加固计算

关键词： 环境 使用 计算机 系统

加固计算（精选九篇）

加固计算 篇1

1 分类

军用加固计算机按其加固形式的不同可以将其分为两种形式, 即一次加固和二次加固。

◆一次加固是指先筛选商用计算机机型, 选择符合指标要求的机型, 再在保留其整体体系结构不变的前提下, 进行逻辑简化、逻辑分块、元器件选用、各模块的热设计、强度设计、机箱的加固设计等的模块的重新设计, 因此也叫做先天性加固。又由于只在板级层面改装加固, 还可以称作板级加固。

◆二次加固是在选定计算机机型后, 选用原有商用机的母板、插件板、电源和其它部件, 然后对加固机箱进行重新设计, 通过进行某些加固措施或采用某些关键技术以满足气候环境 (高温、低温、潮湿) 、力学环境 (冲击、振动) 和电磁环境条件的要求, 因此也称后天加固或环境加固。

2 标准

目前, 由于军用加固计算机应用在不同的指挥系统和操作系统中, 由于其功能的多样性和工作环境的差异性, 在我国从事设计、生产军用加固计算机的厂家不只一家, 这就要求设计生产加固机的厂商必须严格贯彻执行统一的标准, 然后按此标准对加固机进行鉴定和交验, 以确保提供合格的加固机给用户。

我国的军用加固计算机标准有:

◆GJB511-88军用微型计算机通用

◆GJB322-87军用小型通用技术条件

◆GJB151军用设备和分系统电磁发射和敏感度要求

3 关键技术

由于军用加固计算机主要应用于各种特殊环境和复杂、恶劣环境, 所以其关键技术主要集中在数据安全、可靠等方面。

3.1 安全性

3.1.1 数据安全性

军用加固计算机的数据安全技术主要是对数据进行加密, 具体如下:

1) 针对用户生理特征的不同对计算机进行加密, 如进行指纹识别等;

2) 通过输入口令进行加密, 如开机登录密码、TCM硬件加密等。

军用加固计算机最新的一种安全技术是硬盘自毁技术, 该自毁操作可以通过人为操作和网络控制发送自毁命令。具体如下:

◆人为操作:通过按下计算机本身自带的一键销毁按钮实现;

◆网络控制:用户在离开时未能及时按下一键销毁按钮, 通过控制中心用北斗卫星或GPRS无线向军用加固计算机发送自毁命令实现自毁操作。

军用加固计算机收到自毁命令后, 通过触发内部自毁电路对硬盘进行物理或化学损坏, 使硬盘数据永久不可恢复, 最大限度的保证了计算机的数据安全。

3.1.2 电磁信息安全性

军用加固计算机在工作时不可避免的会产生电磁波辐射, 这些辐射中携带有计算机正在处理的数据信息。尤其是显示器, 由于显示的内容是给人阅读的, 是不加任何保密措施的, 所以其产生的辐射是最容易造成泄密的。产生的电磁波通过空间对外辐射, 如果使用专门接收器对这些电磁波进行接收, 再利用技术手段加以编译还原, 就可能得到军用加固计算机工作时的数据信号。军用加固计算机泄密渠道:

1) 显示器电磁辐射泄密;

2) 计算机主机电磁辐射泄密;

3) 打印机电磁辐射泄密;

4) 电源线传导辐射泄密。

防止加固计算机电磁辐射泄露信息的主要技术有:干扰技术, 屏蔽技术和低辐射技术。

◆干扰技术

信号干扰技术主要是利用电子对抗技术原理, 把发射出来的干扰信号的电磁波和涉密计算机辐射出来的电磁波混合在一起, 利用不同技术方法实现与辐射信息的关联, 产生大量相同频谱特性的随机干扰信号, 以掩盖原泄露信息的内容和特征, 达到破坏原辐射信号形态的目的, 使窃密者即使截获这一混合信号也无法提取其中的信息, 降低其被编译解码还原的可能性。

◆屏蔽技术

1) 屏蔽技术分类

电子技术的广泛应用产生了多种形式的电磁干扰, 干扰被完全彻底地消除是不可能的, 但是可以根据电磁兼容性原理和反射衰减理论, 采用许多措施来减小电磁干扰, 将其控制在一定的范围之内, 从而保证电子设备或系统的兼容性。屏蔽技术即为常用的一种抑制和削弱电磁干扰的措施。屏蔽就是对两个空间区域之间进行金属的隔离, 以控制电场、磁场和电磁波由某一区域对另一区域的感应和辐射。它包括两个含义:一是主动屏蔽, 即将电路、电缆或整个系统的干扰源包围起来, 限制内部能量泄漏处内部区域;二是被动屏蔽, 即用屏蔽体将接收电路、设备或系统包围起来, 防止外来的干扰能量进入某一区域。在加固计算机中, 屏蔽技术主要是通过切断干扰源的耦合途径, 从而有效地减少干扰的影响。

根据干扰可以通过磁场、电场或电磁场耦合进入到加固计算机中, 可以将屏蔽分为电场屏蔽、磁场屏蔽和电磁场屏蔽。

a) 电场屏蔽

电场屏蔽是抑制噪声源和受干扰设备之间由于存在电容耦合而产生的干扰。电场屏蔽包括静电屏蔽和低频交变电场屏蔽。电场屏蔽主要适用于噪声源是高电压、小电流时。

电场屏蔽设计要求:

(a) 屏蔽体的材料以良导体为好, 对厚度无要求;

(b) 屏蔽体的形状对屏蔽效能有明显影响;

(c) 屏蔽体要靠近受保护的设备;

(d) 屏蔽体要有良好的接地。

b) 磁场屏蔽

磁场屏蔽通常是指对直流或低频磁场的屏蔽, 主要是抑制噪声源和受干扰设备之间由于磁场耦合所产生的干扰。磁场屏蔽包括静磁屏蔽和低频交变磁场屏蔽。磁场屏蔽主要是依靠高导磁材料所具有的低磁阻, 对磁通起着分路的作用, 使得屏蔽体内部的磁场大为减弱。

磁场屏蔽设计要求:

(a) 屏蔽体应选用高导磁率的材料, 但应防止磁饱和;

(b) 尽量缩短磁路长度, 增加屏蔽体的截面积 (厚度) ;

(c) 被屏蔽物体不要紧贴在屏蔽体上;

(d) 注意屏蔽体的结构设计, 缝隙或长条通风孔循着磁场方向分布;

(e) 对于强磁场的分布可采用多层屏蔽, 防止发生磁饱和;

(f) 对于多层屏蔽, 应注意磁路上的彼此绝缘。

c) 电磁场屏蔽

电磁场屏蔽主要用于抑制噪声源和受干扰设备距离较远时通过电磁场耦合产生的干扰, 是利用屏蔽体阻止电磁场在空间传播的一种措施。当电磁波到达屏蔽体表面时, 由于空气与金属的交界面上阻抗的不连续, 对入射波产生了反射;未被反射掉而进入屏蔽体的能量, 在向前传播的过程中, 被屏蔽材料吸收;在屏蔽体内尚未衰减掉的剩余能量, 传到材料的另一表面时, 遇到金属-空气阻抗不连续的交界面, 会形成再次反射、吸收。总之, 电磁屏蔽对电磁的衰减主要是基于电磁波的反射和电磁波的吸收。

2) 屏蔽技术的应用

电磁屏蔽对屏蔽体的要求有两个基本原则:a) 屏蔽体的导电连续性:整个屏蔽体必须是完整的、连续的导电体;b) 不能有直接穿过屏蔽体的导体。

机箱开孔处采取的屏蔽措施:屏蔽体上的孔洞是造成屏蔽泄露的主要因素之一。对于大部分的加固计算机机箱, 显示口、接插件、键盘/指示灯/开关、通风口这样的开孔往往是不可避免的, 如果不能采取较好的屏蔽措施, 会使整机的屏蔽效果大大下降。表1列出了对于这些常见机箱开孔处可以采取的屏蔽措施。

机箱结合处采取的屏蔽措施:屏蔽机箱上的不同部分的结合处不可能完全接触, 只能在某些点接触上, 构成了一个孔洞阵列。缝隙是造成屏蔽机箱屏蔽效能降级的主要原因之一。这类不导电的缝隙很容易产生电磁泄漏。解决这种泄漏的主要方法是在缝隙处填充导电材料, 消除不导电点, 具体可以采取以下措施:

a) 增大接触面的重合面积, 可以减小电阻、增加电容;b) 在可能的情况下, 接缝应焊接;c) 使用尽量多的紧固螺钉, 也可以减小电阻、增加电容;d) 保证紧固方法能够产生足够的压力, 以便使接缝处有变形应力、冲击、振动时能够保持表面接触;e) 保持接触面清洁;f) 使用电磁密封衬垫, 消除缝隙上的不接触点。

