管結構設計的案例
PPT│管殼式換熱器的結構與設計
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利用ANSYS動力學仿真技術研究行波管結構設計
[/p][p=22, null, left] 行波管的抗振動能力是行波管結構設計中一個關鍵技術，在行波管結構設計過程中，如果僅僅依靠試驗來驗證行波管的可靠性，將增加大量人力物力，而行波管的動力學仿真分析對提高行波管的可靠性是至關重要的，它不僅有助于行波管在研發階段尋求最優化的解決方案，而且能縮短行波管的研制周期、降低生產成本、確保產品質量。[/p][p=22, null, left]2 動力學分析[/p][p=22, null, left] 2.1 問題分析[/p][p=22, null, left] 某行波管整管結構需要作隨機振動環境試驗，由于結構本身的特點和各種特性指標，需要在整管模型的關鍵部件窗結構（應力較大）設計一個能夠起到支撐保護的支架結構，分析支架設計前后關鍵部件處的應力、加速度和位移等響應的變化，提高行波管整管結構的可靠性。[/p][p=22, null, left] 2.2 模型的建立[/p][p=22, null, left] 首先利用 Pro/E軟件建立三維實體模型，優化模型后將三維實體模型通過ANSYS軟件與Pro/E軟件的模型連接接口導入ANSYS Workbench軟件中，底座與振動臺通過12個螺釘固定。[/p][p=22, null, left] 2.3 模態分析[/p][p=22, null, left] 由于結構的振動特性決定結構對于各種動力載荷的響應情況，所以在準備進行隨機分析之前首先要進行模態分析，使結構設計避免共振或以特定頻率進行振動，本文分析中首先通過模態求解出整管模型的振動特性，分別求出有支架和無支架整管模型的固有頻率。
展開 MOS管驅動電路設計，如何讓MOS管快速開啟和關閉？
關于MOS管驅動電路設計，本文談一談如何讓MOS管快速開啟和關閉。
一般認為MOSFET（MOS管）是電壓驅動的，不需要驅動電流。然而，在MOS管的G極和S極之間有結電容存在，這個電容會讓驅動MOS變的不那么簡單。
下圖的3個電容為MOS管的結電容，電感為電路走線的寄生電感：
如果不考慮紋波、EMI和沖擊電流等要求的話，MOS管開關速度越快越好。
因為開關時間越短，開關損耗越小，而在開關電源中開關損耗占總損耗的很大一部分，因此MOS管驅動電路的好壞直接決定了電源的效率。
怎么做到MOS管的快速開啟和關閉呢？
對于一個MOS管，如果把GS之間的電壓從0拉到管子的開啟電壓所用的時間越短，那么MOS管開啟的速度就會越快。
與此類似，如果把MOS管的GS電壓從開啟電壓降到0V的時間越短，那么MOS管關斷的速度也就越快。
展開 MOS管驅動電路設計，如何讓MOS管快速開啟和關閉？
比較好的方法是使用專用的MOSFET驅動芯片如TC4420來驅動MOS管，這類的芯片一般有很大的瞬間輸出電流，而且還兼容TTL電平輸入，MOSFET驅動芯片的內部結構如下：
MOS驅動電路設計需要注意的地方：
因為驅動線路走線會有寄生電感，而寄生電感和MOS管的結電容會組成一個LC振蕩電路，如果直接把驅動芯片的輸出端接到MOS管柵極的話，在PWM波的上升下降沿會產生很大的震蕩，導致MOS管急劇發熱甚至爆炸，一般的解決方法是在柵極串聯10歐左右的電阻，降低LC振蕩電路的Q值，使震蕩迅速衰減掉。
因為MOS管柵極高輸入阻抗的特性，一點點靜電或者干擾都可能導致MOS管誤導通，所以建議在MOS管G極和S極之間并聯一個10K的電阻以降低輸入阻抗。
