不是211哦，现在211和985的说法都过时了，现在讲“双一流”！
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本文作者岳忠豪，季我努学社青年会员。题目中的“一人”即指李鸿章，“一国”即指日本，这句话要表达的是中日甲午战争是李鸿章以一人之力与日本整个国家作战，所以清朝的战败也可以就此溯源至清朝腐败，李鸿章壮志未酬，回天乏术。李鸿章生前亦有类似表述：称甲午战败，“以北洋一隅之力，搏倭人全国之师，自知不逮”。李鸿章“以一人敌一国”的完整说法最早出于梁启超之口，梁氏在《李鸿章传》中论及甲午战争：“日本非与中国战，实与李鸿章一人战耳”。从此，这种说法喧腾众口，加之清政府腐败无能的表现和李鸿章苦心孤诣的裱糊匠形象，使这种说法更是越发流行。甲午战争（资料图）李鸿章晚年对甲午之役耿耿于怀，曾深刻剖析了这其中的种种无奈，也恰似对自己政治生涯的总结：“我办了一辈子的事，练兵也，海军也，都是纸糊的老虎，何尝能实在放手办理？不过勉强涂饰，虚有其表，不揭破犹可敷衍一时。如一间破屋，由裱糊匠东补西贴，居然成一净室，虽明知为纸片糊裱，然究竟决不定里而是何等材料，即有小小风雨，打成几个窟笼，随时补葺，亦可支吾对付。乃必欲爽手扯破，又未预备何种修葺材料，何种改造方式，自然真相破露，不可收拾，但裱糊匠又何术能负其责?”（李鸿章）这种无奈的表述激起了大家对于中堂大人的体恤和崇敬，甚至有网友抖起了机灵，认为李鸿章外战日本强敌，内战国内牵涉力量，实在是“以一人敌两国”。但以梁氏在《李鸿章传》中的言论而言，其间充满着他的主观感情，开篇即说“吾敬李鸿章之才，吾惜李鸿章之识，吾悲李鸿章之遇”。可以说为李鸿章树立壮志未酬的英雄形象的企图显而易见。李鸿章“以一人敌一国”的说法在一定程度上是一种意气之语。有学者也考证，李鸿章苦心孤诣，尽力经营是真，但说甲午战争是其“一人敌一国”未免牵强，其时北洋各军并非处于孤军作战的境地。战争开始后，刘坤一麾下的南洋势力在兵力、装备、财政方面都给予北洋竭泽而渔式的援助，刘坤一曾长叹：“有来日大难之势，为之奈何！”李鸿章的心腹盛宣怀亦言，战局“舍湘军实无可望”。南洋的援助也使南北联系打通，日本入北京擒获清帝的意图也未实现。资料图事实证明，甲午战争并非李鸿章“以一人敌一国”，中国战败也并非“应以几人敌日本”的问题而已。问题在于洋务运动三十余年仍未奏效，中国当时是逊于日本的弱国，应作亟变以摆脱颓势。在“甲午之殇”的震动下，一场旨在改革中国政治的戊戌变法也已暗流涌动。参考文献：1、陈力：《甲午时李鸿章“一人敌一国”之说辨析》，《沈阳大学学报》（社会科学版），2016年第1期。2、梁启超：《李鸿章传》，南昌：江西人民出版社，2003年。
大摆锤的工作原理。要实现摇摆幅度那么大，依靠惯性！
摘要近年来，一种新型游乐设备360度大摆锤风靡全球，但进入2019年，事故频发，对游客的生命财产构成了严重的威胁。本文主要内容是通过360度大摆锤事故，分析引起事故的可能原因，总结出该类游乐设施存在的安全隐患，旨在减少事故发生和损失，可供参考。其中本文为系列文章的第一篇，从悬臂应力强度方面分析事故原因。后续文章将从高强螺栓断裂、焊缝开裂等几个方面分析360度大摆锤悬臂折断原因。关键词：360度大摆锤；悬臂折断；抗弯截面系数；弯矩；安全系数1前言360度大摆锤游艺机属观览车类游乐设备。座椅朝外，固定式。游客坐在座椅上，经设备顶部2台电机驱动使“摆锤”沿水平轴线作360度旋转，同时座椅大转盘在电机的驱动下旋转。游客在极速地上摆与下落过程中，尽情寻求惊险与刺激[1]。今年以来，在世界范围内，360度大摆锤事故频发，对游客的生命财产构成了严重的威胁。2019年6月28日，乌兹别克斯坦城市吉扎克市伊堤洛尔公园内，360度大摆锤在运行过程中突然拦腰折断，摔倒地上，一名19岁女孩在这场事故中死亡。发生事故的游乐设施2019年3月才投入使用。2019年7月14日，印度古吉拉特邦城市阿默达巴德的游乐园内，360度大摆锤悬臂管突然折断，导致大摆锤被砸向地面，事故导致2人死亡。事故现场如图1所示。图1 事故现场综上可知，事故的直接原因是悬臂折断，造成悬臂折断的原因可能是悬臂主体结构折断、高强螺栓折断、焊缝开裂等[2]。由于篇幅限制，本文仅从悬臂主体结构折断入手，探讨引起悬臂折断的原因。悬臂折断也可能是螺栓断裂造成的，因此本人计划再写一篇文章，介绍螺栓预紧力的施加和校核计算，敬请持续关注。2360度大摆锤载荷特性分析360度大摆锤由支架、悬臂、驱动装置、转盘、配重等部分组成；设备中部为悬臂部件，悬臂部件中心是横臂组件有二组驱动装置，分别由电机、减速器、小齿轮、回转支承进行减速。360度大摆锤的结构简图如图2所示。图2 360度大摆锤结构简图360度大摆锤运行时，电机驱动悬臂带动转盘和座椅，每隔一定周期，变换一次驱动力矩方向，在周期性的驱动力矩作用下，大摆锤悬臂的向上位移不断增大[3]，最后完成360度大回环旋转。悬臂的臂体机构在运行过程中，主要受到弯曲应力和拉应力的复合作用。360度大摆锤运行载荷示意图如图3所示，图3 360度大摆锤运行载荷示意图由于有配重的作用，使整个悬臂组件（包括转盘和配重）的重心接近于回转中心，相对于传统大摆锤（无配重，摆角通常为单侧90度），驱动功率大大降低，约为传统大摆锤驱动功率的一半。悬臂回转运行过程中仅受到弯矩和拉力的作用。由于大摆锤启动过程中，速度较低，可忽略运行过程离心力的作用。悬臂受到的最大弯矩：(1)其中：—大摆锤摆动部分的简化质量（包括乘人）；—标准重力加速度，8m/s2；—摆臂的等效回转半径；—悬臂与竖直方向的夹角。悬臂受到的拉力：(2)悬臂受到的弯曲应力：(3)其中：—抗弯截面系数，对于圆管截面：，，d为圆管内直径，D为圆管外直径，其他形状截面可参考工程力学教材；悬臂受到的拉应力：(4)其中：—悬臂截面面积，对于圆管截面：，其他形状截面可参考工程力学教材；则悬臂受到的总应力：(5)则悬臂的安全系数[4]：(6)其中：—悬臂材料的抗拉强度；—大摆锤的冲击系数；—大摆锤悬臂的安全系数，由GB8408-2018《大型游乐设施安全规范》2节可知：≥5。3实例验算本文以12座360度大摆锤为计算对象，游客坐在座椅上，经设备顶部2台电机驱动使“摆锤”沿水平面作360度旋转运动，悬臂的等效长度（回转半径）= 0 m，摆动部件（单侧悬臂、转盘和座椅）的总质量=0 t（包括满载状态下乘人的质量），悬臂为无缝钢管，材料为20钢（=410MPa）,钢管的型号为φ530×12，验算360度大摆锤悬臂的安全系数是否满足设计要求。悬臂受到的弯矩：=0×1000×8×5×cosθ=245000cosθ N·m悬臂受到的拉力：=0×1000×8×sinθ=49000sinθ N悬臂圆管抗弯截面系数：=2458557 mm4悬臂的弯曲应力： =7 cosθ MPa悬臂截面面积：=19409 mm2悬臂受到的拉应力：=5sinθ MPa悬臂受到的总应力：=7cosθ+5sinθ MPa由以上分析可知，悬臂受到的拉应力对总应力的影响很小，因此忽略拉应力的影响，则悬臂受到的总应力：=7cosθ MPa由公式可知，当θ=90°时，总应力达到最大=7 MPa，和事故发生时的状态（摆锤转盘上升阶段，大约在水平位置附近，悬臂折断）保持一致。由《大型游乐设施安全规范》第15节：游乐设施在运行过程中有可能出现冲击，从而产生冲击载荷，则运动部件受到的载荷（永久载荷和活载荷以及承受的惯性载荷）应乘以不小于=2的冲击系数[4]。则悬臂的安全系数：=4可知悬臂的安全系数为4，小于许用安全系数5。表明悬臂的安全系数不满足设计要求。4悬臂折断影响因素剖析事故的直接原因是悬臂折断，折断部位位于悬臂根部，本文仅从悬臂主体结构折断入手，探讨引起悬臂折断的原因。