魏思遠(yuǎn)

(中國電建集團(tuán)成都電力金具有限公司，四川 成都 610100)

0 引 言

電力金具產(chǎn)品在設(shè)計(jì)研制過程中主要體現(xiàn)兩大性能——機(jī)械性能和電氣性能。機(jī)械性能在金具設(shè)計(jì)中占有十分重要的地位，金具強(qiáng)度計(jì)算是設(shè)計(jì)者考慮的一個(gè)非常重要的性能指標(biāo)。在設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)人員使用復(fù)雜的公式進(jìn)行計(jì)算，重復(fù)性勞動(dòng)多，稍有不慎易導(dǎo)致計(jì)算出錯(cuò)。筆者根據(jù)電力金具設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)理論和計(jì)算方法，基于Visual Basic高級(jí)編程語言，設(shè)計(jì)可視化操作界面，以金具單眼孔為例，研制出“單眼孔連接金具強(qiáng)度計(jì)算應(yīng)用程序”，并生成可執(zhí)行的exe應(yīng)用程序。該應(yīng)用程序使用簡單、操作方便，提高設(shè)計(jì)可靠性、準(zhǔn)確性，提升工作效率，對(duì)廣大工程設(shè)計(jì)人員具有實(shí)際意義。

1 力學(xué)理論基礎(chǔ)

1.1 單眼孔力學(xué)分析

在電力金具設(shè)計(jì)中，聯(lián)接金具占有非常大的比重，軸孔是最容易產(chǎn)生過載破壞的地方，眼孔是和銷釘配合的單板的孔，如圖1所示。因?yàn)閼?yīng)力在眼孔截面上的分布受材料屈服延伸的影響而不均勻，破壞力矩加在危險(xiǎn)截面上(c-c斷面)是個(gè)梯形。相當(dāng)于抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度的平均值，根據(jù)受力情況，分析推導(dǎo)出故眼孔破壞力為[1-2]：

(1)

式中：F為截面積，mm2，F(xiàn)=ht；h為孔壁厚，mm；t為板件厚度，mm。

根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果得出眼孔破壞力載荷P的近似計(jì)算公式如下：

(2)

式中：K為孔的彎曲度，K=h/R；R為孔壁的平均半徑，mm；σb為材料抗拉強(qiáng)度，MPa。

圖1 眼孔受力示意圖

1.2 參數(shù)轉(zhuǎn)換

根據(jù)國標(biāo)《GB/T 2315-2008電力金具 標(biāo)稱破壞載荷系列及連接型式尺寸》[3]中的規(guī)定，以及金具行業(yè)設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)習(xí)慣。作者將傳統(tǒng)理論中原有的4個(gè)輸入?yún)?shù)(孔壁厚度、孔壁平均半徑、板件厚度、材料抗拉強(qiáng)度)轉(zhuǎn)換為符合設(shè)計(jì)人員習(xí)慣的4個(gè)參數(shù)(孔邊距、眼孔直徑、板件厚度、材料抗拉強(qiáng)度)，具體轉(zhuǎn)換公式如下：

(3)

(4)

式中：r為孔邊距，mm；φ為眼孔直徑，mm。

2 單眼孔連接金具強(qiáng)度計(jì)算應(yīng)用程序研制

2.1 Visual Basic 6.0簡介

Visual Basic6.0簡稱VB6.0，是微軟公司于1998年推出的可視化編程，VB使用了可以簡單建立應(yīng)用程序的GUI系統(tǒng)，但是又可以開發(fā)相當(dāng)復(fù)雜的程序。它的特點(diǎn)是具有面向?qū)ο蟮目梢暬O(shè)計(jì)工具，事件驅(qū)動(dòng)的編程機(jī)制，易學(xué)易用的應(yīng)用程序集成開發(fā)環(huán)境，結(jié)構(gòu)化的程序設(shè)計(jì)語言，支持多種數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的訪問，Active技術(shù)等。VB面世以來得到各行業(yè)工程設(shè)計(jì)人員的廣泛認(rèn)可[4]。

圖2 VB6.0程序開發(fā)界面

2.2 應(yīng)用程序界面設(shè)計(jì)