为了进一步增强机箱结合处的屏蔽效果, 可使用一些特殊的材料作为衬垫填充在机箱的结合处, 如导电橡胶、指形簧片、导电布衬垫、金属丝网衬垫、螺旋管衬垫等。

机箱内部的屏蔽措施:在加固计算机内部, 针对一些易产生干扰的设备或模块, 如电源、高频模块等, 需要对其进行单独屏蔽设计或将其设计在独立的腔室中, 这样就能很好的提高加固计算机的抗干扰技术。例如, 机箱上至少有一条电源电缆存在, 如果未对电缆妥善处理 (屏蔽或滤波) , 电缆会极大损坏屏蔽体。

◆低辐射技术

低辐射技术是指在设计和生产加固计算机时, 对可能产生电磁辐射的元器件、集成电路、连接线、显示屏等, 应用相关的EMC设计技术, 采取防辐射措施, 使加固计算机工作时产生的电磁波降到极低的水平, 从而达到减少加固计算机信息泄漏的目的。

3.2 可靠性

3.2.1 宽温特性

衡量军用加固计算机可靠性等级的一个重要指标是研究其宽温特性。目前军用加固计算机的工作温度普遍在-20~+40℃之间, 在普通环境下能基本满足其需求, 但在比较恶劣、复杂环境下已不能正常工作, 为了满足其使用需求, 军用加固计算机工作温度要求达到-40~+55℃或达到更高要求。电池、显示屏、硬盘以及电子元器件等是影响军用加固计算机宽温特性的一些主要部件。

目前各个厂家研发加固计算机大部分还是依靠锂离子电池供电。由于锂离子本身固有的物理特性, 即在低温-20℃下锂离子活性降低, 仅能维持在常温下的15%左右, 这导就致电池容量降低, 供电时间减少。大部分加固计算机显示屏低温工作温度为-10℃, 使用现有加热技术, 装配加热板可使显示屏正常工作在-40℃环境下。现有市场主流硬盘低温工作温度仅能达到0℃, 要想使军用加固计算机工作在-40℃环境下, 通常有两种实现方法:一种是使用宽温SSD固态硬盘, 但价格昂贵, 成本较高;另一种是在现有普通机械硬盘上增加加热膜实现。

3.2.2 热设计

由于计算机各模块置于密闭加固机箱中, 各模块工作都会发热, 如果产生的热量无法及时排出, 各模块就会长期工作在高温环境下。因而在加固机中必须进行严格的热设计。在机箱设计中可以利用传热的三种方式进行机箱的热设计, 即增大热传导方式的设计、增大热量的对流、辐射技术。

1) 增大热传导方式的设计:

◆缩短导热路径的长度;

◆增加导热的截面积, 如使用蜂窝状导热风道;

◆选择导热系数大的材料;

◆增大接触面压力, 接触处涂导热填充剂以减少接触热阻。

2) 增大热量的对流:

◆采用风机实现强迫对流;

◆根据所消耗的功率选择风机, 风机类型决定了风的流量和速度, 也决定了散热的效率。

3) 辐射技术

加固机的壳体采用黑漆涂覆能有效将热能转化为电磁波, 以热辐射的形式向外传送。

3.2.3 抗振动、冲击设计

电子设备工作在复杂且恶劣的力学环境中是造成设备故障的主要原因之一。在电子设备所处的机械环境中, 各种机械力和干扰形式都有可能对设备的可靠性造成危害。其中危害最大的是振动和冲击。

常见抗振动、抗冲击加固措施:

1) 机箱采用整体焊接工艺, 增加机箱的刚度;

2) 连接件采用高可靠针状插座, 增加接触面积, 提高耐振和抗冲击能力;

3) 面板上的插座, 模块板上的连接插头采用硅橡胶灌封, 避免冲击, 振动引起断线;

4) 模块板上活动器件必须安装压板, 防止元器件松动;

5) 模块板上安装两根加固条, 再加上导热板, 增强模块板抗振动和抗冲击。

4 总结

本文粗略论述了军用加固计算机的发展、分类、贯彻执行标准以及涉及到的关键技术。简单介绍了干扰技术、屏蔽技术、低辐射技术、宽温技术、热设计、抗冲击、抗振动的设计, 其中的一些技术在我国还存在有一定的局限性, 在一些方面还不够成熟, 仍需进一步进行研究。

摘要：概述了军用加固计算机的发展和分类, 军用加固计算机应当贯彻的标准。从安全性和可靠性方面简单介绍了军用加固计算机涉及到的关键技术, 其中包括干扰技术、屏蔽技术、低辐射技术、宽温技术、热设计、抗冲击、抗振动的设计等。

关键词：军用加固计算机,屏蔽技术,热设计

参考文献

加固计算 篇2

一、工程概况

大同市永久村鱼鸟花卉文化市场9#A楼、9#B楼及10#楼位于山西省大同市南郊区，南邻开源东街，西为友谊街，东邻大同市环卫局用地，北面为殡仪馆。三栋建筑的结构形式均为框架结构，基础采用钢筋混凝土筏板基础，局部采用钢筋混凝土独立柱基，条形基础，建筑物室内地面标高±0.000相当于绝对高程1052.08m。室内外高差0.15m。建筑结构安全等级为二级，地基基础设计等级为丙级，设计使用年限为50年，建筑抗震设防类别为标准设防类，抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度值为 0.15g，设计地震分组为第一组，框架抗震等级为三级.。其中9#A楼和10#楼设一层地下停车库，车库出入口设置在4#楼东侧;9#B楼中间增加一层楼板，地下设水池与水泵房通过4#过街楼下部地下通道进入9#A楼、10#楼地下车库；9#A楼、9#B楼和10#楼屋面局部为钢屋架。

目前三栋建筑物正处于施工阶段，地基基础及地下一层均完工，上部结构各栋楼进度不一。现根据业主需要，拟对拟建三栋结构进行加层改造，考虑在现有结构基础上增加一层或二层，或局部二层。

二、加层改造计算初步结论(一)加层方案

结合现场情况和结构实际情况，加层方法采用直接加层法较为可行。直接加层法，即在原有房屋上不改变结构承重体系和平面布置，直接加层的方法。适用于原承重结构与地基基础的承载力和变形能满足加层的要求，或经过加固处理后即可直接加层的房屋。直接加层方案具有合理的结构体系，明确的传力路线和计算简图，结构的整体性较好，并可保证加层后新旧结构的协调工作。实际操作时可考虑按原柱网布置体系，采用钢筋混凝土框架结构直接进行加层。

1、在原结构上整体增加一层，局部增加两层

对9#B楼加层方案为：将轴线A-B/1-

14、E-F/1-14之间区域增加一层，即将该区域混凝土柱头升高4.5m,增加一层；将轴线B-F/1-14之间区域增加两层，一层为4.5m高，二层为2.3m高，总高6.8m。上面仍设置钢架屋面。加的楼层建筑功能为商场和办公室。

对9#A楼及10#楼加层方案为：将轴线A-B/1-14(15)、E-F/1-14(15)之间区域增加一层，即将该区域混凝土柱头升高4.5m,增加一层；将轴线B-F/1-14(15)之间区域增加两层，一层为4.5m高，二层为2.3m高，总高6.8m。上面仍设置钢架屋面。加的楼层建筑功能为商场和办公室。

2、在原结构上整体增加二层，局部增加三层

对9#B楼加层方案为：将轴线A-B/1-

14、E-F/1-14之间区域增加二层，即将该区域混凝土柱头升高4.5m×2,增加二层；将轴线B-F/1-14之间区域增加三层，第一层为4.5m高，第二层为4.5m高，第三层为2.3m高，总高11.3m。上面仍设置钢架屋面。增加的楼层建筑功能为商场和办公室

对9#A楼及10#楼加层方案为：将轴线A-B/1-14(15)、E-F/1-14(15)之间区域增加二层，即将该区域混凝土柱头升高4.5m×2，增加二层；将轴线B-F/1-14(15)之间区域增加三层，第一层为4.5m高，第二层为4.5m高，第三层为2.3m高，总高11.3m。上面仍设置钢架屋面。加的楼层建筑功能为商场和办公室。

（二）加层设计初步试算结论

根据业主加层需要，现采用中国建筑科学研究院开发的设计软件PKPM中SATWE模块对该楼结构加层进行初步模拟计算分析，因建筑功能不改变，故计算时结构荷载取值同原设计。