1 安全系数新版GB8408《大型游乐设施安全规范》自2018年12月1日实施，在设计计算中适当降低冲击系数要求，增加了轨道类设备振动系数要求。在2008版GB 8408《游乐设施安全规范》中，明确大摆锤的冲击系数为5，如果按照老版本冲击系数核算，悬臂的安全系数将会更低。基于破断强度的许用应力法，广泛应用在大型设备的应力强度评价中。在游乐设备的设计中，零件或构件的安全系数，为所用材料的失效应力（破断强度）与设计应力的比值，安全系数校核计算能判断悬臂危险截面的安全裕度，一般运动部件的安全系数应大于或等于5。安全系数是游乐设备设计过程中的一个非常重要的参数，所以规定了安全系数，就是为了确保设备的安全，也就是保证乘人的安全。规定安全系数必须适当，太大会使设备结构变大，重量增加，浪费材料，太小会变的不安全[5]。由上面计算可知，算例中360度大摆锤的悬臂安全系数不满足设计要求，但与设计要求的5很接近。基本上处于是否满足要求的临界状态。如果人数增加，或者悬臂半径增长，会导致应力增大，安全系数降低，设备就越偏向危险。因此为了保证360度大摆锤的安全，防止大摆锤悬臂结构的折断，悬臂安全系数一定要满足设计要求。2 悬臂材料悬臂处于横向弯曲时（即运行到水平位置，为悬臂梁结构），最大弯曲正应力发生在悬臂梁根部，且离中心轴最远处，该处为危险点。此危险点的最大应力等于弯矩与此处对应悬臂截面的抗弯截面系数的比值。如公式（3）所示，最大弯曲应力与弯矩成正比，与抗弯截面系数成反比。因此为了提高悬臂的安全系数，降低最大应力，就要减小弯矩和提高悬臂截面的抗弯截面系数。悬臂的弯矩为摆动部分的总质量（包括转盘、座椅和乘人）与等效半径的乘积（等效半径为乘人侧摆动部分重心到旋转中心的距离），由于设备的参数是设备设计的前提，因此，360度大摆锤的摆动半径是不变的，只能降低大摆锤摆动部分的质量。采用高强钢，例如Q345 （2019年2月1日之后，Q345钢材牌号改为Q355，此文仍引用老牌号）,为低合金高强度钢，抗拉强度=490 MPa，相对于Q235,抗拉强度提高了30%,在满足安全系数的前提下，能增加金属材料的强度，以减轻构件重量，减小零部件的截面尺寸，实现游乐设备的轻量化设计，因此，高强钢在大型的游乐设施中得到广泛应用[6]。3 抗弯截面系数抗弯截面系数就是截面对其形心轴惯性矩与截面上最远点至形心轴距离的比值[7]。360度大摆锤常用两种截面：圆环截面和箱型截面（假定箱型截面厚度相同）。如图4所示。（1） 圆环截面（2） 箱型截面图4 360度大摆锤悬臂截面类型圆环截面的抗弯截面系数：(7)其中：—D为圆管外直径；—管内径与外径的比值；箱型截面的抗弯截面系数（对应水平轴）：(8)其中：—截面的宽度；—截面的高度；—箱型板的厚度；圆环截面悬臂通常用无缝钢管，受制于无缝钢管的外直径限制，由《机械设计手册》可知，无缝钢管的最大外直径为630mm，另外为了更好的焊接工艺和限制悬臂的总重量，钢管的厚度也不能随意增大，通常厚度为12mm。因此如果用无缝钢管做为360度大摆锤的悬臂，仅能用在相对小型的360度大摆锤上面（如算例，人数为12人，悬臂等效长度为5m）。悬臂梁的弯矩为力和距离的乘积，越靠近悬臂的外端，梁的弯矩越小，根据悬臂梁弯矩的变化特性，利用箱型截面，可以制作近似等强度截面梁（变截面梁），悬臂根部的截面尺寸大，悬臂外端部的截面尺寸小，既能提高悬臂的抗弯性能，又能节省材料[8]。第3节的算例中，如果悬臂为箱型结构，悬臂梁根部截面宽度=600mm，高度=900mm，板厚=12，则悬臂抗弯截面系数：=7331904 mm4由以上分析可知，截面的抗弯截面系数提高了3倍，而截面的面积仅仅提高了8倍（箱型截面面积6×104mm2，圆环截面面积0×104mm2），由于箱型截面可以制作成变截面梁，因此可以做到箱型悬臂的质量相对于无缝钢管悬臂质量变化不大，但抗弯性能可以得到显著提高。4 低周疲劳360度大摆锤悬臂折断发生在悬臂根部法兰连接部位，由前面分析可知，此处应力最大，产生微裂纹，因此强度不足是悬臂折断的主要原因。大摆锤在运行启动阶段，左右周期性摆动，悬臂断裂之前，由于没有明显的塑性变形，裂纹形成后又不易被及时检测。疲劳破坏导致悬臂折断突然发生，造成事故。由新闻报道可知，发生事故的360度大摆锤人数较多（其中发生在印度360度大摆锤事故，当时共有31名乘客），从图片可以看出，悬臂的等效半径较长，悬臂为钢管结构，另外，发生在乌兹别克的360度大摆锤事故，自今年3月设备才投入使用，仅仅运行了3个月，因此可以判断为低周疲劳破坏。悬臂折断的过程为：在乘人霍载荷和悬臂组件自重的作用下，悬臂根部产生较大的弯曲应力，由于材料强度级别低，容易导致疲劳裂纹的萌生，随着设备不断的启动运行，悬臂根部在交变弯曲应力作用下，不断经受低周疲劳，微裂纹不断形成并长大、连接成宏观裂纹。当裂纹扩展到一定尺寸时，悬臂剩余的截面抗弯性能不足以承受乘客和悬臂组件产生的弯矩时，将导致悬臂主体结构的突然折断[9]。5小结由以上分析可知，悬臂折断为典型的脆性断裂，在悬臂应力集中部位，应力安全系数偏低是导致悬臂断裂的主要原因。鉴于以上分析，对360度大摆锤的设计提出以下建议：1) 悬臂采用无缝钢管，可以显著减少加工工作量，但是只能制作相对小型的360度大摆锤。对于大型的360度大摆锤（如16座以上），受制于管直径和悬臂重量的限制，悬臂的安全系数难以满足设计要求，大型的360度大摆锤悬臂不宜采用钢管结构；2) 大型的360度大摆锤悬臂宜采用变截面箱型梁结构，可显著提高悬臂的抗弯截面系数，但制作工艺相对复杂；3) 大型的360度大摆锤悬臂材质，宜采用高强钢，可以在满足安全系数的前提下，显著降低摆动组件的重量，实现游乐设备的大型化；4) 重视应力集中部位（如悬臂根部）表面伤痕、材质缺陷等疲劳源的探伤检验，定期对悬臂进行安全检查，使用前或使用一段时间后，对悬臂根部进行局部无损探伤（如磁粉探伤）。参考文献：[1] 赵九峰 基于ANSYS Workbench大摆锤刚体动力学分析 [J] 机械研究与应用，2019（1）：44-[2] 王春寒 2007年全国特种设备事故及分析 [J] 中国特种设备安全，2008（4）：51-[3] 赵九峰 基于ANSYS的大摆锤减速机的选型与安装 [J] 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沈阳大学不是211大学。
不是211哦，现在211和985的说法都过时了，现在讲“双一流”！
大摆锤的工作原理。要实现摇摆幅度那么大，依靠惯性！
