基于有限元的大型鋼模臺車結構優(yōu)化設計.pdf

1、據國家能源發(fā)展布局及西電東送戰(zhàn)略實施，西部數個巨型或大型水電站正在或者即將開工建設，且大多采用地下廠房，各型用于地下洞室的襯砌鋼模臺車投入使用。對于承受重載，使用條件工況變化的鋼模臺車，如何對結構進行優(yōu)化，使其能滿足使用條件，強度剛度滿足要求，具有良好的使用性能而重量不致過于龐大是實施這些水利水電地下工程面臨的問題。由于鋼模臺車使用不可重復性以及設計周期的限制，鋼模臺車結構計算大多采用傳統(tǒng)計算方法。 本文以三峽地下電站尾水隧洞鋼

2、模臺車為對象，首先對鋼模臺車各工況下的約束和載荷等邊界條件進行研究，然后采用有限元軟件ANSYS對鋼模臺車結構進行整體建模以及分析計算。通過對門架承載（絲杠和千斤頂載荷）的研究，發(fā)現鋼模臺車承受的混凝土載荷在各榀門架上并不是平均分配的，一般情況下兩邊跨度大的單榀門架將承受較大的力。對于三峽地下電站尾水洞鋼模臺車來說，在隧洞縱向第2榀和第5榀門架上要承受相對大得多的載荷。因此以較大的單榀門架載荷為最終鋼模臺車門架的載荷。 在此基礎

3、上，本文研究了結構拓撲優(yōu)化原理，并基于ANSYS的拓撲優(yōu)化模塊，采用變密度法對鋼模臺車單榀門架結構進行拓撲優(yōu)化，得到鋼模臺車門架更為合理的桁架布置型式。之后研究并利用截面優(yōu)化原理，在滿足結構強度、剛度和穩(wěn)定性的條件下，選擇合理的設計變量、狀態(tài)變量和目標函數，建立了鋼模臺車門架截面優(yōu)化模型，對門架桿件的截面進行優(yōu)化。最終結果表明根據本文優(yōu)化方法可減少三峽地下電站鋼模臺車門架約20％鋼材用量。拓撲優(yōu)化與截面優(yōu)化是結構設計中有效的方法，具有一