如果擔心附近功率線路上的干擾耦合過來產生瞬間高壓擊穿MOS管的話，可以在GS之間再并聯一個18V左右的TVS瞬態抑制二極管。
TVS可以認為是一個反應速度很快的穩壓管，其瞬間可以承受的功率高達幾百至上千瓦，可以用來吸收瞬間的干擾脈沖。
綜上，MOS管驅動電路參考：
MOS管驅動電路的布線設計：
MOS管驅動線路的環路面積要盡可能小，否則可能會引入外來的電磁干擾。
驅動芯片的旁路電容要盡量靠近驅動芯片的VCC和GND引腳，否則走線的電感會很大程度上影響芯片的瞬間輸出電流。
常見的MOS管驅動波形：
如果出現了這樣圓不溜秋的波形就等著核爆吧。
展開 
干貨｜MOS管驅動電路設計，如何讓MOS管快速開啟和關閉？
關于MOS管驅動電路設計，本文談一談如何讓MOS管快速開啟和關閉。
一般認為MOSFET（MOS管）是電壓驅動的，不需要驅動電流。然而，在MOS管的G極和S極之間有結電容存在，這個電容會讓驅動MOS變的不那么簡單。
下圖的3個電容為MOS管的結電容，電感為電路走線的寄生電感：
如果不考慮紋波、EMI和沖擊電流等要求的話，MOS管開關速度越快越好。因為開關時間越短，開關損耗越小，而在開關電源中開關損耗占總損耗的很大一部分，因此MOS管驅動電路的好壞直接決定了電源的效率。
怎么做到MOS管的快速開啟和關閉呢？
對于一個MOS管，如果把GS之間的電壓從0拉到管子的開啟電壓所用的時間越短，那么MOS管開啟的速度就會越快。與此類似，如果把MOS管的GS電壓從開啟電壓降到0V的時間越短，那么MOS管關斷的速度也就越快。
展開 干貨｜MOS管驅動電路設計，如何讓MOS管快速開啟和關閉？
MOS驅動電路設計需要注意的地方：
因為驅動線路走線會有寄生電感，而寄生電感和MOS管的結電容會組成一個LC振蕩電路，如果直接把驅動芯片的輸出端接到MOS管柵極的話，在PWM波的上升下降沿會產生很大的震蕩，導致MOS管急劇發熱甚至爆炸，一般的解決方法是在柵極串聯10歐左右的電阻，降低LC振蕩電路的Q值，使震蕩迅速衰減掉。
因為MOS管柵極高輸入阻抗的特性，一點點靜電或者干擾都可能導致MOS管誤導通，所以建議在MOS管G極和S極之間并聯一個10K的電阻以降低輸入阻抗。
如果擔心附近功率線路上的干擾耦合過來產生瞬間高壓擊穿MOS管的話，可以在GS之間再并聯一個18V左右的TVS瞬態抑制二極管。
TVS可以認為是一個反應速度很快的穩壓管，其瞬間可以承受的功率高達幾百至上千瓦，可以用來吸收瞬間的干擾脈沖。
展開 新書推薦(1)——《工程結構優化設計》
蔡 新
2002年10月于南京
內容提要
本書主要介紹結構優化設計的基本概念、方法及其在土木、水利、港航等工程中的應用。分上、下兩篇，上篇介紹結構優化設計的基本概念、優化準則法、無約束優化法、線性規劃法、非線性規劃法、結構設計靈敏度分析、模糊優化法和拓撲優化法的概念；下篇介紹工程結構中梁柱及混凝土結構的優化設計、地下埋管、渡槽、重力壩、拱壩、土石壩、高樁碼頭等結構的優化設計。
本書內容廣泛、注重理論聯系實際，所列算例多為工程實例。
本書可作為高等學校土木、水利、港航、工程力學等專業的本科生、研究生的教材或教學參考書，也 可供從事水利水電工程、建筑與土木工程、港口與航道工程及其他相關工程領域的工程技術人員閱讀參考。
展開 干貨 | MOS管驅動電路設計，如何讓MOS管快速開啟和關閉？
比較好的方法是使用專用的MOSFET驅動芯片如TC4420來驅動MOS管，這類的芯片一般有很大的瞬間輸出電流，而且還兼容TTL電平輸入，MOSFET驅動芯片的內部結構如下：
MOS驅動電路設計需要注意的地方：