摘要近年来，一种新型游乐设备360度大摆锤风靡全球，但进入2019年，事故频发，对游客的生命财产构成了严重的威胁。本文主要内容是通过360度大摆锤事故，分析引起事故的可能原因，总结出该类游乐设施存在的安全隐患，旨在减少事故发生和损失，可供参考。其中本文为系列文章的第一篇，从悬臂应力强度方面分析事故原因。后续文章将从高强螺栓断裂、焊缝开裂等几个方面分析360度大摆锤悬臂折断原因。关键词：360度大摆锤；悬臂折断；抗弯截面系数；弯矩；安全系数1前言360度大摆锤游艺机属观览车类游乐设备。座椅朝外，固定式。游客坐在座椅上，经设备顶部2台电机驱动使“摆锤”沿水平轴线作360度旋转，同时座椅大转盘在电机的驱动下旋转。游客在极速地上摆与下落过程中，尽情寻求惊险与刺激[1]。今年以来，在世界范围内，360度大摆锤事故频发，对游客的生命财产构成了严重的威胁。2019年6月28日，乌兹别克斯坦城市吉扎克市伊堤洛尔公园内，360度大摆锤在运行过程中突然拦腰折断，摔倒地上，一名19岁女孩在这场事故中死亡。发生事故的游乐设施2019年3月才投入使用。2019年7月14日，印度古吉拉特邦城市阿默达巴德的游乐园内，360度大摆锤悬臂管突然折断，导致大摆锤被砸向地面，事故导致2人死亡。事故现场如图1所示。图1 事故现场综上可知，事故的直接原因是悬臂折断，造成悬臂折断的原因可能是悬臂主体结构折断、高强螺栓折断、焊缝开裂等[2]。由于篇幅限制，本文仅从悬臂主体结构折断入手，探讨引起悬臂折断的原因。悬臂折断也可能是螺栓断裂造成的，因此本人计划再写一篇文章，介绍螺栓预紧力的施加和校核计算，敬请持续关注。2360度大摆锤载荷特性分析360度大摆锤由支架、悬臂、驱动装置、转盘、配重等部分组成；设备中部为悬臂部件，悬臂部件中心是横臂组件有二组驱动装置，分别由电机、减速器、小齿轮、回转支承进行减速。360度大摆锤的结构简图如图2所示。图2 360度大摆锤结构简图360度大摆锤运行时，电机驱动悬臂带动转盘和座椅，每隔一定周期，变换一次驱动力矩方向，在周期性的驱动力矩作用下，大摆锤悬臂的向上位移不断增大[3]，最后完成360度大回环旋转。悬臂的臂体机构在运行过程中，主要受到弯曲应力和拉应力的复合作用。360度大摆锤运行载荷示意图如图3所示，图3 360度大摆锤运行载荷示意图由于有配重的作用，使整个悬臂组件（包括转盘和配重）的重心接近于回转中心，相对于传统大摆锤（无配重，摆角通常为单侧90度），驱动功率大大降低，约为传统大摆锤驱动功率的一半。悬臂回转运行过程中仅受到弯矩和拉力的作用。由于大摆锤启动过程中，速度较低，可忽略运行过程离心力的作用。悬臂受到的最大弯矩：(1)其中：—大摆锤摆动部分的简化质量（包括乘人）；—标准重力加速度，8m/s2；—摆臂的等效回转半径；—悬臂与竖直方向的夹角。悬臂受到的拉力：(2)悬臂受到的弯曲应力：(3)其中：—抗弯截面系数，对于圆管截面：，，d为圆管内直径，D为圆管外直径，其他形状截面可参考工程力学教材；悬臂受到的拉应力：(4)其中：—悬臂截面面积，对于圆管截面：，其他形状截面可参考工程力学教材；则悬臂受到的总应力：(5)则悬臂的安全系数[4]：(6)其中：—悬臂材料的抗拉强度；—大摆锤的冲击系数；—大摆锤悬臂的安全系数，由GB8408-2018《大型游乐设施安全规范》2节可知：≥5。3实例验算本文以12座360度大摆锤为计算对象，游客坐在座椅上，经设备顶部2台电机驱动使“摆锤”沿水平面作360度旋转运动，悬臂的等效长度（回转半径）= 0 m，摆动部件（单侧悬臂、转盘和座椅）的总质量=0 t（包括满载状态下乘人的质量），悬臂为无缝钢管，材料为20钢（=410MPa）,钢管的型号为φ530×12，验算360度大摆锤悬臂的安全系数是否满足设计要求。悬臂受到的弯矩：=0×1000×8×5×cosθ=245000cosθ N·m悬臂受到的拉力：=0×1000×8×sinθ=49000sinθ N悬臂圆管抗弯截面系数：=2458557 mm4悬臂的弯曲应力： =7 cosθ MPa悬臂截面面积：=19409 mm2悬臂受到的拉应力：=5sinθ MPa悬臂受到的总应力：=7cosθ+5sinθ MPa由以上分析可知，悬臂受到的拉应力对总应力的影响很小，因此忽略拉应力的影响，则悬臂受到的总应力：=7cosθ MPa由公式可知，当θ=90°时，总应力达到最大=7 MPa，和事故发生时的状态（摆锤转盘上升阶段，大约在水平位置附近，悬臂折断）保持一致。由《大型游乐设施安全规范》第15节：游乐设施在运行过程中有可能出现冲击，从而产生冲击载荷，则运动部件受到的载荷（永久载荷和活载荷以及承受的惯性载荷）应乘以不小于=2的冲击系数[4]。则悬臂的安全系数：=4可知悬臂的安全系数为4，小于许用安全系数5。表明悬臂的安全系数不满足设计要求。4悬臂折断影响因素剖析事故的直接原因是悬臂折断，折断部位位于悬臂根部，本文仅从悬臂主体结构折断入手，探讨引起悬臂折断的原因。1 安全系数新版GB8408《大型游乐设施安全规范》自2018年12月1日实施，在设计计算中适当降低冲击系数要求，增加了轨道类设备振动系数要求。在2008版GB 8408《游乐设施安全规范》中，明确大摆锤的冲击系数为5，如果按照老版本冲击系数核算，悬臂的安全系数将会更低。基于破断强度的许用应力法，广泛应用在大型设备的应力强度评价中。在游乐设备的设计中，零件或构件的安全系数，为所用材料的失效应力（破断强度）与设计应力的比值，安全系数校核计算能判断悬臂危险截面的安全裕度，一般运动部件的安全系数应大于或等于5。安全系数是游乐设备设计过程中的一个非常重要的参数，所以规定了安全系数，就是为了确保设备的安全，也就是保证乘人的安全。规定安全系数必须适当，太大会使设备结构变大，重量增加，浪费材料，太小会变的不安全[5]。由上面计算可知，算例中360度大摆锤的悬臂安全系数不满足设计要求，但与设计要求的5很接近。基本上处于是否满足要求的临界状态。如果人数增加，或者悬臂半径增长，会导致应力增大，安全系数降低，设备就越偏向危险。因此为了保证360度大摆锤的安全，防止大摆锤悬臂结构的折断，悬臂安全系数一定要满足设计要求。2 悬臂材料悬臂处于横向弯曲时（即运行到水平位置，为悬臂梁结构），最大弯曲正应力发生在悬臂梁根部，且离中心轴最远处，该处为危险点。此危险点的最大应力等于弯矩与此处对应悬臂截面的抗弯截面系数的比值。如公式（3）所示，最大弯曲应力与弯矩成正比，与抗弯截面系数成反比。因此为了提高悬臂的安全系数，降低最大应力，就要减小弯矩和提高悬臂截面的抗弯截面系数。悬臂的弯矩为摆动部分的总质量（包括转盘、座椅和乘人）与等效半径的乘积（等效半径为乘人侧摆动部分重心到旋转中心的距离），由于设备的参数是设备设计的前提，因此，360度大摆锤的摆动半径是不变的，只能降低大摆锤摆动部分的质量。采用高强钢，例如Q345 （2019年2月1日之后，Q345钢材牌号改为Q355，此文仍引用老牌号）,为低合金高强度钢，抗拉强度=490 MPa，相对于Q235,抗拉强度提高了30%,在满足安全系数的前提下，能增加金属材料的强度，以减轻构件重量，减小零部件的截面尺寸，实现游乐设备的轻量化设计，因此，高强钢在大型的游乐设施中得到广泛应用[6]。3 抗弯截面系数抗弯截面系数就是截面对其形心轴惯性矩与截面上最远点至形心轴距离的比值[7]。360度大摆锤常用两种截面：圆环截面和箱型截面（假定箱型截面厚度相同）。如图4所示。（1） 圆环截面（2） 箱型截面图4 360度大摆锤悬臂截面类型圆环截面的抗弯截面系数：(7)其中：—D为圆管外直径；—管内径与外径的比值；箱型截面的抗弯截面系数（对应水平轴）：(8)其中：—截面的宽度；—截面的高度；—箱型板的厚度；圆环截面悬臂通常用无缝钢管，受制于无缝钢管的外直径限制，由《机械设计手册》可知，无缝钢管的最大外直径为630mm，另外为了更好的焊接工艺和限制悬臂的总重量，钢管的厚度也不能随意增大，通常厚度为12mm。因此如果用无缝钢管做为360度大摆锤的悬臂，仅能用在相对小型的360度大摆锤上面（如算例，人数为12人，悬臂等效长度为5m）。悬臂梁的弯矩为力和距离的乘积，越靠近悬臂的外端，梁的弯矩越小，根据悬臂梁弯矩的变化特性，利用箱型截面，可以制作近似等强度截面梁（变截面梁），悬臂根部的截面尺寸大，悬臂外端部的截面尺寸小，既能提高悬臂的抗弯性能，又能节省材料[8]。第3节的算例中，如果悬臂为箱型结构，悬臂梁根部截面宽度=600mm，高度=900mm，板厚=12，则悬臂抗弯截面系数：=7331904 mm4由以上分析可知，截面的抗弯截面系数提高了3倍，而截面的面积仅仅提高了8倍（箱型截面面积6×104mm2，圆环截面面积0×104mm2），由于箱型截面可以制作成变截面梁，因此可以做到箱型悬臂的质量相对于无缝钢管悬臂质量变化不大，但抗弯性能可以得到显著提高。