移和应力，则得新体系的总位移和总应力。按这种方法对每一连续进行施工的填筑层重复这些步骤，就可得到路堤由分层填筑完工后在路堤中的位移和应力。

当路堤不是修建在岩石基础上时，地基的柔度对路堤的位移和应力有很大的影响。这时，用有限元法分析时，需要将路堤和地基联合起来考虑(地基需要考虑一定的深度和宽度)，对不同地基柔度，按分层填筑施工计算的路堤底面位移和应力。垂直应力 与地基柔度无关，仅与路堤材料的容重有关。而水平应力 和剪应力 却随地基柔度变化有明显的不同。通常，由于地基变软它们的数值随之减小。但是，在靠近路堤坡址处的水平应力由于地基变形而有增大。另外，路堤底部的位移与地基柔度关系很大，随到地基变软而增大。同时，由于地基的位移，在路堤体中计算出的位移也相应地增加。

软土地基上路堤的有限元分析当路堤是修建在软土地基上时，这时需要考虑到依赖于时间的位移因素的影响。索姆斯(Thoms)等人利用有限元法研究了这个问题。他们的主要工作分为有限元程序和确定材料性质这样两个方面。现扼要地介绍如下：

这个研究的数值方面包括一个计算在乎面应变状态下饱和软土的有很大时间依赖性的位移的程序设计。这个程序可以计算由于一个荷载增量的直接反应，由于流体损失的与时间有关的收缩，以及土壤骨架的长期蠕变效应。非线性几何影响是通过采用一个“几何”刚度矩阵、“平衡”修正以及增量荷载作用来考虑的。有两个基本子程序，一个是固体程序，一个是热流或流散(瞬时孔隙压力)程序。对于整个问题，这个方法包括应用荷载增量，以及同时采用固体程序和压力程序。

固体程序是考虑应用于由土壤骨架和包含在骨架孔隙中的任何流体组成的混合

体上。压力程序是考虑应用于孔隙压力分布和流体流动上。

这二个程序以下述方法相互联系，两个程序都是以普通的时间比例控制，应用一个初始荷载增量，固体程序是用来确定土壤的直接反应。伴随的应力分布用于确定初始孔隙压力状态。然后，对于一个时间增量 ，起动孔隙压力程序。 是在饱和土渗透性的基础上选择，或者选为增量荷载作用的时间。在 末了，由于流体流动产生的每个单元体积的变化，输入到固体程序中作为固体程序下一次应用的初始应变。这时压力程序立即停止。

由固体程序计算的几何上的改变，然后可用来修正压力程序的求解区域，把前一个时段产生的孔隙压力加上作用荷载附加增量的可能影响，当作孔隙压力的初始值，压力程序又重新开始执行。渗透性各向异性值的可能变化，以及体积变化系数的数值可以在压力程序开始之前插入。

可见，上面的方法本质上是在路堤整个有意义的时间范围内重复进行。这个方法对于有明显蠕变特征的土壤是特别合适的。

索姆斯对于所考虑条件下的土壤性质采用了下面的应力-应变构成关系：

（3-1）

这样，

（3-2）

式中： ，是在实在的或虚拟的时间增量内产生的应变增量 ；

，是现存的应变矢量增量；

，总的作用应力，在时间间隔 范围内是个常数；

为 混合体应变矢量增量；

， 分别为流体流动应变矢量的增量和次增量；

为直接应变矢量增量；

， 分别为蠕变应变矢量的增量和次增量；

[D]为应力-应变矩阵，在 内是个常数；

[C]为应变-应力矩阵，在 内是个常数；

[CC]为蠕变应变-应力矩阵，在 内是个常数；

在时间间隔 范围内累计的总应变，由下式给出：

（3-3）

[C]和[CC] 的确定采用了数值-试验法。为此作者专门设计了一个平面应变试验箱，以收集软土试件的有关参数。对于给定的应力状态(平面应变)，在时间 时，应力-应变矩阵[C]的元素计算如下：

（3-4）

在方程式3-4)中，材料各向同性和对称性的假定，意味着 ， ， 。因为嚣x-y试验轴与主应力轴重合，所以 。这样，以时间 的试验数据代入上面的方程式中，得到

应用此方法，对数值模型和物理模型，分别计算和测量直接瞬时变形，其误差达到了小于5%的精度。

4. 结语

通过对有限分析法的详细分析，并将此数值分析法应用于应力锚杆柔性支护技术，取得了良好的效果，有限单元分析法特别适用应力锚杆柔性支护内力的分析。

参考文献

[1]魏志文.基于FLAC-3D对预应力锚杆柔性支护的数值分析[J].北京电力高等专科学校学报，2010.