因為驅動線路走線會有寄生電感，而寄生電感和MOS管的結電容會組成一個LC振蕩電路，如果直接把驅動芯片的輸出端接到MOS管柵極的話，在PWM波的上升下降沿會產生很大的震蕩，導致MOS管急劇發熱甚至爆炸，一般的解決方法是在柵極串聯10歐左右的電阻，降低LC振蕩電路的Q值，使震蕩迅速衰減掉。
因為MOS管柵極高輸入阻抗的特性，一點點靜電或者干擾都可能導致MOS管誤導通，所以建議在MOS管G極和S極之間并聯一個10K的電阻以降低輸入阻抗。
如果擔心附近功率線路上的干擾耦合過來產生瞬間高壓擊穿MOS管的話，可以在GS之間再并聯一個18V左右的TVS瞬態抑制二極管。
TVS可以認為是一個反應速度很快的穩壓管，其瞬間可以承受的功率高達幾百至上千瓦，可以用來吸收瞬間的干擾脈沖。
綜上，MOS管驅動電路參考：
MOS管驅動電路的布線設計：
MOS管驅動線路的環路面積要盡可能小，否則可能會引入外來的電磁干擾。
驅動芯片的旁路電容要盡量靠近驅動芯片的VCC和GND引腳，否則走線的電感會很大程度上影響芯片的瞬間輸出電流。
常見的MOS管驅動波形：
如果出現了這樣圓不溜秋的波形就等著核爆吧。有很大一部分時間管子都工作在線性區，損耗極其巨大。
一般這種情況是布線太長電感太大，柵極電阻都救不了你，只能重新畫板子。
高頻振鈴嚴重的毀容方波：
在上升下降沿震蕩嚴重，這種情況管子一般瞬間死掉，跟上一個情況差不多，進線性區。
展開 近4米結構變寬 深中通道沉管隧道最大變曲率管節出塢
中新網廣州4月2日電 (蔡敏婕 鄭武星)粵港澳大灣區超級工程深中通道2日再傳捷報，深中通道項目S08合同段超寬、變寬鋼殼沉管E30管節預制完成，歷經3個小時的精密操作，在當日13時30分出塢，為接下來項目沉管隧道東側安裝打下基礎。
據悉，E30管節是深中通道沉管隧道共32個管節中曲率變化最大的，預制難度高。面對挑戰，項目建設團隊優化工藝工法，把澆筑工期縮短至32天。
深中通道是集“橋、島、隧、水下互通”于一體的世界級跨海工程。為實現與廣深沿江高速、寶安機場的互聯互通，深中通道構筑了東人工島及水下互通立交，與之對接的鋼殼混凝土沉管隧道東側設置逾620米的變寬段，即管節由雙向8車道漸變加寬至雙向12車道，相應管節的斷面寬度由46米逐漸變寬至55.46米。
E30管節是深中通道沉管隧道第三個處于曲線軸線上的超寬、變寬非對稱結構的管節，管節型寬由49.7米逐漸變寬至53.5米，近4米的結構變寬設計使E30成為深中通道沉管隧道所有沉管中曲率變化最大的一個管節。
展開 3D打印與流體仿真優化技術的結合助力螺線管設計制造
通過定義優化目標、約束條件以及設定優化算法，并基于第一步得到的高質量響應面函數（MOP），可以進行快速進行優化設計，節省大量時間?？焖賰灮治鼋Y果如圖6所示，由此獲得在特定目標和約束條件下的最優設計點。
圖6 MOP優化分析結果
第三步是對第二步中獲得的最終優化設計進行驗證性分析?；诳焖賰灮治鼋Y果獲得最優幾何結構參數組合，并在ANSYS DesignModeler中更新螺線管結構，如圖7所示，然后在ANSYS Fluent中進行驗證性分析，最終完成螺線管的優化設計。
圖7 優化后的螺線管結構
空氣在優化后螺線管內的流動情況，如圖8所示。從圖中可以看出，螺線管入口的空氣流速為594m/s，而吸沫口內外壓力差為32.641KPa。
圖8 空氣在優化后螺線管內的速度和壓力分布情況
通過對比螺線管優化前后的空氣的流速和壓力分布發現，優化后空氣進入螺線管的流量增加22%，而優化后吸沫口內外壓力差增大了5倍，螺線管的吸沫效果得到了顯著提高。
螺線管生產制造