1、在原结构上整体增加一层，局部增加两层

按此方案进行加层改造时，9#B楼现有地基承载力基本满足承载要求，尚不需加固；现有基础抗弯承载力及抗冲切承载力稍显不足，各基础平均差15%，需加固；底层个别柱现有承载力不足，差约30%，需加固。

9#A楼和10#楼现有地基承载力稍不满足承载要求，需加固；现有基础抗弯承载力及抗冲切承载力不足，各基础平均差25%，需加固。底层少数柱现有承载力不足，相差较多，个别差到约40%，需加固。

2、在原结构上整体增加二层，局部增加三层

按此方案进行加层改造时，9#B楼现有地基承载力不满足承载要求，相差约40%，需加固；现有基础抗弯承载力及抗冲切承载力不足，各基础平均差35%，需加固；底层部分柱现有承载力不足，差约50%，需加固。

9#A楼和10#楼现有地基承载力不满足承载要求，相差约40%，需加固；现有基础抗弯承载力及抗冲切承载力不足，各基础平均差40%，需加固。底层部分柱现有承载力不足，相差较多，少数差到约60%，需加固。

3、初步结论分析

综上，采用在原结构上整体增加二层，局部增加三层的加层改造方案，地基基础及下部柱承载力严重不足，必须进行加固。加固工程量大，工期长，加固代价较高，其经济性、可行性均较差。故不建议采用此加层改造方案。

当采用在原结构上整体增加一层，局部增加二层的加层改造方案时，地基基础及下部柱承载力虽也有不足的现象，但总体相差不多，平均在25%。对于这种情况，可以针对上部结构和下部结构及地基基础，双管其下，对上部加层结构，尽量采用自重较轻的装修材料及填充墙体，减小结构竖向荷载和水平地震作用，改善下部结构及地基基础的受力状况；对下部结构及地基基础，采用适当的加固手段，可以在投入较小的加固改造经济代价时实现加层改造需要。

三、加固处理思路

（一）地基基础

当地基基础承载力不足时，应进行加固。加固设计依据既有建筑地基基础加固技术规范（JGJ123-2000）进行。根据实际情况基础可采用加大截面法进行加固，对于地基可采用注浆加固法进行加固，当基础加大截面较多时，如将条形基础和独立基础改为筏板基础，当较多的增大基础底板面积时，可减小基底压力，也可不进行地基加固。

加大截面法加固基础施工流程：加固表面清理→补配钢筋→支模→湿润混凝土表面→灌浆料配制→灌浆→养护→脱模。注浆法加固地基适用于砂土粉土粘性土和人工填土等地基加固。一般用于防渗、堵漏提高地基土的强度和变形模量以及控制地层沉降等。

（二）底层混凝土框架柱

原混凝土构件拟采用粘贴碳纤维布加固法进行加固。加固设计依据《混凝土结构加固设计规范》GB50367-2006及相关施工图集进行，并以《建筑结构加固工程施工质量验收规范》GB 50550-2010 为验收标准。

碳纤维施工流程：混凝土表面处理→配制并涂刷底层树脂胶→配置找平材料并对不平整处修复→配制并涂刷浸渍树脂胶粘帖碳纤维片材→表面防护。

四、说明

浅谈某施工升降机的基础加固计算 篇3

【摘 要】本文主要通过的升降机基础加固计算，其基础坐落在地下室顶板上，经过加固计算，值得同行参考。

【关键词】施工升降机；基础；加固；计算

0.工程概况

本工程地下1层，地上28 层，建筑高度90.85m，建筑总面积18890.71；结构类型均为框剪结构。该人货电梯基础座落于地下室顶板上，标高-0.9m，地下室顶板板厚250mm，配筋Φ12@150，强度C30，满足要求。

1.地下室顶板加固施工方案设计

为保证施工升降机正常运行及楼面安全，拟采用如下加固方案：采用钢管（Φ48×3.0）搭设满堂脚手架架（支撑面为6m×4m），把地下室顶板上的荷载传至地下室底板以满足安全施工要求。满堂架搭设时采用立杆上加可调顶托，顶板上用方木（45×75mm）作为主龙骨的支撑体系。立杆间距500mm，架体正下方加密至30cm，底部垫方木，水平拉杆步距小于1200mm，共三道，45度角剪刀撑隔两条立杆连续设置到顶。为确保施工电梯荷载能有效传递至地下室顶板，可调顶托必须旋紧，并要求上、下层立杆位置相对应。

2.地下室顶板加固计算

2.1参数信息

2.1.1施工升降机基本参数

施工升降机型号：SC200/200B；吊笼形式：双吊笼。

架设总高度：95.0m；标准节长度：1.508m。

底笼长：3.2m；底笼宽：1.5m。

标准节重：170kg；对重重量：1800kg。

单个吊笼重：1480kg；吊笼载重：2000kg。

外笼重：1225kg；其他配件总重量：200kg。

2.1.2荷载参数

施工荷载：4kN/m2。

2.1.3钢管参数

钢管类型：Ф48×3.0；钢管横距：500mm。

钢管纵距：500mm；钢管步距：1000mm。

模板支架立杆伸出顶层横向水平杆中心线至模板支撑点的长度：0.2m。

2.2荷载计算

根据《设备说明书》

基础承载N=（吊笼重+围笼重+导轨架总重+对重重+载重量）×安全系数×9.8N/kg。

=（1600×2+1480+170×38+1800×2+2000×2）×2.1×9.8

= 38640kg×9.8N/kg

= 382004N

= 382kN

基础底座平面尺寸为 6000×4000mm，则地下室顶板承压。

P=382/（6×4）=15.9kN/m2。

2.3立杆验算

以最大荷载对立杆进行验算，不考虑钢筋砼上梁的承载力，则传给每根立杆的力为：N=15.9×0.5×0.5=3.975kN

查《施工手册》

当水平步距为1500mm时，立杆（48×3.0钢管、对接方式）允许荷载【N】=30.3kN>3.975kN。

查建筑材料手册得，可调顶托的允许荷载【N】=20kN>3.975kN。故立杆受力满足要求。

2.4混凝土强度验算

为方便计算，假设载荷全部集中并均匀分布于底座的两条槽钢[12（b×h=53×120），计算如下：

两槽钢与混凝土楼面的接触面积

S=（53mm×3300mm）×2

=349800mm2

据前项计算，本施工电梯荷载N=378.8kN。

则混凝土单位面积承载P=378.8/349800

=0.0011kN/mm2

=1.1N/mm2

查《施工手册》，强度等级为C30混凝土强度设计值轴心抗压为【P】=16.3N/mm2>1.1N/mm2

2.5楼板破碎应力验算（按1m长度截面计算）。

（1）楼板1m长度截面含钢率：U=Fu/（b×h0）。

配筋采用 双层Φ12@150。则截面布筋面积Fu=1132mm2。

截面长度 b=1m=1000mm。

楼板有效高度h0=250-30=220mm。

则 U=1132/（1000×220）=0.00515

（2）混凝土强度计算系数α=U×Rα/Ru。

据《施工手册》。

Rα（钢筋强度），HRB400，设计强度Rα=360N/mm2

Ru（混凝土强度），C30，设计强度Ru=16.3N/mm2

则α=0.00515×360/16.3=0.11

则A0=α×（1-α）=0.10

（3）断面可承载最大弯矩【Mp】=A0×b×h02×Ru

=0.10×1000×2202×16.3

=7889200N·mm

=78.89KN·m

（4）实际最大跨中弯矩。

立杆支承间距为500mm，假设荷载全部集中并均匀分布于底座的两条槽钢（长为3.3m），按可能的最大弯矩验算，即槽钢正好位于两排立杆的正中间。

此时计算跨中弯矩最大值可简化为按简支梁计算，见图1。

每米截面最大弯矩W=1/4×P×L

=1/4×[382/（2×3.3）]×0.5

=7.3KN·m<78.89KN·m

（5）若底座槽钢正好与底板下钢管顶撑排列位置重叠，则此项弯矩计算按均布载荷连续梁计算，可忽略不计（见图2）。

2.6顶托上垫方木承压强度验算

方木主要承受支撑点的承压强度计算，按前项荷载计算及立杆验算，每根立杆所受压力N=6.0kN。

方木支撑接触面积为45×75=3375mm2

则单位面积压力fc=6.0kN/3375mm2=1.78N/mm2

查《木结构设计手册》，南昌针叶松最弱顺纹压应力为：

【fc】=10N/mm2>1.78N/mm2

良图沟水库加固设计的稳定计算 篇4

关键词：水库,除险加固,大坝,溢洪道,输水洞

良图沟水库为粘土心墙坝, 水库枢纽的主要建筑物包括大坝、溢洪道、输水洞三部分, 水库运行30多年无人管理, 坝高不满足防洪要求, 前后坝坡较陡, 前坝坡块石风化严重, 局部坝体已裸露在外, 坝体有被淘涮的危险, 但未发现有渗漏及管涌现象, 后坝脚未见排水体。溢洪道因运行多年, 底板风化, 输水洞进口闸门及启闭设备不能正常工作。诸多问题对水库安全运行不利, 急待解决。