4 低周疲劳360度大摆锤悬臂折断发生在悬臂根部法兰连接部位，由前面分析可知，此处应力最大，产生微裂纹，因此强度不足是悬臂折断的主要原因。大摆锤在运行启动阶段，左右周期性摆动，悬臂断裂之前，由于没有明显的塑性变形，裂纹形成后又不易被及时检测。疲劳破坏导致悬臂折断突然发生，造成事故。由新闻报道可知，发生事故的360度大摆锤人数较多（其中发生在印度360度大摆锤事故，当时共有31名乘客），从图片可以看出，悬臂的等效半径较长，悬臂为钢管结构，另外，发生在乌兹别克的360度大摆锤事故，自今年3月设备才投入使用，仅仅运行了3个月，因此可以判断为低周疲劳破坏。悬臂折断的过程为：在乘人霍载荷和悬臂组件自重的作用下，悬臂根部产生较大的弯曲应力，由于材料强度级别低，容易导致疲劳裂纹的萌生，随着设备不断的启动运行，悬臂根部在交变弯曲应力作用下，不断经受低周疲劳，微裂纹不断形成并长大、连接成宏观裂纹。当裂纹扩展到一定尺寸时，悬臂剩余的截面抗弯性能不足以承受乘客和悬臂组件产生的弯矩时，将导致悬臂主体结构的突然折断[9]。5小结由以上分析可知，悬臂折断为典型的脆性断裂，在悬臂应力集中部位，应力安全系数偏低是导致悬臂断裂的主要原因。鉴于以上分析，对360度大摆锤的设计提出以下建议：1) 悬臂采用无缝钢管，可以显著减少加工工作量，但是只能制作相对小型的360度大摆锤。对于大型的360度大摆锤（如16座以上），受制于管直径和悬臂重量的限制，悬臂的安全系数难以满足设计要求，大型的360度大摆锤悬臂不宜采用钢管结构；2) 大型的360度大摆锤悬臂宜采用变截面箱型梁结构，可显著提高悬臂的抗弯截面系数，但制作工艺相对复杂；3) 大型的360度大摆锤悬臂材质，宜采用高强钢，可以在满足安全系数的前提下，显著降低摆动组件的重量，实现游乐设备的大型化；4) 重视应力集中部位（如悬臂根部）表面伤痕、材质缺陷等疲劳源的探伤检验，定期对悬臂进行安全检查，使用前或使用一段时间后，对悬臂根部进行局部无损探伤（如磁粉探伤）。参考文献：[1] 赵九峰 基于ANSYS Workbench大摆锤刚体动力学分析 [J] 机械研究与应用，2019（1）：44-[2] 王春寒 2007年全国特种设备事故及分析 [J] 中国特种设备安全，2008（4）：51-[3] 赵九峰 基于ANSYS的大摆锤减速机的选型与安装 [J] 机械管理开发，2014（6）：5-[4] 中国国家标准化管理委员会 GB 8408-2018 大型游乐设施安全规范[S] 北京：中国标准出版社，[5] 贺田龙，许志沛，唐林等 大型游乐设备主轴静动态特性分析及结构优化 [J] 机械设计与研究，2019（3）：87-[6] 安治国，赵云云 轿车防撞梁轻量化结构强度设计 [J] 计算机仿真，2016（7）：205-[7] 姜继红，梁汇溪，李贞 超大跨度门式刚架斜梁塑性设计 [J] 沈阳大学学报(自然科学版)，2017（1）：71-[8] 郭鹏，肖守讷，朱涛等 底架承载式机车变截面中梁优化设计 [J] 机械设计与制造，2015（6）：98-[9] 唐建群，张礼敬，巩建鸣等 吊钩断裂原因分析 [J] 理化检验(物理分册)，2004（3）：138-
本文作者岳忠豪，季我努学社青年会员。题目中的“一人”即指李鸿章，“一国”即指日本，这句话要表达的是中日甲午战争是李鸿章以一人之力与日本整个国家作战，所以清朝的战败也可以就此溯源至清朝腐败，李鸿章壮志未酬，回天乏术。李鸿章生前亦有类似表述：称甲午战败，“以北洋一隅之力，搏倭人全国之师，自知不逮”。李鸿章“以一人敌一国”的完整说法最早出于梁启超之口，梁氏在《李鸿章传》中论及甲午战争：“日本非与中国战，实与李鸿章一人战耳”。从此，这种说法喧腾众口，加之清政府腐败无能的表现和李鸿章苦心孤诣的裱糊匠形象，使这种说法更是越发流行。甲午战争（资料图）李鸿章晚年对甲午之役耿耿于怀，曾深刻剖析了这其中的种种无奈，也恰似对自己政治生涯的总结：“我办了一辈子的事，练兵也，海军也，都是纸糊的老虎，何尝能实在放手办理？不过勉强涂饰，虚有其表，不揭破犹可敷衍一时。如一间破屋，由裱糊匠东补西贴，居然成一净室，虽明知为纸片糊裱，然究竟决不定里而是何等材料，即有小小风雨，打成几个窟笼，随时补葺，亦可支吾对付。乃必欲爽手扯破，又未预备何种修葺材料，何种改造方式，自然真相破露，不可收拾，但裱糊匠又何术能负其责?”（李鸿章）这种无奈的表述激起了大家对于中堂大人的体恤和崇敬，甚至有网友抖起了机灵，认为李鸿章外战日本强敌，内战国内牵涉力量，实在是“以一人敌两国”。但以梁氏在《李鸿章传》中的言论而言，其间充满着他的主观感情，开篇即说“吾敬李鸿章之才，吾惜李鸿章之识，吾悲李鸿章之遇”。可以说为李鸿章树立壮志未酬的英雄形象的企图显而易见。李鸿章“以一人敌一国”的说法在一定程度上是一种意气之语。有学者也考证，李鸿章苦心孤诣，尽力经营是真，但说甲午战争是其“一人敌一国”未免牵强，其时北洋各军并非处于孤军作战的境地。战争开始后，刘坤一麾下的南洋势力在兵力、装备、财政方面都给予北洋竭泽而渔式的援助，刘坤一曾长叹：“有来日大难之势，为之奈何！”李鸿章的心腹盛宣怀亦言，战局“舍湘军实无可望”。南洋的援助也使南北联系打通，日本入北京擒获清帝的意图也未实现。资料图事实证明，甲午战争并非李鸿章“以一人敌一国”，中国战败也并非“应以几人敌日本”的问题而已。问题在于洋务运动三十余年仍未奏效，中国当时是逊于日本的弱国，应作亟变以摆脱颓势。在“甲午之殇”的震动下，一场旨在改革中国政治的戊戌变法也已暗流涌动。参考文献：1、陈力：《甲午时李鸿章“一人敌一国”之说辨析》，《沈阳大学学报》（社会科学版），2016年第1期。2、梁启超：《李鸿章传》，南昌：江西人民出版社，2003年。
沈阳大学不是211工程高校。学校位于辽宁省沈阳市，由沈阳市人民政府举办，是教育部”卓越工程师教育培养计划“高校、辽宁省首批向应用型转变示范高校、辽宁省首批深化创新创业教育改革示范高校、辽宁省来华留学生工作示范建设高校，入选国家级大学生创新创业训练计划、教育部首批”新工科研究与实践项目“、教育部产学合作协同育人项目、辽宁省一流学科建设项目、辽宁省大学生创业孵化示范基地，是辽宁省电商产业校企联盟牵头单位和理事长单位，是东北地区首个举办中德合作本科工程教育的高校。学校历史奉天高等实业学堂1905年6月，赵尔巽批准奉天学务处总办叶景葵奏请，于省城大西门外热闹街，创办奉天实业学堂（1909年改为奉天高等实业学堂），建立校舍。同年9月，学堂开学，徐鸿宝任监督（即校长）。1909年到1922年，先后改称为奉天高等实业学堂、奉天工业专门学校、奉天公立工业专门学校、奉天省立甲种工业学校。1922年11月，正式改为奉天省立第一工科高级中学及职业学校。1949年4月，由原东北人民政府工业部接收的省立沈阳第一工科职业学校，省立第二工科职业学校和东北高级职业学校合并校名为东北行政委员会工业部沈阳工科高级职业学校。1953年5月，更改为中央人民政府重工业部沈阳机械工业学校1956年，更改为冶金工业部沈阳冶金机械工业学校。1958年12月，学校升格为专科，定名沈阳冶金机械专科学校。1963年6月，专科停办，重办中专，定名沈阳冶金机械学校。1972年，学校恢复招生，并划归沈阳市冶金局领导。1973年，划归辽宁省冶金局领导。1978年12月，经国务院批准，恢复为普通高等学校，校名仍为沈阳冶金机械专科学校，归属冶金工业部领导。1992年经冶金部同意，国家教委批准，学校更名为沈阳工业高等专科学校。新民公学堂1905年，赵尔巽在沈阳设立“师范传习所”。1906年，在辽宁各府县普遍设立“师范传习所”的基础上，又在新民、辽阳、凤城设立了“简易师范科”。