采用增材制造技術生產得到的螺線管如圖9所示。
圖9 優化后螺線管的制造成品
總結
本文通過調用流體仿真軟件ANSYS Fluent和參數優化軟件optiSLang，基于給定的約束條件和設計要求，對某規格螺線管結構進行了優化設計，實現了滿足性能設計要求的螺線管結構。通過上面的案例說明，流體仿真優化技術可以應用于產品的優化設計過程，從而提升產品性能、縮短產品設計周期、降低增材制造的生產成本。
展開 OCAD應用：菲涅爾透鏡初始結構設計
OCAD應用：菲涅爾透鏡初始結構設計
OCAD應用：菲涅爾透鏡初始結構設計
圖1.菲涅爾透鏡結構形式
菲涅爾透鏡是一種利用多層環形圓錐表面構成的特殊面型結構，用以使光線按預定會聚角會聚的光學元件，他等效于一個球面透鏡，如圖2所示。菲涅爾透鏡多用于要求結構簡單的大孔徑非成像系統，特別是照明系統更為常見。這類系統往往只需要一個單片透鏡，工藝簡單可以模壓成形。在對該類透鏡初始結構設計時利用 OCAD 程序也非常簡單。只要在數據表格中的“表面面型”欄內選擇“菲涅爾面”，接著界面會出現菲涅爾面型設計窗體如圖3。在此窗體表格內首先 利用其中“下插入”或“刪除”工具按鈕確定菲涅爾面的環形圈數，再給出菲涅爾面的表面等效焦距值，進一步按“確定”按鈕即可自動算出該菲涅爾面的各環錐面傾斜角度值。
圖2.菲涅爾透鏡設計菜單
圖3.菲涅爾表面設計窗體
菲涅爾面的基底一般是平面，有時為了某種特殊用途也可以是球面，但這時的球面半徑僅僅只作為菲尼爾面的基底，沒有像球面透鏡那樣具有光焦度的貢獻。決定該面光焦度的是菲涅爾面的等值焦距而不是該面基底半徑。帶有球面基底的菲尼爾面的設計方法與以上相同。
由圖3可以看出，OCAD 在對菲涅爾透鏡自動設計時可以嚴格把各環帶中點的光線匯聚于一點，但對于整個環帶菲涅爾透鏡而言，其橫向像差取決于環帶寬度，因為就每個環帶而言只是個平面光錐，只使光線轉折不能會聚也不能消色差。菲涅爾透鏡的光斑點列圖如圖4。
圖4.菲涅爾透鏡光斑點列圖
圖5.菲涅爾透鏡光學零件圖
對帶有菲涅爾面型的光學系統（菲涅爾透鏡）設計完成之后，OCAD 可以像其他非球面鏡一樣繪制各種光學圖紙。在繪制零件圖是還可以繪出菲涅爾面的所有面型參數，如圖5所示。
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【產品設計】鈑金結構防塵防水設計，結構工程師必備知識點！
針對鈑金結構機柜防塵防水設計工作，設計人員要思考結構的設計要點，并明確防塵防水設計的原理和具體的對策，只有這樣才能夠提升設計的水平和設計的質量。
鈑金結構機柜的結構類型和聯接方式
1.1鈑金結構機柜的結構類型
鈑金結構機柜指的是運用鈑金工藝加工制造的機柜，加工過程中使用的加工藝有剪、沖、折、焊和表面處理。鈑金結構機柜的結構類型根據分類標準的不同，主要可以分為以下幾類：第一，按照機柜的框架可以分為立柱橫梁結合型與整板型兩種；第二，按照鈑金機柜的角聯接方式可以分為四種類型，分別是螺釘聯接、粘接聯接、銷聯接、焊聯接。
1.2 鈑金結構機柜框架的聯接方式
鈑金結構機柜的聯接方式指的是鈑金結構機柜主體結構的聯接方式。隨著機柜加工工藝的發展，鈑金結構機柜既可以采用整面板的結構制作而成，也可以通過一定尺寸的插件連接而成。一般情況下，鈑金結構機柜的結構主要有以下幾個部分：前橫梁、后橫梁、側橫梁、和立柱組成的框架。（我們推薦你關注“機械工程師”公眾號，第一時間掌握干貨知識、行業信息）
一般這幾部分的截面形狀是保持一致的，設計的過程盡量采用定型成熟的框架結構。其中前后橫梁、立柱和側橫梁的聯接可以通過彎折形狀和與彎折形狀相配合的避位運用穿插技術進行聯接，也可以采用焊接或角件方式進行聯接。