1 坝体加固方案

大坝加高, 坝顶高程为202.76米, 防浪墙顶高程203.96米, 坝顶宽为4米, 防渗体为钢筋混凝土防渗墙, 顶宽0.5米, 为重力式断面, 前后坝坡坡比均为1:2.5, 前坝坡0.3米厚干砌块石, 0.2米厚碎石, 0.1米厚粗砂。后坝坡0.1厚碎石护坡, 后坝脚设棱体排水。

2 溢洪道加固方案

溢洪道底板拆除重新衬砌0.3米厚钢筋砼, 低洼处用毛石混凝土填筑, 左侧边墙拆除重建, 右侧山体风化带新建90米边墙, 溢洪道尾端15米设铁线石笼护坦。

3 输水洞加固方案

输水洞进口清淤, 增设启闭设备, 对工作桥启闭台进行维修, 出口消力池拆除重建。考虑水库淤积问题, 进口抬高, 在输水洞前建钢筋混凝土竖井, 井顶高程为新设计水库死水位。

4 大坝加固设计

因水库大坝坝高不满足防洪要求, 需要加高1.5米, 心墙现顶高程201.1米不变, 设钢筋混凝土防渗和防浪墙, 大坝前后坝坡坡比均为1:2.5, 重新铺砌30cm干砌块护坡、20cm厚碎石垫层、10cm厚砂垫层, 后坝坡10cm碎石护坡, 后坝脚设棱体排水。

(1) 设计洪水位加正常运用情况的坝顶高程

(2) 校核洪水位加非正常运用情况的坝顶高程

以上计算成果, 设计防洪标准P=3.33%的坝顶高程202.12米, 校核防洪标准P=0.33%的坝顶高程203.96米。取其大值, 现状坝顶高程为202.45米, 该坝顶高程高于现状坝顶高程, 说明现坝高不满足要求。

5 大坝渗流稳定计算

(1) 计算工况:依据《小型水利水电工程碾压式土石坝设计导则》确定。

1) 正常工作条件: (1) 正常蓄水位上、下游坡的稳定渗流期; (2) 设计洪水位上、下游坡的稳定渗流期; (3) 1/3水位上、下游坡的稳定渗流期;2) 非常运用条件:校核洪水位上、下游坡的稳定渗流期

(2) 计算原理:采用北京理正软件设计研究院编制的《理正边坡稳定分析软件》计算坝坡抗滑稳定安全系数。

经计算可知, 边坡稳定系数大于规范允许的安全系数, 所以土坝的边坡是稳定的。

6 溢洪道加固设计

位于右岸开敞式溢洪道, 由进口引渠段、宽顶堰、陡坡段组成, 全长223.5m, 堰顶高程198m, 净宽25.0m, 堰长15米, 引渠段长5米, 陡坡段长度193.5m, 底坡0.01。底板低洼不平, 其中有20米长2米多深的坑, 本次溢洪道表面清淤后, 底板重新衬砌, 厚度为0.3米, 两侧边墙一部分产生倾覆, 本次拆除重新砌筑, 右侧山体段一部分岩体风化, 本次在山体风化带修90米边墙, 以利于工程排险。

溢洪道水面线计算

采用300年一遇洪水标准对溢洪道控制段进行泄洪安全复核。进口引渠段及堰体段采用明渠均匀流进行计算, 陡槽段按300年一遇洪水相应最大泄量为342.07m3/s分段求和法进行水面线推求。

陡槽计算

1) 用求出陡坡起点水深作为起点控制断面的水深, 式中:a=1.05, 计算结果hk=2.71米。

2) 采用公式试算陡坡段h0=1.8m<2.71m (h0

3) 用分段求和法试算陡坡段水面线。

式中:△L-溢流段长度;-溢流段的平均水利坡度;

从计算结果上看, 溢洪道边墙满足于《水利枢纽工程除险加固近期非常运用洪水标准的意见》300年一遇洪水的要求。从以上计算结果可知, 溢洪道墙体高满足300年一遇泄量要求, 不需要加高。但溢洪道边墙局部产生倾覆, 浆砌石墙体冻融严重, 当时是“三边”工程, 施工质量得不到保证, 本次边墙全部拆除重建。

7 溢洪道新建边墙稳定计算

7.1 桩号0+012段墙体稳定计算:墙高6米、坡比1:0.5, 其它数据同前。

1) 挡土墙的自重W1=66, W2=198, W3=99;

2) 回填土重回填土容重γ=18 W4=162, W5=27;

3) 总垂直力∑N=W1+W2+W3+W4+W5=552;

4) 主动土压力Pa

5) 总水平作用力∑T ∑T=158.76

6) 基础底面积土上的摩擦系数Kh

7) 抗倾覆力矩与倾覆力矩

7.2 溢洪道桩号0+85段原重力式挡土墙的稳定计算:

7) 抗倾覆稳定安全系数1.05

满足稳定要求。

8 结论与建议

根据大坝现状加固方案准备了三个, 第一方案是前后坝坡培厚加高, 粘土心墙加高到校核洪水位203.24米;第二方案是大坝坝坡在培厚后满增设钢筋混凝土防渗墙, 坝顶加防浪墙;第三方案是在大坝培厚后不加高大坝, 加宽溢洪道。因良图沟水库坝坡不满足稳定要求, 粘土心墙不满足防渗要求, 所以无论选择哪种方案, 都要前后坝坡培厚至稳定状态, 第一方案水库淤积严重, 库区取土方便, 但交通不便, 筑坝材料要二次倒运, 且防渗体不满足防冻要求, 第三方案从除险加固方面考虑比较合理, 但是溢洪道右侧山体后是耕地, 如果拓宽溢洪道, 那么就需要征占地, 投资会相对较大些, 而大坝加高0.3米后再加1.2米的防浪墙是比较经济科学的。所以建议选择第二方案。

参考文献

[1]中华人民共和国行业标准《溢洪道设计规范》SL274-2001.

[2]《辽宁省大中型病险水库除险加固初步设计大纲》.

增大截面法加固拱桥承载能力计算 篇5

目前,随着车流量的增多和大量超重车辆的出现,使得许多石拱桥受到不同程度的破坏,对其进行有效的加固改造是目前运用较为广泛的方法。拱桥的加固方法[1]很多,目前常用的有增大主拱圈截面法、粘贴加固法、改变结构体系加固法、外部预应力加固法和释能法等。本文以实际工程为背景,通过采用增大截面法,即原拱下增设新拱圈的方法,对湖南省溆浦后村湾大桥进行加固。通过合理的分析,认为在原主拱圈下增设新的拱圈共同受力的组合加固方法切实可行,且便于施工,能有效的提高石拱桥[2]的承载能力。

1 主拱圈增大截面加固法承载能力计算

1.1 基本假设

1)加固层和原结构粘结良好,连接可靠,可保证在界面材料没有达到峰值应变的情况下,活载作用时新旧结构共同工作,变形协调[3];2)满足平截面假设;3)钢筋混凝土受压时不考虑钢筋,只考虑混凝土受压;4)不考虑钢筋的受力,作为加固层的安全储备[4]。

1.2 加固规范[5]中的正截面抗弯承载力计算

依据规范要求,主拱圈下增设新拱圈后的增大截面承载力计算方法如下:

在矩形截面钢筋混凝土受弯构件的受拉区进行抗弯加固时(见图1),其正截面受弯承载力应按下列公式计算:

混凝土受压区高度应按下式确定:

fcd1bx=fsd1As1-f′sd1A′s1+σs2As2 (2)

σs2=εs2Es2≤fsd2 (3)

混凝土受压区高度尚应符合下列条件:

2a′s1≤x≤ξbh01 (4)

当x<2a′s1时,正截面抗弯承载力按下式计算:

γ0Md≤fsd1As1(h01-a′s1)+σs2As2(h02-a′s1) (5)