1910年，新民公学堂停止招生。1912年，新民公学堂复校。1915年，新民公学堂更名为新民县立师范学校。1923年，新民县立师范学校更名为新民县立师范初级中学校。1931年，新民县立师范初级中学校停止招生。1933年，新民县立师范初级中学校复校。1938年，新民县立师范初级中学校改建为奉天省立新民第一国民高等学校(农科)。1946年，奉天省立新民第一国民高等学校更名为辽宁省新民第一中学，后更名为辽宁省立新民师范学校1948年，辽宁省立新民师范学校更名为辽北省新民师范学校。1949年，辽北省新民师范学校更名为辽西省立新民师范学校1953年，辽西省立新民师范学校更名为辽宁省新民师范学校。1978年，新民县五七教师学校更名为沈阳市新民师范学校。沈阳市师范学校1958年，沈阳市第二师范学校创建。1959年，沈阳市铁西师范学校、沈阳市第三师范学校并入沈阳市第二师范学校。1970年，沈阳市第二师范学校更名为沈阳市五七第二教师学校。1974年，沈阳市五七第二教师学校更名为沈阳市第二教师学校。1979年，沈阳市第二教师学校更名为沈阳市师范学校。沈阳财经学院1964年，沈阳财会职业学校创建。1965年，沈阳财会职业学校更名为沈阳市财会学校。1978年，沈阳市财会学校更名为沈阳财经学校，沈阳市教育学院组建。1985年，沈阳市经济管理干部学院、辽宁财经学院沈阳大专班、沈阳财经学校合并组建沈阳财经学院。沈阳大学1980年，辽宁大学辽宁分院、东北工学院辽宁分院创建。1981年，东北工学院辽宁分院、辽宁大学辽宁分院合并升格为沈阳大学。1987年，沈阳财经学院改建为沈阳大学财经学院。1995年4月，经冶金工业部和沈阳市人民政府批准，冶金工业部所属的沈阳工业高等专科学校和沈阳大学（含沈阳大学农业分校）联合共建。1999年，沈阳职工艺术工程学院并入沈阳大学，沈阳市新民师范学校、沈阳市师范学校并入沈阳大学师范学院。2005年，沈阳教育学院、沈阳大学师范学院并入沈阳大学。师资力量截至2020年12月，学校有专任教师1171人，专任教师中，有教授221人（占比9%），副教授531人（占比3%）；具有硕士及以上学位教师910人（占比7%），其中具有博士学位教师377人（占比2%）。有长江学者特聘教授1人；国务院政府特殊津贴专家4人；中国戏剧梅花奖三度梅获得者1人；“兴辽英才计划”创新型领军人才1人；辽宁特聘教授支持计划入选者2人；辽宁省攀登学者1人；全国模范教师1人；全国优秀教师2人；教育部高等学校教学指导委员会委员4人；入选教育部“新世纪优秀人才支持计划”1人；“兴辽英才计划”教学名师1人；“兴辽英才计划”青年拔尖人才3人；辽宁省优秀专家2人；辽宁省教学名师15人；辽宁省优秀教师5人；辽宁省“百千万人才工程”百层次人选8人；全国高校思想政治理论课教师年度影响力人物1人；沈阳市政府特殊津贴专家3人；沈阳市优秀专家5人；沈阳市创新型领军人才2人：沈阳市名师18人；沈阳市高层次人才顶尖人才1人、杰出人才2人、领军人才16人、拔尖人才55人、高级人才108人；沈阳市优秀教师13人；沈阳市高校优秀教师5人；2001年以来获宝钢优秀教师奖13人。辽宁省优秀教学团队8个。学科建设截至2020年4月，学校设有研究生学院和19个教学院（部），开设本科专业67个，涵盖了经、法、教、文、史、理、工、农、管、艺10个学科门类；国家特色专业建设点1个，教育部“卓越工程师培养计划”专业3个，国家级一流本科专业建设点2个，辽宁省级一流本科专业建设点5个，辽宁省普通高等学校本科优势特色专业1个，辽宁省级本科示范性专业2个，辽宁省工程人才培养模式改革试点专业4个，辽宁省创新创业改革试点专业2个，辽宁省普通高等学校本科课程体系国际化试点专业1个，辽宁省级重点建设专业8个，19个沈阳市属高校重点建设专业。国家特色专业：材料成型及控制工程国家一流专业建设点：环境工程、会计学教育部“卓越工程师培养计划”专业：机械设计制造及其自动化、材料成型及控制工程、焊接技术与工程省一流本科教育示范专业：自动化、土木工程、环境工程、旅游管理、会计学省示范专业：材料成型及控制工程、自动化省重点支持专业：生物工程、环境工程省综合改革试点专业：会计学、生物技术省普通高等学校本科优势特色专业：会计学省本科课程体系国际化试点专业：会计学沈阳市重点建设专业：机械制造与自动化、交通运输、自动化、通信工程、材料成型及控制工程、土木工程、建筑学、环境工程、生物技术、会计学、金融学、社会工作、焊接技术工程公共艺术、小学教育、体育教育、旅游管理、英语、音乐学辽宁省重点培育（优势特色）学科：材料学、控制理论与控制工程、管理科学与工程、环境工程学术科研截至2020年12月，学校有教育部重点实验室1个，辽宁省高等学校重大科技平台1个，辽宁省重点实验室、辽宁省工程技术研究中心、辽宁省工程实验室、辽宁省经济社会发展研究基地、辽宁省教育科学规划重点研究基地等省级科研平台和人文社科基地13个。有沈阳市人民政府智库机构1个，共建研究机构1个，辽宁省级创新团队3个。截至2020年4月，学校近年主持国家自然科学基金、社会科学基金、艺术基金等国家基金和省部级科研项目400余项，发表SCI、A&HCI、EI、CSSCI等检索论文500余篇，获得发明专利授权191项，获得省、市主要领导批示决策咨询建议和研究报告50余份。学术资源截至2020年12月，沈阳大学图书馆纸质图书总量为75万册，生均图书97册，本学年新增纸质图书41万册。订购中外文数据库21个，包含电子图书31万册，电子期刊52020种，共40万册。《沈阳大学学报》，是由国家新闻出版总署批准的省级学术期刊，分为社会科学和自然科学两种版本，社科版为全国优秀社科学报，自然科学版被美国《化学文摘》（CA）、美国《乌利希期刊指南》、被日本科学技术振兴机构数据库（JST）等国际重要数据库收录，是中国科技核心期刊。沈阳大学学报为国家《CAJ-CD规范》执行优秀期刊，多次受到省市和全国行业奖励。请点击输入图片描述合作交流截至2020年4月，沈阳大学作为理事长单位，牵头成立了由157家高校和企业参加的辽宁省电商产业校企联盟。先后与沈阳材料科学国家研究中心、沈阳市消防研究所、沈阳市第四人民医院、沈阳市法库县和大东区、华晨宝马汽车有限公司等开展了校所、校院、校地、校企战略合作，分别与沈阳市大东区、沈北新区联合共建2所附属实验学校，与沈阳浑南现代交通有限公司、华为技术有限公司、深圳讯方有限公司、沈阳东软睿道教育服务有限公司分别联合创办校企共建二级学院。截至2020年4月，学校已与德国、英国、俄罗斯、希腊、意大利、葡萄牙、西班牙、日本、韩国、美国、加拿大、新西兰、澳大利亚、巴西、阿根廷、乌干达、台湾等30多个国家和地区的100多所高校、教育机构和科研机构建立了合作关系。分别与德国海德堡应用科技大学、埃森经济管理应用科技大学合作举办工业工程、自动化2个中外合作办学项目，是东北地区首个举办中德合作本科工程教育的高校。先后培养来自70多个国家的留学生2000多人，其中学历生比例超过30%。近年来，根据国家和辽宁省引导地方高校转型发展的指导性意见，学校坚持服务区域经济社会发展、服务区域产业振兴理念，深入推进学校转型发展并取得了良好成效，动手能力强、综合素质好的高层次应用型人才培养特色愈加鲜明，服务辽沈老工业基地新一轮振兴发展的人才支撑与智力支持能力不断增强。2015年，学校获批成为全省首批10所转型发展试点高校之一。211工程是指面向21世纪、重点建设100所左右的高等学校和一批重点学科的建设工程。于1995年11月经国务院批准后正式启动。“211工程”是新中国成立以来由国家立项在高等教育领域进行的重点建设工作，是中国政府实施“科教兴国”战略的重大举措、中华民族面对世纪之交的中国国内外形势而作出的发展高等教育的重大决策。