鈑金結構機柜防塵防水設計要點分析
在對放置這些電子設備的鈑金結構機柜進行設計時，設計人員一定要根據 IP 防護等級充分考慮到機柜的防護性能。
展開 設計配管常見問題匯總
管廊在道路上空橫穿時，其凈空高度為：
裝置內的檢修道不應小于4.5m;
工廠道路不應小于5.0m；
鐵路不應小于5.5m；
管廊下檢修通道不應小于3m。
當管廊有桁架時要按桁架底高計算。
2）管廊下管道的最小高度。為有效地利用管廊空間，多在管底下布置泵?？紤]到泵的操作和維護，至少需要3.5m；管廊上管道與分區設備相接時，一般應比管廊的底層管道標高低或高600～1000mm。所以管廊底層管底標局最小為3.5m。管廊下布置管殼式冷換設備時，由于設備高度增加，需要增加管廊下的凈空。
3)垂直相交的管廊高差。若省廊改變方向或兩管廊直角相交，其高差取決于管道相互連接的最小尺寸，一般以500～750mm為宜。對于大型裝置也可采用1000mm高差。
管廊的結構尺寸。在確定省廊高度時，要考慮到管廊橫梁和縱梁的結構斷面和型式，務必使梁底和 架底的高度，滿足上述確定管廊高度的要求。對于雙層管廊，上下層間距一般為1.2～2.0m,主要決定于管廊上最大管道的直徑。
至于裝置之間的管廊的高度取決于管架經過地區的具體情況。如沿工廠邊緣成罐區，不會影響廠區交通和擴建的地段，從經濟性和檢修方便考慮，可用管墩敷設，離地面高300～500mm即可滿足要求。
03
可燃液體、可燃氣體、液化烴的管道設計的原則是什么？
展開 加勁肋對單管塔結構抗震性能影響
1 .研究背景
隨著我國信息化進程加快，移動通訊基站建設數量也越來越多，因為單塔筒結構架設方便、適應性強，因此在4G、5G基站建設中此類結構形式被頻繁使用。此類單塔筒結構屬于高聳薄壁結構，其徑厚比可超過100，被稱作大徑厚比結構[1]。此類結構在地震等往復荷載作用下極易發生屈曲破壞，造成倒塌，引起局域網絡中斷。為了保證高聳結構穩定性，通常在塔筒底部設置加勁肋，對于此類結構底部加勁肋的抗震性能，規范《YD 5131-2005 移動通信塔桅設計》中只從構造角度進行了規定，并未對其耗能性能進行說明。本文選取某單塔筒式通訊信號塔為研究對象，如圖1所示。為研究加勁肋設置對于結構抗震性能的影響，選取結構底部10m范圍內的區段為研究對象，鋼材為Q345鋼。
2.有限元模型建立
為研究不同加勁肋設置形式對結構抗震性能的影響，分別建立無加勁肋結構，三角形加勁肋及梯形加勁肋結構形式，加勁肋個數為0個、4個、6個。其建立有限元模型時，筒體、法蘭及加勁肋均采用C3D8R實體單元，材料模型按照《道路橋示方書 V 耐震設計篇》給出的雙折線模型計算，鋼材彈性模量E=200GPa，屈服強度fy=345MPa，極限強度fu=490MPa，強化剛度取初始剛度的1%，有限元模型如圖2所示。
加載方式的確定
擬靜力實驗加載制度參照文獻“小野潔，藪本篤，秋山充良，大西宵平，白戸真大，西村宣男，軸圧縮力と1方向正負交番曲げを受ける スパイラル鋼管の耐震性能とその評価法[J]，土木學會論文集F Vol.66 No.2,301-318,2010.6”及《建筑抗震試驗規程 JGJT101-2015》確定，其中結構屈服位移按照公式下列公式計算。
展開 冷卻水管路系統設計條件
汽輪機的冷卻水耗量和汽輪機的型式、大小、結構等有關。其冷卻水耗量范圍很大(一般為蒸汽量的40~80倍)，需仔細咨詢汽輪機廠。
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