2 增大截面法的工程应用

2.1 工程概况

后村湾大桥原桥为四跨石拱桥,位于湖南省溆浦县低庄镇境内S225省道上。桥梁全长153.8 m,桥面宽度为净—7 m+2×0.5 m(栏杆)。主桥孔径布置为4×净32 m,净矢跨比为1∶7.2,拟合拱轴系数m=2.240,主拱圈为“山”字形截面,等效高度为0.908 m,拱圈宽度为7.5 m。下部结构采用重力式桥台和重力式桥墩,根据检测提供的结果,桥台均为M7.5浆砌Mu30块石。根据检测结果,该桥的承载力只能满足汽—13,拖—60的荷载等级要求。

该桥主要病害:主拱外观整体较好,但接缝砂浆存在普遍脱空,并出现混凝土老化、剥落和漏水等病害现象。全桥腹拱拱顶横向裂缝基本贯通,出现蜂窝麻面,接缝处出现渗水现象,拱脚处有明显的渗水痕迹和裂缝。桥墩台基础均有桥墩局部冲刷现象,但无局部冲刷造成桥台基础掏空现象。

2.2 增大截面法加固方案

运用增大截面法,在原拱圈底植入钢筋并挂钢筋网,浇筑40 cm C40微膨胀混凝土加大拱圈截面尺寸,如图2所示。

2.3 加固前后承载能力计算对比

利用ANSYS大型空间有限元软件[6]建立全桥实体模型,单元类型采用Solid65(8节点三维实体单元),单元总数117 079个,节点总数26 932个。

原桥建成已有30多年,不考虑收缩徐变的作用。主要考虑的作用有:恒载、汽车荷载(考虑冲击力)、温度作用(升温)。按照承载能力极限状态进行荷载组合1.2恒载+1.4汽车(考虑冲击力)+0.84(1.4×0.7)升温。约束条件为桥台和桥墩底部固结。

加固前,承载能力极限状态下,拱桥的挠度、拱圈的第一主应力计算结果分别如图3,图4所示。

加固后,承载能力极限状态下,拱桥的挠度、拱圈的第一主应力计算结果分别如图5,图6所示。

根据计算结果,列表作对比分析,如表1所示。

由表1可知,加固后跨中最大挠度降低了25.6%,拱圈第一主应力降低了38.9%,加固效果明显,拱桥的承载能力有所提高。因此,运用增大截面法实现了石拱桥承载能力的提高。

3 结语

运用增大截面法加固石拱桥,拱桥主拱圈加厚40 cm后,承载能力提高30%左右,加固效果良好。此桥加固后恢复通车两年多来,从现场检测结果及桥梁使用情况看,新加筑的拱圈未发现任何裂缝,全桥工作状态良好。后村湾大桥经加固后,基本达到了新旧拱圈共同受力的预期目标和受力效果,能够满足公路—Ⅱ级设计荷载的正常使用要求。因此,增大截面法加固石拱桥技术合理,施工可行,加固效果好,是中小跨径圬工拱桥的理想加固方法。

摘要：以湖南省某石拱桥为研究对象,运用增大截面法对拱桥进行了加固,依据规范的要求进行截面设计,并运用大型空间有限元软件ANSYS对加固前后的拱桥结构进行了受力分析,通过对分析结果进行比较,表明运用增大截面法对拱桥的主拱圈进行合理的加固改造,加固后承载能力提高30%左右,且无新增裂缝,加固效果良好。

关键词：拱桥,增大截面加固法,承载能力,计算

参考文献

[1]张树仁,王宗林.桥梁病害诊断与改造加固设计[M].北京:人民交通出版社,2000.

[2]Ng K H.Analysis of masonry arch bridge[D].Edinurgh:NapierUniversity,1999:21-23.

[3]JTG D62-2004,公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范[S].

[4]刘庆阳,周建庭,王玲,等.增大截面法加固石拱桥最小加固层厚度[J].重庆交通大学学报,2008,27(1):20-23.

[5]JTG/TJ62-2008,公路桥梁加固设计规范[S].

[6]Kent L.Lawrence.ANSYS Tutorial 10.0[J].Schroff Develop-ment Corporation,2005(3):36-38.

计算机系统加固技术探讨 篇6

1、计算机的加固技术

对于计算机系统加固中的计算机加固, 本文主要从散热、接口及抵抗外界电磁干扰这几方面进行探讨:

1) 毋庸置疑, 计算机是整个计算机系统的核心部位, 也是整个计算机系统的指挥中心, 因此能否长时间地进行可靠而稳定的工作是判断计算机系统优劣的前提。而计算机却需要经常处于高低温状态下运行, 散热性能在很大程度上直接影响着整个计算机的稳定性能, 所以散热问题应当首先考虑并解决。从目前的计算机系统加固技术现象看来, 计算机经常出现的运算速度慢, 游戏时延迟现象明显, 甚至出现死机等问题, 往往都与计算机散热性能不佳有关。目前, 计算机散热技术的方法主要有辐射、对流、传导这三种。而其中的热传导和对流技术在计算机系统加固技术中最常见。传导散热技术就是使电路板中的高热量器件通过中介与计算机中较大面积导热硬件保持良好的接触, 从而使计算机运行产生的热量迅速散发出去, 使得整个计算机体系能够在一个较低的有利温度范围内工作;而对流散热技术则需要计算机内有良好的风道, 并且必须使进风口对准如中央处理器等关键部件, 至于出风口则需要考虑到如何保证空气对流的效率。此外, 还要保持进风量与出风量大至处于一个平衡进出状态, 因为, 如果进出风量不平衡并过大往往会产生蜂鸣声, 从而影响用户的工作效率与心情。

2) 对于不同用途的计算机所处地环境不同, 许多计算机系统处于有振动的外在环境下工作, 往往使得计算机体系中的类接口出现瞬间松动现象。对于那些快速运行的计算机主板来说, 各种并行的数据甚至地址总线的松动将会带来不可估量的损失。所以, 以前那些“金手指”等民用接口技术在加固计算机系统中已逐渐被CPCI计算机加固技术代替。

3) 计算机体系抗外界电磁干扰技术需要注意以下几方面情况。一、要使数字信号与模拟信号分开, 而对于差分对信号则更应引起注意, 差分对信号外部之间必须像差分对信号内部之间一样平行走线。二、要尽可能使电源线平行走向, 且与时刻与信号传输方向相一致。三、要在电磁继电器、集成电路等部件的电源附近增设0.01μF~10μF等各种不同容值的电容来增加抗干扰能力。

2、显示设备的加固技术

对于计算机体系中显示设备的加固技术的探讨, 本文主要从以下两方面进行阐述:

1) 现代计算机系统加固技术将向着以高亮度的于液晶屏LED背光源取代传统的冷阴极灯管技术。于液晶屏LED技术是采用铝基板背光源以及恒流源驱动模式的LED矩阵模式, 从而使得显示器的工作效果更加安全可靠, 更适合用户的需求。而对于ZXLD1350电路, 其电压输入端由两脚GND端和四脚Vin协调输入适合的电压, 再通过三极管的基极送入并将波形调制成方波, 从而对三脚ADJ进行适当的调节处理, 来实现五脚Isense相对于一脚LX的输出电压的有效调节。其中用于进行脉宽调节的方形波可以直接由单片机的有效输出管脚来输出, 并且使电压峰值可在+3.3 V~5 V间调节。此外, 控制液晶屏LED背光源的方波频率不能太低, 否则将会使得液晶屏闪烁影响用户的视觉效果, 同时还要将矩阵板制成柔性印制板并使其固定在一块铝基板上, 再使该铝基板与机壳紧密相连, 这样还使得液晶屏LED矩阵产生热量可以通过铝基板在机壳上快速散去, 使液晶屏LED能够在一个合适的低温环境下稳定地工作, 达到理想的加固技术要求。

2) 计算机显示设备加固技术的另一要求就是进行抗电磁干扰处理。因为, 由于当今IT行业技术的飞速发展, 使得人们身边的电磁场变得复杂万分, 作为计算机系统的最主要输出设备的显示器, 其抗电磁干扰性能越来越受人们重视。LCD显示器的辐射主要是由RGB/LVDS信号处理模块和AC/DC电源模块等的干扰向外造成的辐射, 因此将带金属网的屏蔽玻璃加装到LCD的前方就可以到达液晶显示器电磁兼容加固技术的要求。同时还要对机箱内的模块进行屏蔽隔离或者在各个盖板与机壳之间装上可以导电的电磁信号屏蔽橡胶条, 以确保计算机系统能平稳高效地工作。

3、键盘和鼠标等部件的加固技术

计算机体系中键盘、鼠标等部件的加固, 往往需要确保用户能正确快速地进行操作或密封防水等方面的要求。所以, 最好选用密封效果好并防水的薄膜按键。而对于那些具有特殊功能按键, 则需要采取在软件处理过程的延时防抖技术, 只有这样才能效防止用户因错按、振动等带来的不必要的损失, 从而提高计算机体系工作的稳定性。

