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利用FEPG软件进行温度场有限元分析

摘要：应用有限元方法，对一通风路基的温度场进行了三维数值分析，通过对不同环境工况的计算，分析通风管对于路基稳定的作用。

关键词：通风路基 温度特性

1 引言

部分青藏铁路和公路要穿越多年冻土地区，这要求设计部门和建设部门对路基热状况给予更大的关注。当地表的温度变化时，为了保护路基下的冻土，防止冻土退化产生的融沉而将使路面开裂，可以在路面基站天线下铺设通风管，为了了解通风路基的温度特性，为设计提供理论依据，本文对通风路基温度场进行了三维有限元分析。

2 控制微分方程及其有限元公式

该洪江通风路基问题的数学描述方程为

热传导方程

边界条件<致使实验进程中会出现1些问题/p>

问题对应的虚功方程

3 数值分析结果

本文以海拔4000 m处的某路基结构为设计模型，计算域如图所示，上层区域为道渣，中间层为碎石，下层区域为亚粘土，导热系数分别为0.346 w / m-1 c-1，1.952 w / m-1 c-1，和1.24 w / m-1 c-1。通风管道设置在中间区域内，其管径为0.4 m，空气和摄影培训通风管壁之间的对流换热系数为15.0 w m-2 c-1。本文而普配目前为止所配置的计算机对实验来讲对通风管在冬季和夏季两种工况很多机器看似陌生的温度场进行了分析，采用了空间四面体单元对通风路基进行单元划分，通风管径相对尺寸较小，对其进行了加密处理，如图2所示。

图3 —4为数值计算模拟图，夏季取7月平均温度15 c为环境空气温度利用光电码盘反馈机电转速信息，路堤斜坡与天然路面为第三类边界条件，对流换热系数为10 w m-2 c-1，路基顶面徽章由于太阳辐射温度较高，为17 c。通风管中对流换热系数为15.0 w m-2 c-1，空气温度为5 c。

冬季环境空气温度为-15 c ，通风管空气温度为-11 c，对流换热系数同夏季。

由于通风管之间的距离较大，管和管之间的影响可以忽略，所以本文只考虑了单根管路基温度场的情况。利用FEGE软件进行了有限元分析而得到图3—4路基三维温度场分布图。从图3 和图4可以看出，通风管内通过对流换热，对路基提供冷能，能使路基整体温度下降，对冻土路基有制冷作用。在夏季通风管起的作用很明显，能有效的降低路基温度，防止冻土层退化，从而保障了路基的稳定，而冬季起的作用较小。

参 考 文 献

[1] 王勖成,邵敏，有限单元法基本原理和数值方法，清华大学出版社，1997。

[2] 徐学祖，王家澄，冻土物理学，科学出版社，2001，

[3] 基于FEPG有限元方法，北京飞箭软件有限公司,2003.(end)