弧形鋼閘門拓?fù)鋬?yōu)化與結(jié)構(gòu)布置研究.pdf

1、優(yōu)化設(shè)計(jì)在現(xiàn)代結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中已經(jīng)占有了重要的地位，它能使工程人員從眾多的方案中獲得較為完善或合適的最優(yōu)設(shè)計(jì)，是虛擬設(shè)計(jì)和制造的重要環(huán)節(jié)，并貫穿于整個(gè)研發(fā)和生產(chǎn)過(guò)程。結(jié)構(gòu)的拓?fù)鋬?yōu)化是結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)中最富挑戰(zhàn)性的研究領(lǐng)域，至今還在不斷完善和發(fā)展中。 本文依據(jù)有限元分析和結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化的相關(guān)理論與步驟，利用成熟的結(jié)構(gòu)優(yōu)化軟件ANSYS，對(duì)弧形鋼閘門進(jìn)行了系統(tǒng)的二維及三維拓?fù)鋬?yōu)化，并通過(guò)對(duì)不同寬高比及弧門半徑的表孔閘門三維拓?fù)浞治?，初步得到了?/p>

2、孔弧形閘門結(jié)構(gòu)形式的選擇范圍與各自合理布置參數(shù)的取值范圍，最后參照優(yōu)化結(jié)果對(duì)一實(shí)例進(jìn)行了改進(jìn)布置設(shè)計(jì)，使其在強(qiáng)度保持不變或有所加強(qiáng)的基礎(chǔ)上，剛度和自振特性得到加強(qiáng)?？偨Y(jié)整個(gè)分析過(guò)程，主要取得了以下成果： (1)基于ANSYS拓?fù)鋬?yōu)化功能對(duì)弧形鋼閘門進(jìn)行了二維拓?fù)鋬?yōu)化，在優(yōu)化過(guò)程中將弧門分為橫向框架與縱向框架，并分別進(jìn)行了拓?fù)鋬?yōu)化。在橫向框架內(nèi)主要考察其主橫梁懸臂段的最優(yōu)拓?fù)鋮?shù)，給出了不同弧門半徑與寬度比的主橫梁懸臂最優(yōu)拓?fù)鋮?shù)

3、。在縱向框架內(nèi)，主要考察了縱梁上下懸臂段和中間段的拓?fù)渥顑?yōu)布置參數(shù)，并給出了在不同弧門半徑與高度比的情況下閘門縱向框架內(nèi)的最優(yōu)拓?fù)洳贾脜?shù)。 (2)本文對(duì)表孔及深孔弧形鋼閘門進(jìn)行了系統(tǒng)的三維拓?fù)鋬?yōu)化，得到了弧形閘門空間合理的傳力路徑。本文三維拓?fù)鋬?yōu)化過(guò)程分兩步完成，初步優(yōu)化選取盡可能大的設(shè)計(jì)域，以保證包含各種可能性的結(jié)構(gòu)形式，二次優(yōu)化是在初步優(yōu)化的基礎(chǔ)上，將初步優(yōu)化結(jié)果等效處理后作為二次優(yōu)化的設(shè)計(jì)域，結(jié)果表明本文的處理方法是適用

4、的。最后也給出了不同寬高比及弧門半徑條件下的表孔閘門結(jié)構(gòu)形式的選擇界限與合理的布置參數(shù)取值范圍，供設(shè)計(jì)人員參考。 (3)利用功能強(qiáng)大的有限元分析軟件ANSYS，建立了弧形鋼閘門有限元模型，并對(duì)一實(shí)例設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了靜動(dòng)力分析。通過(guò)計(jì)算，初步掌握弧形鋼閘門的應(yīng)力分布及變形情況，分析了閘門在四種工況下的固有頻率和振型。以上這些參數(shù)作為后續(xù)優(yōu)化布置結(jié)構(gòu)的對(duì)比依據(jù)。 (4)基于三維拓?fù)鋬?yōu)化結(jié)果對(duì)弧門進(jìn)行了改進(jìn)布置，并對(duì)優(yōu)化布置后的