基于有限元的大型鋼模臺(tái)車(chē)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì).pdf

1、據(jù)國(guó)家能源發(fā)展布局及西電東送戰(zhàn)略實(shí)施，西部數(shù)個(gè)巨型或大型水電站正在或者即將開(kāi)工建設(shè)，且大多采用地下廠(chǎng)房，各型用于地下洞室的襯砌鋼模臺(tái)車(chē)投入使用。對(duì)于承受重載，使用條件工況變化的鋼模臺(tái)車(chē)，如何對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，使其能滿(mǎn)足使用條件，強(qiáng)度剛度滿(mǎn)足要求，具有良好的使用性能而重量不致過(guò)于龐大是實(shí)施這些水利水電地下工程面臨的問(wèn)題。由于鋼模臺(tái)車(chē)使用不可重復(fù)性以及設(shè)計(jì)周期的限制，鋼模臺(tái)車(chē)結(jié)構(gòu)計(jì)算大多采用傳統(tǒng)計(jì)算方法。 本文以三峽地下電站尾水隧洞鋼

2、模臺(tái)車(chē)為對(duì)象，首先對(duì)鋼模臺(tái)車(chē)各工況下的約束和載荷等邊界條件進(jìn)行研究，然后采用有限元軟件ANSYS對(duì)鋼模臺(tái)車(chē)結(jié)構(gòu)進(jìn)行整體建模以及分析計(jì)算。通過(guò)對(duì)門(mén)架承載（絲杠和千斤頂載荷）的研究，發(fā)現(xiàn)鋼模臺(tái)車(chē)承受的混凝土載荷在各榀門(mén)架上并不是平均分配的，一般情況下兩邊跨度大的單榀門(mén)架將承受較大的力。對(duì)于三峽地下電站尾水洞鋼模臺(tái)車(chē)來(lái)說(shuō)，在隧洞縱向第2榀和第5榀門(mén)架上要承受相對(duì)大得多的載荷。因此以較大的單榀門(mén)架載荷為最終鋼模臺(tái)車(chē)門(mén)架的載荷。 在此基礎(chǔ)

3、上，本文研究了結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化原理，并基于A(yíng)NSYS的拓?fù)鋬?yōu)化模塊，采用變密度法對(duì)鋼模臺(tái)車(chē)單榀門(mén)架結(jié)構(gòu)進(jìn)行拓?fù)鋬?yōu)化，得到鋼模臺(tái)車(chē)門(mén)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(mǎn)足結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性的條件下，選擇合理的設(shè)計(jì)變量、狀態(tài)變量和目標(biāo)函數(shù)，建立了鋼模臺(tái)車(chē)門(mén)架截面優(yōu)化模型，對(duì)門(mén)架桿件的截面進(jìn)行優(yōu)化。最終結(jié)果表明根據(jù)本文優(yōu)化方法可減少三峽地下電站鋼模臺(tái)車(chē)門(mén)架約20％鋼材用量。拓?fù)鋬?yōu)化與截面優(yōu)化是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中有效的方法，具有一