中大班幼儿学前教育方法探讨摘要：幼儿教育是帮助幼儿身心发展的基础教育。如何更好地进行中大班幼儿学前教育成为教育界、社会以及家长们越来越关注的问题。通过探讨和分析关于中大班幼儿学前教育方法及理念培养，提出一些相关可实施的幼儿教学建议。关键词：中大班；幼儿学前教育；教育方法；理念幼儿正处于身心发展的初级阶段，还没有完全的自理能力和自控能力。中大班幼儿的学前教育作为基础教育，在教学中需要教师付出更大的耐心和精力来教育和引导幼儿的认知能力，培养幼儿的感知能力和学习能力。因此，必须将中大班幼儿学前教育问题放在教育的重要地位，必须高度重视幼儿学前教育问题并不断改进和优化。一、优化中大班幼儿学前教育的方法第一，人性化教育。在中大班幼儿学前教育中，一定要采用新的教育理念和方法，即人性化教育。中大班时期，幼儿还处在人格塑造、潜能开发的初级阶段。“一千个人就有一千个哈姆莱特”，对待不同的幼儿，一定要观察他们各自的特点，以此为依据因材施教，采取幼儿易于接受的不同教育方式，这样才能更有效地达到教育教学的效果和目的。人性化教育主要体现在：面对不善言辞、性格内向的幼儿，要多进行鼓励性引导；面对性格外向调皮的幼儿，要多进行管理监督。此外，还要重视中大班幼儿综合素质的培养，帮助幼儿培养良好的思想品德和行为习惯。第二，环境化教育。教学环境在中大班幼儿学前教育中起着不可忽视的重要作用。因此，在教育中应结合幼儿实际情况设计科学合理的教学环境。例如，在教室、午睡间以及洗手间，多采用图画等设计，在饭桌上写着“爱惜我”的米粒状标语等，这种图字并存的设计，对于识字能力较低的幼儿们来说更有吸引力，达到提示和教学的作用。第三，民主化教育。民主化的教育理念在幼儿教育教学中逐渐被重视起来。所谓民主化教育就是让幼儿参与到教育管理当中，从而激发幼儿学习的积极性和参与性。例如，在制定班级的日常奖惩规章制度时，引导幼儿一起参与到规范的制定当中，多进行师生沟通、生生交流，让幼儿在集体活动中展示自己的真实想法以及主人翁姿态。教师通过奖励小红花的方式，来规范幼儿的行为，达到鼓励幼儿遵守规范要求，努力做到自律的教育效果。二、优化大中班幼儿学前教育中的语文教育第一，充分发挥母语的作用。中大班幼儿学前教育正是幼儿们学习语言运用的关键时期。因此，在这个阶段的教育中，母语的应用必不可少。教师要加强幼儿对母语使用的引导，合理规划幼儿学习母语的时间和教育方法，让幼儿们有充足的时间进行母语学习。第二，培养幼儿的语言能力。中大班幼儿学前教育，通常采用以听为主、以写为辅的教学原则。因此，在这个阶段要综合考虑，全面培养幼儿的表达能力。语言是幼儿学习知识、沟通交流的重要工具和途径。在幼儿教育教学中，教师必须为幼儿营造良好的教学氛围和环境，以促进幼儿对语文知识的掌握。三、培养学前教育中中大班幼儿的审美能力第一，感受和体验大自然的美。在中大班学前教育中，幼儿教师要尽量让幼儿走出课堂，感受学校外部环境，让幼儿自身建立情感，学习自然事物。教师可以组织幼进行野外参观，让幼儿在游玩中感受大自然的美，让幼儿内心得到放松，对自然进行感悟，培养其独特的情感，加深对世界的理解和认知。第二，接触和欣赏艺术的美。艺术是人类文明世界的瑰宝。在中大班教育中，让幼儿接触健康的艺术形式教育，有利于激发幼儿的艺术天赋，丰富幼儿的想象力，提高幼儿的审美能力，从而体会艺术的美感。尤其是美术教育，幼儿教师可以组织幼儿通过绘画来增强其对线条美、对称美、节奏美的掌握和理解，用艺术学习的方法对幼儿进行知识与兴趣的培养。第三，品味游戏的美。幼儿在成长过程中，游戏能大幅度激发他们的社交能力与创造力。因此，幼儿教师可以在学习期间带领幼儿进行有组织的协作游戏和创造性游戏，提高幼儿的沟通能力和团结协作能力，开拓幼儿的思维，提高审美水平。四、增强中大班幼儿学前理念培养第一，建立人际关系培养理念。促进中大班幼儿的成长学习，需要为幼儿建立一个和谐民主的学习环境。幼儿教师要鼓励爱护、平等对待每一个幼儿，给他们发展自己、开拓创新、健康成长的机会，营造互帮互助、互尊互爱的融洽的人际关系和教学氛围。第二，构建互动空间培养理念。学校在组织各项活动时，幼儿教师要为中大班幼儿创造良好的互动空间，丰富幼儿的感性知识，使幼儿体验到互动时产生的新信息给他们所带来的全新的乐趣。五、结语通过对中大班幼儿学前教育教学方法、理念培养的研究分析，提出了目前幼儿教育应当使用和改进的教学方法和建议，并对幼儿教育在育中以及幼儿本身成长中的重要性做了具体的阐述。同时，中大班的幼儿教育是教育的基础和重要组成部分，加大对幼儿教育的关注和培养就是为社会培养优秀的接班人。因此，幼儿教师要不断改进中大班幼儿教育方法，创新教育理念，促进我国教育事业的蓬勃发展。作者:党春肖 单位:正宁县山河镇东关幼儿园参考文献：[1]陈蓉晖,刘霞学前儿童艺术教育生命化价值取向研究[J]东北师大学报(哲学社会科学版),2010(1):153-[2]柴占学学前幼儿教育现状调查分析报告[J]中国农村教育,2010(7):32-[3]张海钟,魏绎儒,刘璐新世纪幼儿学前教育热点问题综述与我见[J]沈阳大学学报,2011(23):55-
大摆锤的工作原理。要实现摇摆幅度那么大，依靠惯性！
不是211哦，现在211和985的说法都过时了，现在讲“双一流”！
[38] 陈静云, 刘佳音, 李玉华, 周长红 沥青混合料板式试件的疲劳开裂规律[J] 华南理工大学学报(自然科学版),2013,(4):[37] 李玉华, 高应振 基于MCTOOLS的斜交闭合框架结构建模及计算[J] 沈阳建筑大学学报(自然科学版[36] 李玉华, 徐静 水泥稳定碎石抗弯拉强度试验分析[J] 沈阳大学学报(自然科学版)[35] Yuhua Li, Kai Huang, Yingzhen G A New Method for Aggregate Proportion Design of M Applied Mechanics and M Trans Tech Publications, Switzerland[34] Yuhua Li, Haixiang Li, Yuxing Liu, Jingyun C Specimen Molding Method of Chip Seal in L Advanced Materials R Trans Tech Publications, S[33] Yuhua Li, Yuxing L Finite Elements Simulation Anaysis of Ball Penetration Test on Asphalt P Advanced Materials R Trans Tech Publications, Switzerlan[32] 李玉华,祖熙宇 纤维碎石封层配合比设计方法[J] 中外公路[31] 李玉华 纤维碎石封层经验设计方法[J] 筑路机械与施工机械化[30] 李玉华, 王越, 张召青 稀浆封层耐久性评价指标研究[J] 公路交通技术[29] 叶尖, 李玉华 纤维碎石封层试件成型的碎石用量试验研究[J] 山西建筑[28] 李坤, 李玉华 纤维封层层间粘结强度形成机理[J] 公路交通技术[27] 杜隽, 李玉华 纤维封层技术在公路养护中的应用研究[J] 山西建筑[26] 李玉华, 魏艳萍, 张新建 应用模糊评判法评价高速公路线形安全性[J] 内蒙古公路与运输[25] 赵晓春, 李玉华 预应力混凝土T梁施工侧弯理论分析[J] 公路交通技术[24] 李玉华, 陈静云, 袁永博 基于等高线的数字高程模型带状区域建模法[J] 大连理工大学学报[23] 刘金山, 李玉华 平面交叉口竖向设计高程计算的综合法[J] 北方交通[22] 李玉华, 李陆平 平面交叉口竖向设计高程计算的中心点法[J] 