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关键词：汽车发动机；故障诊断；信号处理；模糊故障诊断

随着现代汽车电子使用过程不断地优化，提高了汽车性能的同时也让汽车整体控制系统的结构和功能变得更加复杂，一旦发生故障的时候，诊断跟维修也会变得特别的难，同时也考验维修人员的知识跟经验。随着发展的需要，维修人员不断提升自身的技术和能力，可以利用计算机技术建立一个完善、统一、系统的汽车发动机诊断维修技术方法，提高维修的效率。和世界各国研究机构投入大量的人力物力进行汽车发动体系故障的研究不同，对于我国来说进行发动机故障诊断的理论和方法的研究对改进和提高我国的汽车故障诊断技术是非常重要的，因为汽车工业我国起步的晚，这方面要远远落后于其他国家。

1根据信号处理发动机故障诊断方法

对于汽车发动机故障诊断方法的要领，实际就是两点，一个是模式的辨认识别，另一个是分类的问题。从这主要的两点来看，发动机故障诊断的方法主要可概括为提取特征，模式的识别和获取发动机的数据信息。在根据信号处理的汽车发动机故障诊断的方法中，最重要的方法之一就是利用信号模型来进行诊断；诊断方法主要有主元分析法和小波分析法等。（1）主元分析法对发动机故障的诊断与研究。主元分析法是通过对数据的压缩分析，提取其中的关键信息，根据提取的相关数据进行故障诊断，利用提取的历史数据进行研究和分析，建立一个主元模型，然后开始测量发动机实际运行信号，一旦出现汽车发动机实际运行信号跟主元模型的信号产生排斥，就说明汽车发动机发生故障，然后就可以判断故障的发生。通过分析得到的数据，分离出发动机的故障，然后解决问题。因此主元分析法对分离数据中的大量冗余信息处理非常有效；主元分析法对于数据的处理性很强，可以作为有效的故障监测和管理方式。（2）小波分析方法对发动机故障的诊断与研究。小波分析法就是对发动机运行状态下发生的时频进行数据分析，总结参数的变化数据进而判断汽车发动机的故障。小波分析法是通过对多项参数变化的采集，来推断汽车发动机是否发生故障。如图1所示为小波测试系统示意图，将发动机和波形分析连接，并将运行效果和采集波形的系统进行关联，这样能够监测发动机运行过程中的波动，然后记录发动机运转中的参数变化，通过小波分析进行参数研究，将结果进行对比。通过小波测试的数据对比显示，可以将如表1所示的数据进行分析对比，可以发现，当发动机油缸断油时，喷油脉宽增加，在油耗和点火角保持不变的前提下，发动机的转速基本保持不变的，这是因为发动机在断缸后，转速下降，为了维持这种不正常的运行状态，电脑会指令增加喷油脉宽，由于总供油量不变，所以转速基本不变，因此造成供油量变化与转速变化不同步，造成发动机运转不稳定的现象。

2模糊故障诊断方法

模糊诊断法主要是对数据进行大概的模糊的分析跟判断，对发动机的故障进行大致判断，可作为初步的判断，将故障大致确定在一定的范围内，然后重点对这个区域进行重点技术分析，然后继续缩小排除范围，从而提升故障诊断的效率。例如，发动机出现有声无转的现象，初期判断的时候不能分析出其具体原因，这种情况下可以通过模糊故障诊断法将故障范围大致缩小到发动机的轴、转动齿轮等然后故对这些部位进行重点排查分析继续将故障范围进行缩小，有利于提高发动机的故障诊断效率。

3基于知识的故障诊断方法

随着现代化技术的不断发展更新，人工智能及计算机技术为汽车发动机的故障诊断提供了不少新的理论方法，产生了不少新的诊断方法，例如用计算机采集故障发动机的信息后，计算机会利用所收集的数据运行各种规则进行推断，有时甚至还可以调取应用程序，在运行的过程中还可以向商户索取一些必要的信息，然后就可以快速诊断出发动机故障或者最有可能的故障。

4专家系统故障诊断法

专家系统对汽车发动机的故障诊断法主要是指在通过对被诊断发动机进行计算机信息采集，然后通过计算机相关的逻辑分析系统将数据进行处理，然后通过知识进行推理诊断故障可能发生的原因，然后再由用户去证实。

5汽车发动机故障诊断法的展望

随着社会经济的发展以及汽车技术的日益发展汽车，发动机的故障问题也会越来越复杂化，不仅仅存在于单方面的问题，必定会对现存的汽车发动机的诊断造成困难。目前很多研究人员试着将故障诊断的方式进行整合，也就是通过多种诊断渠道联合起来对发动机进行诊断，这种方法不仅体现出了成果性，同时更具全面性。通过对所有诊断方法的整合，可以更好地进行互补作用，更充分的对汽车发动机进行更加全面的故障诊断。其次也可以通过增加故障诊断工具来提高故障诊断效率，还可探讨新的故障诊断功能。根据新的诊断方法，可以结合前面提到的诊断方法，全面提高诊断效率。

