基于Ansys的隧道衬砌台车结构的分析及优化

发布时间：2017-08-21 05:04

  本文关键词：基于Ansys的隧道衬砌台车结构的分析及优化

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【摘要】：衬砌台车是隧道二次衬砌施工时用的一种非标的大型机械设备,其主体的结构是由板与梁相结合钢结构。采取传统的机械设计方法对台车整体及各个部件的强度、刚度进行分析计算,容易使产品存在设计上一些不合理的地方。对一种型号的衬砌台车采用大型通用有限元分析软件进行结构静力计算分析,建立比较完善的分析计算模型,测算出衬砌台车在在不同工况下及使用过程中各部分的应力与应变数据,更全面的了解衬砌台车在实际作业过程中的受力状况。根据实际测量数据与计算分析的结果,较全面地了解了衬砌台车在衬砌施工中的受力特征,发现衬砌台车在结设计中存在的不足,对其结构改进提出合理化建议。应用/NSYS软件对该公司设计的衬砌台车进行有限元分析,在计算基础上分析了台车的结构稳定性,对台车的各个工况进行了计算分析,得到衬砌台车在不同工况下各部分的最大应力、变形及其分布云图。根据对衬砌台车的分析结果,研究了台车在隧道衬砌施工中的变形及应力分布特征,发现该台车各部分的应力及变形有较大的富余,其结构尺寸还有进一步改进的空间,然后利用NSYS软件对台车钢板结构进行优化设计。经过复核计算分析证明,改进后的衬砌台车,材料的利用率有较大幅度的提高,应力分布也更加合理。本论文研究结果表明：用ANSYS建模分析可以较大幅度的节省人力物力,缩短研发时间,提高工程机械钢结构设计及优化的效率。本论文从型材配对的角度和顶模板厚度分别对隧道衬砌台车的结构进行改进,为隧道台车的研制和开发提供了方法。
【关键词】：衬砌台车 有限元分析 ANSYS 结构优化
【学位授予单位】：中南林业科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U455.39
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 1 绪论9-19
• 1.1 课题来源与背景9-10
• 1.1.1 课题的来源9
• 1.1.2 课题的背景9-10
• 1.2 课题研究目的及意义10-13
• 1.3 国内外研究现状13-18
• 1.3.1 国外研究现状13-15
• 1.3.2 国内研究现状15-18
• 1.4 课题研究内容及方法18-19
• 2 隧道衬砌台车工作载荷分析19-29
• 2.1 隧道衬砌台车介绍19-23
• 2.1.1 隧道衬砌台车概述19
• 2.1.2 隧道衬砌台车结构组成19-21
• 2.1.3 隧道衬砌台车工作过程21-23
• 2.2 隧道衬砌台车的工作载荷分析23-28
• 2.2.1 台车主要参数23-24
• 2.2.2 衬砌台车的载荷计算24
• 2.2.3 顶部模板的载荷分析24-26
• 2.2.4 门架结构的载荷分析26-28
• 2.3 本章小结28-29
• 3 隧道衬砌台车有限元模型的建立29-40
• 3.1 有限元分析法29-33
• 3.1.1 有限元法的概念29-30
• 3.1.2 有限元分析软件ANSYS30-32
• 3.1.3 ANSYS的优化功能32-33
• 3.2. 门架有限元模型的建立33-36
• 3.2.1 门架模型结构34-35
• 3.2.2 单元选择与网格划分35-36
• 3.3 顶模板有限元模型的建立36-39
• 3.3.1 顶模板模型结构36-37
• 3.3.2 单元选择与网格划分37-39
• 3.4 本章小结39-40
• 4 隧道衬砌台车的有限元分析40-47
• 4.1 顶模板有限元分析40-43
• 4.1.1 创建边界条件和载荷40-42
• 4.1.2 结果及分析42-43
• 4.2 门架有限元分析43-46
• 4.2.1 创建边界条件和载荷43-44
• 4.2.2 结果及分析44-46
• 4.3 本章小结46-47
• 5 隧道衬砌台车的结构优化47-60
• 5.1 优化方法47-49
• 5.1.1 优化设计的基本概念47-48
• 5.1.2 优化设计数学模型的一般形式48-49
• 5.1.3 优化问题的分类49
• 5.2 优化步骤49-52
• 5.2.1 目标函数49
• 5.2.2 约束条件49-50
• 5.2.3 设计变量50-52
• 5.3 顶模板的优化结果及分析52-55
• 5.3.1 创建边界条件和载荷52-53
• 5.3.2 结果及分析53-55
• 5.4 门架的优化结果及分析55-58
• 5.4.1 创建边界条件和载荷55-56
• 5.4.2 结果及分析56-58
• 5.5 本章总结58-60
• 6 结论与展望60-62
• 参考文献62-67
• 致谢67

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本文编号：710946