根據(jù)建立的物理參數(shù)，設(shè)置輸入?yún)?shù)。

(1) 新建7個(gè)“Label”控件，將“Caption”屬性作相應(yīng)修改；

(2) 新建5個(gè)“TextBox”控件，以便對(duì)應(yīng)輸入想關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)；

(3) 新建1個(gè)“CommandButton”控件，將“Caption”屬性修改為“確認(rèn)”，表示確認(rèn)參數(shù)可以進(jìn)行計(jì)算；

(4) 將“Form1”的“Caption”屬性改為“單眼孔連接金具強(qiáng)度計(jì)算應(yīng)用程序”。

將各個(gè)控件的“Width”“Height”“Left”“Top”屬性作適當(dāng)調(diào)整，美化界面，界面如圖3所示。

圖3 單眼孔連接金具強(qiáng)度計(jì)算應(yīng)用程序操作界面

2.3 程序思路

思想：進(jìn)入界面時(shí)，先將文本輸入框清空；輸入相應(yīng)的參數(shù)值，點(diǎn)擊“確認(rèn)”按鈕，進(jìn)行計(jì)算；在“破壞載荷”“TextBox”里面輸出計(jì)算結(jié)果。程序代碼如下：

Private Sub Form_Activate()

Text1.Text = "" ′將文本輸入框清空

Text2.Text = "" ′將文本輸入框清空

Text3.Text = "" ′將文本輸入框清空

Text4.Text = "" ′將文本輸入框清空

Text5.Text = "" ′將文本輸入框清空

End Sub

Private Sub Command1_Click()

Dim σ, fi, r1, h, F, t, P, K, r2 As Single ′將各變量定義為單精度浮點(diǎn)值

σ = Val(Text1.Text) ′抗拉強(qiáng)度

fi = Val(Text2.Text) ′眼孔直徑

r1 = Val(Text3.Text) ′孔邊距

t = Val(Text4.Text) ′板厚

h = r1 - fi / 2 ′孔壁厚

F = h * t ′截面積

r2 = fi / 2 + 0.5 * (r1 - fi / 2) ′孔壁平均半徑

K = h / r2 ′孔彎曲度

P = 0.001 * 2.05 * F * σ / (1 + 0.5 * K) ′計(jì)算破壞載荷

Text5.Text = Int(Val(P)) ′取整數(shù)輸出破壞載荷

End Sub

將程序“運(yùn)行”后，“調(diào)試”驗(yàn)證程序的正確性，將“工程”生成可執(zhí)行的exe文件。

3 實(shí)例驗(yàn)算

以某工程實(shí)際應(yīng)用的某三角聯(lián)板為例，眼孔直徑φ=20 mm，板厚t=16 mm，孔邊距r=24 mm，設(shè)計(jì)人員使用材料為Q235，圖紙要求破壞載荷不小于100 kN。

驗(yàn)證解算結(jié)果如下：

圖4 實(shí)例運(yùn)行結(jié)果

設(shè)計(jì)的三角聯(lián)板破壞載荷理論值能達(dá)到約121 kN，超過是標(biāo)稱破壞載荷的1.2倍，完全能夠滿足要求。該應(yīng)用程序的計(jì)算結(jié)果與實(shí)際相符，驗(yàn)證了程序的正確性。

4 結(jié) 語

基于電力金具設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)理論和計(jì)算方法，根據(jù)相應(yīng)國家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定及國內(nèi)工程設(shè)計(jì)人員的習(xí)慣，對(duì)設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行適當(dāng)轉(zhuǎn)換。采用Visual Basic高級(jí)編程語言，研制出“單眼孔連接金具強(qiáng)度計(jì)算應(yīng)用程序”，并生成可執(zhí)行的exe應(yīng)用程序。經(jīng)過調(diào)試和驗(yàn)證，計(jì)算結(jié)果可靠。該應(yīng)用程序采用界面友好的GUI系統(tǒng)，可視化強(qiáng)，操作簡單方便，避免設(shè)計(jì)人員重復(fù)性使用復(fù)雜的公式計(jì)算帶來的計(jì)算錯(cuò)誤，提高設(shè)計(jì)可靠性、準(zhǔn)確性，提升工作效率，可為工程設(shè)計(jì)人員提供借鑒和參考。