4、外部设备打印机的加固技术

根据计算机系统中外部设备——打印机的加固技术要求, 应该考虑防振及防水标准。打印机的防振设计一般考虑字车的防振, 因为字车是打印机内部最关键也是最薄弱的部件, 当遇到震动时往往会发生漏墨, 甚至会破裂等后果, 所以, 设计者对机箱的设计应科学地提高其固有频率, 来减少因振动带来的损失, 还要最大限度地减少机箱的重量和提高其刚度;打印机的防水要求则需要考虑更多的外界因素, 因为, 在露天的环境中打印纸张很容易受潮, 使得打印效果不理想, 甚至会导致打印机卡纸故障。所以, 要加固打印机就得先做好如何密封防潮。现在一般采用的方法是在打印机前后盖板与机壳之间压入防潮的橡胶条。此外, 还要在打印纸进出口处设置个可以自由活动的门, 当打印机休息时, 可以将门关闭起来使其达到密封效果, 从而提高打印机的效率。

5、计算机系统加固的技术要求

计算机系统加固的技术包括以下几方面的要求: (1) 机器性能:由于产品更新换代非常快, 而且各用户对产品的性能要求不一样, 因此只给出了参考值; (2) 硬件、软件、结构设计:各类的要求一致。 (3) 外观结构:各类的要求一致; (4) 电磁兼容:各类的要求一致; (5) 安全性:各类的要求一致; (6) 可靠性:可靠性虽然与环境条件有关, 但主要是根据产品要求提出来的。在标准中给出了MTBF的系列值, 这个系列中的任何一个值都不是针对某个具体环境; (7) 维修性:各类的要求一致。

总而言之, 随着当今计算机系统所处的复杂外部环境, 决定了计算机系统加固技术越来越受到人们的重视并且加固技术标准越来越严格, 使得其技术也在不断提高, 性能安全可靠的加固计算机系统将成为计算机发展的一种趋势。

摘要：本文通过对计算机系统显示设备、键盘、鼠标、打印机等计算机系统外围设备在外部复杂环境中的加固技术进行探讨。并使得抗振动冲击技术、电磁兼容性技术、通风散热技术及防湿热等技术在计算机系统加固领域中得到充分利用。

关键词：计算机系统,加固技术,外部环境

参考文献

[1]徐敏.计算机系统加固技术探讨[J].科技情报开发与经济.2009 (31)

[2]于洋.浅谈计算机网络系统平台的加固措施[J].黑龙江科技信息.2010 (16)

[3]刘玉生, 王江.浅谈城市园林绿化经济管理趋势[J].经济技术协作信息.2008 (17)

[4]程冬宁.浅谈我国中小城市园林绿化经济管理趋势[J].科学之友.2010 (0 3)

[5]于杰, 于华.城市园林绿化的经济管理趋势初探详[J].科技咨询导报.2007 (18)

CPCI加固计算机的散热设计 篇7

散热设计就是采用适当的方法, 控制产品内部电子元器件的温度, 使其在所处的工作环境条件下不超过最高允许温度, 以保证产品正常运行的安全性和长期运行的可靠性。理论计算与热仿真相结合是目前热设计的常用方法, 本文采用这种方法对CPCI加固计算机进行热设计。

1 问题描述

本研究对象的物理模型如图1所示, 为2U CPCI架构加固计算机, 安装在标准19英寸机柜内, 机箱深度480mm, 前面板外形尺寸482.6mm×88.1mm, 冗余电源位于机箱右侧, CPCI模块位于左侧, 板卡在后面板处拔插。CPCI模块共有4块3U CPCI板卡, 分别为通信单元 (两块) 、管理单元和密码单元, 其布局如图2所示, 其功耗如表1中所示。整机的功耗180W, 设备的工作温度范围为0℃-40℃。

2 风道设计

整机的热流密度为0.031W/cm², 由于发热器件分布较为集中, 且无法通过机壳进行有效散热, 故采用强迫风冷的散热方法。从整机布局中可知, 背板上空气流通面积较小, 风阻较大, 而电源周围空气流通面积较大, 风阻较小, 为增强板卡区域的空气流通, 在电源与板卡模块之间设计挡风板, 将机箱内分割成两个独立的风道, 分别用于电源和各板卡单元的散热。

为减小板卡单元处的风阻, 在背板上设计尽量大面积的通风孔。通风孔的位置选择兼顾板卡强度和板卡散热器件位置两方面的考虑。

据能量平衡关系可得, 系统总功耗与系统空气流量和温升的关系如下式:

其中, Q为系统的总热功耗, W;q为系统风量, m³/s;ρ为空气密度, kg/m³;cp为空气的比热容, J/kg·℃;ΔT为系统空气温升, ℃。

设备所处的环境温度为40℃, 选取系统空气温升ΔT=15℃, 因此, 特征温度Tm= (40+55) /2=47.5℃, 空气物性参数如下:

本设备的总热功耗Q=150W, 结合公式 (1) 可得:

考虑风量的泄漏损失及提高散热的可靠性, 经试验确定并在产品使用中验证, 取设计风量q'=2q=0.018m3/s。

参照上述设计风量q', 选取3个并联的60×25风扇, 其最大风量为0.023m³/s可满足设计风量需求。

3 散热片设计

板卡单元的CPU和桥片功耗较高, 需设计散热片以增加散热面积。基于经济性考虑, 散热片的材质选取导热系数较高的铝合金。

初始设计散热片参数为:外形尺寸68mm×58mm, 基板厚度2mm, 翅片高度H=8mm, 翅片厚度T=2mm, 翅片间距P=3mm。此时使用Flo THERM软件进行仿真, 此时的温度分布云图如图4所示, CPU温度为82℃。

由于仿真过程中模型存在一定的简化, 为保证热设计的可靠性, 在初始设计的基础上, 对散热片进行参数优化, 结果如表2所示。

参数优化结果表明, 第7种效果最佳, 结合实际的加工工艺, 最终选取的散热片参数为:外形尺寸68mm×58mm, 基板厚度2mm, 翅片高度8mm, 翅片厚度2.mm, 翅片间距2.5mm。

4 试验验证

按照GJB150A-2009 (军用装备实验室环境测试方法) 对整机在40℃高温测试4小时, CPU温度为79℃, 其它各项指标符合设计要求, 表明热设计方案是合理的。

5 结论

采用理论计算和热仿真的方法对CPCI加固计算机进行热设计, 并将试验结果与热仿真结果进行对比, 误差为6%, 可以证明Flo THERM的仿真结果是正确的。通过理论计算与软件仿真相结合, 在产品方案设计阶段发现结构设计中存在的问题, 在此基础上有目的地进行优化设计, 这可以大大缩短样机的研发周期。

摘要：为解决某CPCI加固计算机的散热问题, 本文采用热设计的基本理论, 并结合热仿真, 优化了散热风道和散热片, 对此类构造机器的散热设计具有指导作用。

关键词：加固计算机,散热片,优化,数值计算

参考文献

[1]赵惇殳.电子设备热设计[M].北京:电子工业出版社, 2009.

[2]余建祖, 高红霞, 谢奇永.电子设备热设计及分析技术[M].北京:北京航空航天大学出版社, 2008.

加固计算机多学科优化技术研究 篇8

加固计算机作为指控系统的核心, 为了适应越来越高的功能、性能和环境适应性要求, 其复杂程度也越来越高。复杂性, 是加固计算机系统的特征, 这也决定了其设计必定会涉及很多其他学科, 而设计中无法避免要运用电路设计、可靠性、维修性、保障性、安全性、测试性等领域的知识, 每个领域都形成了一套自身的设计和优化方法, 但各个领域之间在设计过程中缺乏关联, 最终形成了一个个的“学科孤岛”。

随着各个学科专业技术的发展, 各个专业设计人员用各自领域内的设计方法进行设计, 既没有考虑各个学科之间的耦合关系, 又没有对整个系统的设计方案进行分析评估和优化。目前加固计算机的设计迫切需要找到一种综合考虑各方面影响的设计技术, 以提高加固计算机的可靠性。为此将多学科设计优化技术引入到加固计算机的设计过程中, 研究运用多学科设计技术提高加固计算机的可靠性。

2 多学科优化设计方法

在传统的加固计算机设计过程中, 各个学科之间采用分别进行设计和优化的方式, 虽然借助计算机辅助设计和分析工具, 可以加快设计过程、减少试验次数和时间, 但是由于在设计优化过程中没有考虑各个学科之间的相互影响, 无法得到系统的最优解, 往往在产品试验过程中才暴露出各方面的问题, 造成重新对产品进行设计优化, 重新生产样机进行试验验证, 这种反复过程使得设计周期变长、设计成本增加。