武汉理工大学学报[21] 李玉华, 鲁丽华 建立数字地面高程模型的多边形法[J] 沈阳工业大学学报,[20] 李陆平, 王进, 李玉华 武汉市中环线关山二路立交工程新型土工格栅加筋土挡墙施工[J] 交通科技[19] 李玉华, 陈静云 混合料配合比矿料组成设计的改进正规方程法[J] 沈阳工业大学学报[18] 刘浜葭, 李玉华 道路建筑材料中混合料配合比组成设计的改进正规方程法[J] 科学技术与工程[17] 李玉华, 侯义辉, 李陆平 混合料配合比矿料组成设计的正规方程法改进[J] 中外公路,[16] 李玉华, 陈静云 混合料配合比矿料组成理论级配设计的迭代法[J] 武汉理工大学学报[15] 陈静云,丁银萍，李玉华，潘建东 板拉桥合理塔高与应力分析[] 第八届国际交通技术应用文集[14] Chen Jing-yun, Li Yu- Analysis of StructurAL Stress for Board-Stayed Bridge；FOURTH SYMPOSIUM ON STRAIT CROSSINGS BERGEN, NORWAY[13] Chen Jing-yun, Li Yu-hua, Wang Jing- THE STRUCTURE COMPUTING AND STRESS ANALYZING FOR BOARD-STAYED BRIDGE；Structural Engineers World Congress(SEWC 2002), Yokoham, Japan[12] 李玉华, 陈静云, 成家胜 就地沥青热再生工艺与设备的技术改进[J] 中国公路[11] 李玉华, 付佳伟, 陈静云 混合料配合比矿料组成设计的比例分配法[J] 辽宁交通科技[10] 李玉华, 王琦, 陈静云 集成化桥梁工程CAD系统[J] 辽宁交通科技[9] 陈静云, 李玉华, 赵香华, 吴宇航 板拉桥结构设计[J] 东北公路[8] 王树森, 胡珊, 李长江, 王哲人, 刘东亮, 栾海, 谢晓光, 王龙, 黄志军, 杨冰, 徐光辉, 任瑞波, 陈静云, 王抒红, 张宏伟, 陈志国, 张作波, 刘文俊, 李全, 关长禄, 李玉华 高等级公路沥青路面柔性基层的研究 吉林省公路勘测设计院, 哈尔滨工业大学: 2002-12-29, 科技成果[7] 陈静云, 任瑞波, 李玉华, 王哲人 沥青路面柔性基层和半刚性基层模量的理论研究[J] 大连理工大学学[6] 陈静云, 钟阳, 李玉华, 任瑞波, 单永森 路面结构参数同时反算人工神经网络法[J] 大连理工大学学报[5] 仲崇辉, 董丽艳, 李玉华 混合料配合比矿料组成设计的改进正规方程法[J] 辽宁交通科技[4] 陈静云, 刘洋, 李玉华, 潘宝峰 水泥路面冻融破坏机理和对策研究 [J] 东北公路[3] 钟阳, 陈静云, 王龙, 李玉华 求解动荷载作用下多层粘弹性半空间轴对称问题的精确刚度矩阵法[J] 计算力学学报[2] 陈静云, 王京元, 潘宝峰, 李玉华 沥青混凝土桥面铺装早期病害原因分析和结构设计方法综述[J] 东北公路[1] 陈静云, 李玉华, 覃丽坤 板拉桥结构应力与塔高的相关分析[J] 东北公路[0] 参编教材: 《道路勘测设计》, 黑龙江科技出版社, 1997年第1版, 2001年第2版, 裴玉龙 主编
摘要近年来，一种新型游乐设备360度大摆锤风靡全球，但进入2019年，事故频发，对游客的生命财产构成了严重的威胁。本文主要内容是通过360度大摆锤事故，分析引起事故的可能原因，总结出该类游乐设施存在的安全隐患，旨在减少事故发生和损失，可供参考。其中本文为系列文章的第一篇，从悬臂应力强度方面分析事故原因。后续文章将从高强螺栓断裂、焊缝开裂等几个方面分析360度大摆锤悬臂折断原因。关键词：360度大摆锤；悬臂折断；抗弯截面系数；弯矩；安全系数1前言360度大摆锤游艺机属观览车类游乐设备。座椅朝外，固定式。游客坐在座椅上，经设备顶部2台电机驱动使“摆锤”沿水平轴线作360度旋转，同时座椅大转盘在电机的驱动下旋转。游客在极速地上摆与下落过程中，尽情寻求惊险与刺激[1]。今年以来，在世界范围内，360度大摆锤事故频发，对游客的生命财产构成了严重的威胁。2019年6月28日，乌兹别克斯坦城市吉扎克市伊堤洛尔公园内，360度大摆锤在运行过程中突然拦腰折断，摔倒地上，一名19岁女孩在这场事故中死亡。发生事故的游乐设施2019年3月才投入使用。2019年7月14日，印度古吉拉特邦城市阿默达巴德的游乐园内，360度大摆锤悬臂管突然折断，导致大摆锤被砸向地面，事故导致2人死亡。事故现场如图1所示。图1 事故现场综上可知，事故的直接原因是悬臂折断，造成悬臂折断的原因可能是悬臂主体结构折断、高强螺栓折断、焊缝开裂等[2]。由于篇幅限制，本文仅从悬臂主体结构折断入手，探讨引起悬臂折断的原因。悬臂折断也可能是螺栓断裂造成的，因此本人计划再写一篇文章，介绍螺栓预紧力的施加和校核计算，敬请持续关注。2360度大摆锤载荷特性分析360度大摆锤由支架、悬臂、驱动装置、转盘、配重等部分组成；设备中部为悬臂部件，悬臂部件中心是横臂组件有二组驱动装置，分别由电机、减速器、小齿轮、回转支承进行减速。360度大摆锤的结构简图如图2所示。图2 360度大摆锤结构简图360度大摆锤运行时，电机驱动悬臂带动转盘和座椅，每隔一定周期，变换一次驱动力矩方向，在周期性的驱动力矩作用下，大摆锤悬臂的向上位移不断增大[3]，最后完成360度大回环旋转。悬臂的臂体机构在运行过程中，主要受到弯曲应力和拉应力的复合作用。360度大摆锤运行载荷示意图如图3所示，图3 360度大摆锤运行载荷示意图由于有配重的作用，使整个悬臂组件（包括转盘和配重）的重心接近于回转中心，相对于传统大摆锤（无配重，摆角通常为单侧90度），驱动功率大大降低，约为传统大摆锤驱动功率的一半。悬臂回转运行过程中仅受到弯矩和拉力的作用。由于大摆锤启动过程中，速度较低，可忽略运行过程离心力的作用。悬臂受到的最大弯矩：(1)其中：—大摆锤摆动部分的简化质量（包括乘人）；—标准重力加速度，8m/s2；—摆臂的等效回转半径；—悬臂与竖直方向的夹角。悬臂受到的拉力：(2)悬臂受到的弯曲应力：(3)其中：—抗弯截面系数，对于圆管截面：，，d为圆管内直径，D为圆管外直径，其他形状截面可参考工程力学教材；悬臂受到的拉应力：(4)其中：—悬臂截面面积，对于圆管截面：，其他形状截面可参考工程力学教材；则悬臂受到的总应力：(5)则悬臂的安全系数[4]：(6)其中：—悬臂材料的抗拉强度；—大摆锤的冲击系数；—大摆锤悬臂的安全系数，由GB8408-2018《大型游乐设施安全规范》2节可知：≥5。3实例验算本文以12座360度大摆锤为计算对象，游客坐在座椅上，经设备顶部2台电机驱动使“摆锤”沿水平面作360度旋转运动，悬臂的等效长度（回转半径）= 0 m，摆动部件（单侧悬臂、转盘和座椅）的总质量=0 t（包括满载状态下乘人的质量），悬臂为无缝钢管，材料为20钢（=410MPa）,钢管的型号为φ530×12，验算360度大摆锤悬臂的安全系数是否满足设计要求。悬臂受到的弯矩：=0×1000×8×5×cosθ=245000cosθ N·m悬臂受到的拉力：=0×1000×8×sinθ=49000sinθ N悬臂圆管抗弯截面系数：=2458557 mm4悬臂的弯曲应力： =7 cosθ MPa悬臂截面面积：=19409 mm2悬臂受到的拉应力：=5sinθ MPa悬臂受到的总应力：=7cosθ+5sinθ MPa由以上分析可知，悬臂受到的拉应力对总应力的影响很小，因此忽略拉应力的影响，则悬臂受到的总应力：=7cosθ MPa由公式可知，当θ=90°时，总应力达到最大=7 MPa，和事故发生时的状态（摆锤转盘上升阶段，大约在水平位置附近，悬臂折断）保持一致。