6结语

文章仅针对汽车发动机故障的诊断方法进行了研究与分析，了解了汽车发动机的故障诊断方法种类的多样化，应该结合实际具体的情况采取针对性的方法。不拘泥于单一的诊断方法，全面检测才能够诊断出最好的诊断效果，通过理论结合实践的不断总结，在故障诊断中还可以借助一些新的仪器进行诊断。随着汽车工业技术的不断发展，在未来的汽车发动机技术的诊断中，计算机诊断将起到举足轻重的地位，既节省人力又能提高诊断的有效性。

参考文献

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一、有限元分析过程

首先，把离合器盖总成检测机模型导入到ANSYS中，模型是经过适当简化处理后导入的。

第二步是对离合器盖总成检测机模型完成网格划分。

为了能够比较准确的反应检测机的实际受力情况，本文选用三维结构实体单元SOLID45来构建整个有限元分析模型。检测机模型中升降板与连接杆之间、动力杆与定位板之间用接触连接，同时存在滑动摩擦，所以它们之间都设置接触对，选择TARGE170与CONTA174接触单元。

划分后检测机模型的总节点数目为41776，总单元数目为186680，检测机模型的网格生成。

离合器检测机网格模型的产生方式对边界约束条件和载荷施加方式都有较大的影响，对于由检测机几何模型建立而成的有限元模型，一旦生成检测机有限元模型，ANSYS软件可直接将边界条件施加到有限元模型的单元面、单元边和节点上。离合器盖总成检测机在实际工作中是通过动力系统推动传动系统，把力传递给测头，实现对离合器产品的检测。为了更好的还原检测机的实际工作状态，在对有限元模型进行约束的时，仔细考虑了各种因素的影响。首先，将模型的机身底板完全固定住，下滑块通过丝杠连接，固定在导轨上，只能沿导轨方向运动，约束时简化为约束下滑块底面和两臂底面方向，只留下滑块沿导轨方向自由度。上滑块与升降板焊接，只能沿上下方向运动。此外，检测机上滑块和下滑块之间通过摩擦滑动，做成接触形式。升降板和连接杆之间、动力杆和定位板之间也做成接触连接，它们在固定的轨道内运动。

下面对检测机下滑块进行受力分析研究，如图所示下滑块整体受到一个向下运动方向的合力，合力值R=60KN，把这合力分为X和Y两个方向的分力，分别记为Rx与Ry，其中下滑块斜面的倾斜角Ff=15°，根据牛顿力学知识可以分别求出水平方向Rx和竖直方向Ry的值大小。如图1所示。再对检测机丝杠进行受力分析，已知丝杠的牙形角大小是30°，假设F是丝杠螺纹牙所受的合力，其中丝杠的梯形螺纹截面示意如图2所示。

图1 检测机下滑块受力示意图 图2 丝杠螺纹受力分析示意图

从检测机下滑块受力分析图中，可得

f为摩擦系数，f=0.15。摩擦力：

摩擦力的水平分力：

则，下滑块所受的水平分力：

图3 检测机下滑块几何模型

检测机下滑块模型如图3，它的正面环形处面积主要承受丝杠产生的推力，环形处面积为：

环形处面积所受到的压力为：

二、分析结果

经过有限元计算，得到检测机的等效位移云图，如图4，检测机的最大位移发生在动力杆周围附近，最大变形量0.033mm，检测机其他部分的变形不是很明显，尤其下部结构变形量更小，对检测机的工作几乎没有影响。离合器检测机X方向的最大位移变化量是0.0204mm，它的Y方向的最大位移变化量是0.0228mm，它的Z方向的最大位移变化量是0.0333mm，它们三个方向的等效位移云图分别是图3.10、图3.11和图3.12。通过图形很直接地掌握了检测机位移的变化情况。

图4 检测机有限元模型等效位移云图

经过有限元计算，得到检测机的等效应力云图，如图3.13，检测机的最大应力发生在动力杆、力传感器连接板周围，最大应力为12.8MPa。造成这种结果是由于动力杆传来的载荷经过力传感器连接板，加载到离合器压盘，对压盘产生了一个较大的压力，同时离合器压盘给予检测机一个反方向的压力，最终造成这一部分的结构应力最大。离合器检测机X方向最大应力变化是12.9MPa，Y方向最大应力变化是12.9MPa，Z方向最大应力变化是4.01MPa，检测机三个方向的应力变化云图如图5所示。

如图5 检测机有限元模型等效应力云图

从检测机等效应力云图中，我们可以非常直接地获知检测机应力分布情况和最大、最小应力值。归纳出检测机应力分布规律如下：

（1）在检测机动力杆与力传感器连接板处周围应力达到最大值，是高应力分布区域。远离这些严重区域后检测机的应力变化值会越来越小，直至几乎变化不大。

（2）整体上看，检测机很大部分结构应力值变化非常小，有较大的优化空间。

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