多学科优化设计 (MDO, Multidisciplinary Design Optimization) 就是直接面向此问题而提出的, 它的设计主旨是重点强调了在系统的设计过程中应将分布式计算机的网络设计技术进行充分利用, 各学科的分析工具和模型集成应该与设计思想相一致, 要通过各个学科之间的相互作用来产生最佳协调效应, 从而实现系统的最优化, 使设计周期缩短、成本降低。

多学科优化设计技术其优势在于:

a.它是最佳的系统优化设计方案, 能够使不同学科之间存在的权衡问题得以解决, 设计质量得以提高。设计过程中间接或者直接的数值计算方法有效解决了学科之间存在的耦合问题, 使得学科之间更加协调, 完全代替了仅凭经验试凑解决的传统做法;

b.多学科优化设计中的系统分解, 推进了计算并行化进程, 借助信息技术使得以前分散于各个部门、各个地区的专家和计算模块汇总在一起同时进行并行设计, 使得设计更简单、操作更方便;

c.凭借其先进的分析方法, 使系统分析次数得到有效减少, 设计优化效率大大提高;

d.本方法中, 各个子系统和系统之间模块化数学模型和系统间形成的有效通信方法和组织形式, 让各学科模块所需的附加操作以及数据传输量大大减少。

由于多学科优化设计涉及的领域多、计算复杂, 因此一个高效、实用的算法是多学科优化技术的核心。最常用的是单级优化算法、协同优化算法和并行子空间算法三种, 其中后两者属于多级设计优化算法。常用的算法包括: (1) 单级优化算法; (2) 序列优化算法; (3) 并行子空间优化算法; (4) 协同优化算法; (5) 多层递阶优化算法。

3 加固计算机系统分解及组织技术

系统分解是一项非常复杂和困难的工作, 是多学科设计优化技术的精华, 其主要包括以下几方面内容: (1) 设计信息流的描述; (2) 系统分析过程的优化; (3) 分解方法的选择; (4) 独立的子问题协调。

应该说, 加固计算机整个的设计过程是一个集多种设计领域于一体的过程, 它对外形尺寸、功能性能以及重量的要求非常严格, 需要在满足相关约束条件的基础上, 使振动、高低温、电磁兼容、可靠性等达到最优平衡的目标。图1为加固计算机系统分析示意图, 图中明确表示了涉猎学科之间的耦合关系。实践证明, 如果想减少多学科优化设计的计算时间、有效提高其分析速度, 仅凭简单的近似手段效果并不理想, 针对这种涉猎多个学科, 其耦合关系较为复杂的设计, 系统分解是最有效的一种分析手段。

3.1 加固计算机系统设计结构矩阵

在对加固计算机进行系统分析的过程中, 各学科间的信息传递非常复杂, 系统分解难度大。用设计结构矩阵 (DSM) 来表述系统分析过程是降低分解难度的有效方法。如图2所示, 其中每个矩形框的上、下方所标注出的垂直线段代表的是输入进来的其他学科;而输出则是用左、右方标注的水平线段来表示;实心黑方框代表的则是某个学科在输出的同时又为另一学科进行了输入, 形成了一种信息之间的相互传递、相互作用的关系, 这就是耦合关系。以实心黑框为中心的水平线段与垂直线段相连接后形成了信息环, 信息环主要是进行信息的前馈与反馈, 其中矩形阵对角线右上方的信息环为前馈, 左下方为反馈, 将同一层面信息环的前馈与反馈进行组合后, 就形成了包括前馈与反馈以及相应学科分析的设计回路。

用ai (i=1, 2, …8) 表示每一个设计活动, 元素aij表示活动ai向aj提供信息的情况。若aij=1 (i≠j) 表示ai向aj提供信息, 若aij=0 (i≠j) 表示ai与aj不存在信息联系。这样设计结构矩阵可以表示为:

3.2 系统分析过程优化

通过对设计结构矩阵进行分析可以看出, 反馈环节在系统的整体设计中大量存在, 每个设计过程的迭代都与某个反馈环节相对应。而我们通常所说的系统分析过程优化, 就是将各个学科分析任务在系统分析过程中的执行次序进行重新排序, 有效减少系统优化设计中的反馈环节, 提高系统分析中迭代计算效率, 实现优化系统过程的目的。

3.3 分解方法

可以说, 系统分解技术的基础就是分解方法, 分解方法其分类是以信息传递方式为标准共分两类, 一是层次分解方法;二是非层次分解方法。

首先介绍层次分解法。它的理论是最优敏感性, 并大胆的对“有效约束的改变不受最优点处参数微小变化的影响”进行了假设;同级子系统之间不直接进行信息交换, 只在上下级子系统之间发生信息传递是本方法的显著特点, 因此, 它并不适用于子系统之间耦合关系较为严重的复杂系统。

其次是非层次分解法。此方法其数学基础是全局敏感性导数。在实际使用过程中, 要先将不同的子系统之间存在的直接联系切断, 并行进行学科分析, 再将受分析系统设计变更影响的各个子系统进行重新组合。各子系统之间产生大量的交换信息是此方法的特点, 它的这种特点与加固计算机系统实际情况相吻合。

3.4 协调

协调是指完成系统分解后, 通过某个构造过程对各个子系统进行独立优化, 通过优化来恢复子系统之间的联系, 让子系统的解成为整个系统最优解的过程。

协调方法中的一种是:为了减少子系统之间形成直接的耦合关系, 可利用一致性对子系统之间的联系进行约束代替。各个学科之间存在的相互作用与相互影响, 以及其他子系统在进行子系统分析时的状态变量, 都由辅助设计变量来取代。含有等式约束的系统解优化过程用来进行子系统之间的通信协调, 从而实现辅助状态变更与设计变量之间的同步与一致, 恢复各系统之间的联系。

4 加固计算机多学科优化设计

针对加固计算机多学科设计优化的特点, 采用协作优化方法解决加固计算机的多学科设计优化问题, 并针对某加固计算机的散热设计和结构设计进行了多学科设计优化分析。

某项目要求研制抗强电磁脉冲加固计算机, 为满足抗强电磁脉冲的要求, 加固计算机采用了全密封的设计方式, 因此需要综合考虑其散热和结构设计优化, 在保证整机结构刚度和散热能力的前提下, 使整机重量最轻。

所研制加固计算机的机箱是类似于ATR机箱的密闭冷板铝合金机箱, 机箱内的主板模块、电源模块等发热部件产生的热量均采用传导散热的方式通过机箱外壁散发到外部空间中, 因此机箱外壁需要开散热鳍片, 同时加固计算机具有抗振动冲击的要求, 因此设计时必须提高机箱的刚度。为了提高整机的散热能力同时兼顾抗振动冲击的要求, 必须对加固计算机进行散热和结构的多学科优化设计。

对加固计算机的优化问题定义为:在整机外形尺寸不变的情况下, 优化机箱外壁的厚度和散热鳍片的数量和尺寸, 使整机的重量最轻。

以协同优化方法框架为依据, 加固计算机优化问题可以分解成两个问题, 一个系统级优化问题、两个子系统优化问题, 即散热设计和结构设计的优化问题。根据这样的设计思想, 对加固计算机建立的协同优化算法结构框架如图3所示。

系统级优化问题表述为:

其中目标函数W为机箱的重量, h为机箱侧壁厚度, b为散热鳍片宽度, d为散热鳍片深度, n为鳍片数量。J1, J2为系统级约束, Z为系统级变量级。下标0表示系统级分配给子系统级的初始任务值。

结构学科优化问题表示为:

结构分析采用有限元分析方法, 使得在满足约束条件的情况下, 机箱刚度K获得最大值。

散热学科优化问题表示为:

散热分析采用有限元分析方法, 使得在满足约束条件的情况下, 系统的温度T最低。

协同优化算法属于迭代算法, 其基础是与响应面近似的一种协同优化算法。具体过程:先是系统设计变量的样本点集通过拉丁方方法这种试验设计方法获取, 然后将这些样本点集传入到与之相对应的各个学科级, 通过优化求解获得学科级最优解;然后将已得到的系统级以及系统级设计变量集合约束、构造得到新的系统级响应面, 进而再形成学科级目标函数的二次响应面, 并作为新的系统级约束将原来的系统级约束替代, 系统最优解在系统级优化过程中产生, 然后运用拉丁方方法以此解为中心选取亲的一组样本点, 如此重复不断的进行迭代计算, 形成了协同优化的全过程, 而这个过程中会产生一层响应面模型 (如图4所示) 存在于子系统和系统级之间。