由《大型游乐设施安全规范》第15节：游乐设施在运行过程中有可能出现冲击，从而产生冲击载荷，则运动部件受到的载荷（永久载荷和活载荷以及承受的惯性载荷）应乘以不小于=2的冲击系数[4]。则悬臂的安全系数：=4可知悬臂的安全系数为4，小于许用安全系数5。表明悬臂的安全系数不满足设计要求。4悬臂折断影响因素剖析事故的直接原因是悬臂折断，折断部位位于悬臂根部，本文仅从悬臂主体结构折断入手，探讨引起悬臂折断的原因。1 安全系数新版GB8408《大型游乐设施安全规范》自2018年12月1日实施，在设计计算中适当降低冲击系数要求，增加了轨道类设备振动系数要求。在2008版GB 8408《游乐设施安全规范》中，明确大摆锤的冲击系数为5，如果按照老版本冲击系数核算，悬臂的安全系数将会更低。基于破断强度的许用应力法，广泛应用在大型设备的应力强度评价中。在游乐设备的设计中，零件或构件的安全系数，为所用材料的失效应力（破断强度）与设计应力的比值，安全系数校核计算能判断悬臂危险截面的安全裕度，一般运动部件的安全系数应大于或等于5。安全系数是游乐设备设计过程中的一个非常重要的参数，所以规定了安全系数，就是为了确保设备的安全，也就是保证乘人的安全。规定安全系数必须适当，太大会使设备结构变大，重量增加，浪费材料，太小会变的不安全[5]。由上面计算可知，算例中360度大摆锤的悬臂安全系数不满足设计要求，但与设计要求的5很接近。基本上处于是否满足要求的临界状态。如果人数增加，或者悬臂半径增长，会导致应力增大，安全系数降低，设备就越偏向危险。因此为了保证360度大摆锤的安全，防止大摆锤悬臂结构的折断，悬臂安全系数一定要满足设计要求。2 悬臂材料悬臂处于横向弯曲时（即运行到水平位置，为悬臂梁结构），最大弯曲正应力发生在悬臂梁根部，且离中心轴最远处，该处为危险点。此危险点的最大应力等于弯矩与此处对应悬臂截面的抗弯截面系数的比值。如公式（3）所示，最大弯曲应力与弯矩成正比，与抗弯截面系数成反比。因此为了提高悬臂的安全系数，降低最大应力，就要减小弯矩和提高悬臂截面的抗弯截面系数。悬臂的弯矩为摆动部分的总质量（包括转盘、座椅和乘人）与等效半径的乘积（等效半径为乘人侧摆动部分重心到旋转中心的距离），由于设备的参数是设备设计的前提，因此，360度大摆锤的摆动半径是不变的，只能降低大摆锤摆动部分的质量。采用高强钢，例如Q345 （2019年2月1日之后，Q345钢材牌号改为Q355，此文仍引用老牌号）,为低合金高强度钢，抗拉强度=490 MPa，相对于Q235,抗拉强度提高了30%,在满足安全系数的前提下，能增加金属材料的强度，以减轻构件重量，减小零部件的截面尺寸，实现游乐设备的轻量化设计，因此，高强钢在大型的游乐设施中得到广泛应用[6]。3 抗弯截面系数抗弯截面系数就是截面对其形心轴惯性矩与截面上最远点至形心轴距离的比值[7]。360度大摆锤常用两种截面：圆环截面和箱型截面（假定箱型截面厚度相同）。如图4所示。（1） 圆环截面（2） 箱型截面图4 360度大摆锤悬臂截面类型圆环截面的抗弯截面系数：(7)其中：—D为圆管外直径；—管内径与外径的比值；箱型截面的抗弯截面系数（对应水平轴）：(8)其中：—截面的宽度；—截面的高度；—箱型板的厚度；圆环截面悬臂通常用无缝钢管，受制于无缝钢管的外直径限制，由《机械设计手册》可知，无缝钢管的最大外直径为630mm，另外为了更好的焊接工艺和限制悬臂的总重量，钢管的厚度也不能随意增大，通常厚度为12mm。因此如果用无缝钢管做为360度大摆锤的悬臂，仅能用在相对小型的360度大摆锤上面（如算例，人数为12人，悬臂等效长度为5m）。悬臂梁的弯矩为力和距离的乘积，越靠近悬臂的外端，梁的弯矩越小，根据悬臂梁弯矩的变化特性，利用箱型截面，可以制作近似等强度截面梁（变截面梁），悬臂根部的截面尺寸大，悬臂外端部的截面尺寸小，既能提高悬臂的抗弯性能，又能节省材料[8]。第3节的算例中，如果悬臂为箱型结构，悬臂梁根部截面宽度=600mm，高度=900mm，板厚=12，则悬臂抗弯截面系数：=7331904 mm4由以上分析可知，截面的抗弯截面系数提高了3倍，而截面的面积仅仅提高了8倍（箱型截面面积6×104mm2，圆环截面面积0×104mm2），由于箱型截面可以制作成变截面梁，因此可以做到箱型悬臂的质量相对于无缝钢管悬臂质量变化不大，但抗弯性能可以得到显著提高。4 低周疲劳360度大摆锤悬臂折断发生在悬臂根部法兰连接部位，由前面分析可知，此处应力最大，产生微裂纹，因此强度不足是悬臂折断的主要原因。大摆锤在运行启动阶段，左右周期性摆动，悬臂断裂之前，由于没有明显的塑性变形，裂纹形成后又不易被及时检测。疲劳破坏导致悬臂折断突然发生，造成事故。由新闻报道可知，发生事故的360度大摆锤人数较多（其中发生在印度360度大摆锤事故，当时共有31名乘客），从图片可以看出，悬臂的等效半径较长，悬臂为钢管结构，另外，发生在乌兹别克的360度大摆锤事故，自今年3月设备才投入使用，仅仅运行了3个月，因此可以判断为低周疲劳破坏。悬臂折断的过程为：在乘人霍载荷和悬臂组件自重的作用下，悬臂根部产生较大的弯曲应力，由于材料强度级别低，容易导致疲劳裂纹的萌生，随着设备不断的启动运行，悬臂根部在交变弯曲应力作用下，不断经受低周疲劳，微裂纹不断形成并长大、连接成宏观裂纹。当裂纹扩展到一定尺寸时，悬臂剩余的截面抗弯性能不足以承受乘客和悬臂组件产生的弯矩时，将导致悬臂主体结构的突然折断[9]。5小结由以上分析可知，悬臂折断为典型的脆性断裂，在悬臂应力集中部位，应力安全系数偏低是导致悬臂断裂的主要原因。鉴于以上分析，对360度大摆锤的设计提出以下建议：1) 悬臂采用无缝钢管，可以显著减少加工工作量，但是只能制作相对小型的360度大摆锤。对于大型的360度大摆锤（如16座以上），受制于管直径和悬臂重量的限制，悬臂的安全系数难以满足设计要求，大型的360度大摆锤悬臂不宜采用钢管结构；2) 大型的360度大摆锤悬臂宜采用变截面箱型梁结构，可显著提高悬臂的抗弯截面系数，但制作工艺相对复杂；3) 大型的360度大摆锤悬臂材质，宜采用高强钢，可以在满足安全系数的前提下，显著降低摆动组件的重量，实现游乐设备的大型化；4) 重视应力集中部位（如悬臂根部）表面伤痕、材质缺陷等疲劳源的探伤检验，定期对悬臂进行安全检查，使用前或使用一段时间后，对悬臂根部进行局部无损探伤（如磁粉探伤）。参考文献：[1] 赵九峰 基于ANSYS Workbench大摆锤刚体动力学分析 [J] 机械研究与应用，2019（1）：44-[2] 王春寒 2007年全国特种设备事故及分析 [J] 中国特种设备安全，2008（4）：51-[3] 赵九峰 基于ANSYS的大摆锤减速机的选型与安装 [J] 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河南理工类公办本科。
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公办。洛阳理工学院办学历史可溯源至1956年创立的三门峡水力发电学校，后历经洛阳地质勘探学校、洛阳建筑材料工业学校等发展阶段，1993年6月，学校更名为洛阳工业高等专科学校；2007年3月，经教育部批准，洛阳工业高等专科学校与洛阳大学合并组建并升格为洛阳理工学院。截至2021年1月，学校占地面积2229亩，有王城、开元、九都三个校区，总校舍建筑面积63万平方米，教学科研仪器设备总值2亿元，设有14个学院、2个基础教学部和7个专门教育和行业学院，开设55个本科专业，有教职工1787人，全日制在校本专科学生83万人。