在结构子学科建立机箱的有限元分析模型, 调用软件对其进行结构优化设计;在热设计子学科建立加固计算机的热分析模型, 调用热分析软件进行散热优化设计。最后在满足机箱刚度最大, 系统的温度最低的条件下, 满足加固计算机的重量最轻, 实现结构与散热学科的耦合设计优化, 分析出整个系统的最优解。

5 结论

本文对加固计算机的多学科设计优化方法和加固计算机系统分解及组织技术进行了研究, 通过研究建立了加固计算机系统设计结构矩阵和多学科设计优化模型, 最后结合具体的项目进行了多学科设计优化分析。通过采用多学科设计优化方法, 克服了传统的单学科设计优化的不足, 实现了系统的最优化, 从而使设计质量有了显著提高, 设计周期有效缩短、成本投入大大降低。

摘要：加固计算机的设计涉及振动、冲击、传热学、电磁兼容、计算机、机械结构、可靠性等多个学科, 不同学科之间存在相互联系、相互耦合的关系, 传统的分别对单学科进行设计优化的串行过程存在不能获取最优解和计算成本高昂或者无法计算的不足。本文在加固计算机设计过程中引入多学科设计优化设计技术, 优化设计方案, 提高设计质量, 缩短设计周期, 以提高加固计算机的可靠性。

关键词：加固计算机,多学科设计优化,可靠性

参考文献

[1]王奕首, 史彦军, 滕弘飞.多学科设计优化研究进展.计算机集成制造系统, Vol.11, No.6, 2006.

[2]邢文训, 现代优化计算方法[M].北京:清华大学出版社, 1999.

浅析当前计算机网络系统平台的加固 篇9

在计算机的网络应用中, 只要求平台系统打开很少数目的端口, 而现实应用中很多默认大部分端口都打开, 这就为任何通过防火墙支持的DCOM等应用程序的系统带来严重的安全威胁, 近期发现的某些病毒正是利用TCP、UDP的135、139、445、4444等不常用端口发动攻击。几乎所有Unix和Windows平台都装有netstat工具, 用于快速访问平台上的监听端口, 作为平台加固的一部分, 我们可使用netstat来识别出无关端口, 并由此跟踪到需要删除或禁用的应用程序。

多数操作系统都有分配端口的功能, 但实施用静态形式分配1-49151范围的端口时要格外小心, 原因是这些端口可能会被其它服务使用, 也可能已经由操作系统动态地进行了分配。

进程表也能帮助确定平台的现有状态。平台上的每一个运行中的软件必然在进程表的某个类别中有相应的一项。我们要确定并删除不需要的进程以及与它们相关的软件。具体地讲, Termina Servers (终端服务) 、RRAS (路由选择和远程服务服务) 和IIS (因特网信息服务) 都易于被攻击者利用。具有GUI控制面板的Windows系统可以用来设置各项服务并确定它如何启动, 可方便地关闭和禁用不需的服务。

禁用UNIX平台上的服务相对困难些。不同的UNIX版本, 对每一个要启动的进程, 会建立一个带有参数以决定开启还是停止进程的shell脚本, 这些脚本将使用所需参数调用应用程序。在加固过程中, 定位启动脚本以及禁用不必要的程序是很重要的。

2 安装补丁

所有的大型软件系统 (如操作系统、数据库系统、大型应用程序等) 都含有缺陷。信息安全团体所进行的入侵性研究通常会发现这些缺陷, 并用来为安全开发铺平道路。为修复这些缺陷, 供应商会发布软件补丁。平台系统管理员必须注意安全补丁的发布, 及时安装补丁。

由于供应商在解决旧问题时, 有可能又引入新的问题。因此对于一些有关键应用的平台在安装补丁前要做好系统备份, 安装完成后要进行彻底的测试。

3 密码存储和选择策略

UNIX系统传统上使用一些快速类型的哈希算法来对所存放的用户密码进行加密, 能够为密码存储添加保护层;Windows NT/2000也包含了保护本地密码存储完整性的方法, 可以要求用户使用经常更换的强度更高的密码。系统管理员需要了解这些设置的方法。

由于几乎任何用户都可以访问密码的密文, 而且计算机运算速度越来越快和各种免费解密软件的出现, 密码强度较低的密码很容易被破解。一个提高密码安全性的有效技术是建立预口令检查程序, 让程序检查口令是否是允许的。检查程序的设计是基于这样的思想:通过系统足够的指导, 用户可以在一个相当大的口令空间中选择出可记忆的而且在词典攻击中不太可能被猜出的口令, 实际上是在用户可接收性和强度之间找出一个平衡点。口令检查有两种方法。

第一种方法是一个简单的规则约束系统。例如, 可以强制下面一些规则:

*所有的口令必须至少是8个字符长。

*在前8个字符里, 口令必须包括大小写字母、数字和标点符号。

另一种方法是简单地编译一个可能的“坏”口令的大字典。当用户选择了一个口令时, 系统对其检查保证它不在不赞成的列表中。这种方法存在两个问题:

*空间:为了有效词典必须非常大。例如, 在Purdue研究【SPAF92a】中使用的词典占用了30M字节的存储空间。

*时间:在一个大字典中搜索所需的时间本身可能很大。

4 用户帐户管理和用户权限

用户帐户登录是合法进入平台系统的机制, 黑客常常试图利用用户帐户管理和访问控制中的缺陷进行渗透。

用户帐户管理的弱点有五个方面:弱密码、制造商默认的帐户、基于角色的帐户、公司默认帐户、废弃帐户。制造商默认的帐户由制造商创建, 是为了维护或者在安装时首次登录到平台而使用的;角色帐户由一群人来使用, 它们不能实现适当的可依赖性;公司默认帐户是由于标准构件过程的误用而安装于整个企业平台上的帐户, 除了可依赖性不足外, 它们会错误地允许一些用户匿名登录到系统;废弃帐户是不再被授权访问资源的用户和离开机构的用户, 这种帐户应被立即停用。

信息的共享和信息的安全从来都存在着矛盾, 如要保证信息的安全就要尽量减少信息的共享。为了信息共享和安全的兼顾, 就出现了对于系统用户权限的需求。根据每用户的身份分配适当的权限, 使它们只拥有它们应该拥有的权限, 只能访问他们应该访问的信息, 这样就可以有效避免系统的越权操作和信息的泄密。

Windows2000系统管理员可以使用基于MMC的管理工具针对成组的用户和计算机进行Group Policy (组策略) 的管理和维护。Group Policy是Windows的对象, 不是配置文件, 安全性较高, 只有系统管理员可以更改相关设置。

Group Policy设置具有以下特点: (1) 它们可以与站点、域和机构单位关联; (2) 它们影响相关站点、域和机构单位中的所有用户和计算机; (3) 系统管理员可以通过安全组中的用户或计算机成员关系对它们做进一步控制。

5 文件系统安全

Windows NT/2000支持FAT和NTFS两种文件系统。NTFS支持文件和目录级权限设置, 很适合于存储应用程序和用户文件, 而FAT则不具有此项特性。在Windows N2000系统中, 用户还可以使用系统自带的EFS (加密文件系统) 对存储在NTFS文件卷的数据进行加密。由于EFS的处理对于用户而言是不可见的, 因此系统管理员需要保证所有的加密处理都必须在统一的整体安全策略管理下完成, 特别是文件和电子邮件保存策略。

UNIX、NETWARE与其它操作系统一样, 系统管理员必须尽量限制分配的文件系统访问权限, 而同时又允许用户能完成他们的工作。遗憾的是, 对于许多系统文件, 用户至少拥有读访问权, 这不能不说是一个缺陷, 因为允许用户可以窥探整个系统, 就有可能找到用于获得更高访问权限的系统弱点。

6 远程访问安全

Telnet和rlogin是UNIX系统上最常用的远程访问方式。这些程序都不采用加密技术来保护远程访问会话。一些被动的网络监听攻击可以观察用户在Telnet或者rlogin会话中按下的每一个键。安全Shell (Secure Shell, SHH) 是一个能够嵌入任何UNIX或者Windows NT/2000系统的软件包, 它提供与Telnet和rlogin相同的远程访问功能, 但增加了加密功能。这个软件包已经成为需要加密和访问控制的安全远程访问的行业标准。

摘要：随着网络的普及, 系统安全也是我们要值得关注的问题。平台加固可以帮助操作系统的各个组件和相关应用程序, 以确定较安全的配置方案。本文将在以下几个方面对平台加固实际应用展开讨论。