长大结构横向碰撞的快捷拓扑优化方法及在逃生管道中的应用

发布时间：2021-07-10 03:28

　　具有较大长宽比且轴向截面相同的长大结构标准段遭受物体横向碰撞作用时,碰撞变形区域往往集中在设计区域的局部,对其它非接触碰撞区域的影响很小。常规拓扑优化求解时间长并且无法得到清晰的、孔洞结构的拓扑构型,而长大结构端部主要用于结构的连接与强度校核。因此,本文开展了长大结构标准段的拓扑优化方法研究。首先,以逃生管道的耐撞性分析为切入点,并分析了结构拓扑优化及混合元胞自动机方法;在此基础上,提出了一种基于HCA方法的长大结构标准段快捷拓扑优化方法,实现长大结构标准段的整体结构优化设计。该方法将材料属性作为设计变量,结构的最小内能变化为目标函数,通过Hertz接触碰撞理论确定设计区域的子域范围,从而快速地获得清晰的、孔洞结构的拓扑构型。利用所提出的方法,对逃生管道进行了拓扑优化分析,讨论了逃生管道的优化子域在有无施加几何拉伸约束条件下的拓扑构型。结果表明,在优化之后,均可快速得到清晰的、孔洞结构的拓扑构型,相对于常规拓扑优化计算时间节省了近82%。然而,根据工程实际施加了几何拉伸约束获得的拓扑构型更加利于截面拓扑构型的提取。其次,为了实现新型逃生管道多目标稳健性设计,结合信噪比与满意度函数,提出... 

【文章来源】：长沙理工大学湖南省

【文章页数】：90 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图１．１长大结构的结构示意图??

?指导意见》（铁建设（２０１０〕８８号）规定：隧道在挖掘的过程中，必须预先在ＩＶ、Ｖ、ＶＩ??级的围岩地段安装逃生管道，见图１．２所示。??（Ｉ?＼??图１．２逃生管道布置示意图??在逃生管道的结构设计中，钢管和钢筋混疑土管道常被用来作为逃生管道的主要结??构［１－２】。虽然钢管和钢筋混泥土管道都能很好的满足隧道安全防护设备的设计要求，但是??满足要求的管道结构重量大、存在运输及搬运不便等问题。随着一些具有高强度、高刚??度的新型材料被研发，使用钢带加强的ＰＥ螺旋式波纹管有时也会被用来作为隧道安全??逃生设备使用。这种管道结构具有制作材料少、耐磨性以及耐腐性好等优点，是一种较??好的低成本的新型复合材料。管道结构以高密度的聚乙稀（ＰＥ）材料为主，并通过在其??管道表明涂敷具有粘接树脂形成双壁螺旋结构的波纹管，见图１．３所示。相对于普通的??塑料管道，其刚度较大，能够有效的抵抗土层的静态荷载Ｗ。但对于抵抗动态载荷的能??力较差

?指导意见》（铁建设（２０１０〕８８号）规定：隧道在挖掘的过程中，必须预先在ＩＶ、Ｖ、ＶＩ??级的围岩地段安装逃生管道，见图１．２所示。??（Ｉ?＼??图１．２逃生管道布置示意图??在逃生管道的结构设计中，钢管和钢筋混疑土管道常被用来作为逃生管道的主要结??构［１－２】。虽然钢管和钢筋混泥土管道都能很好的满足隧道安全防护设备的设计要求，但是??满足要求的管道结构重量大、存在运输及搬运不便等问题。随着一些具有高强度、高刚??度的新型材料被研发，使用钢带加强的ＰＥ螺旋式波纹管有时也会被用来作为隧道安全??逃生设备使用。这种管道结构具有制作材料少、耐磨性以及耐腐性好等优点，是一种较??好的低成本的新型复合材料。管道结构以高密度的聚乙稀（ＰＥ）材料为主，并通过在其??管道表明涂敷具有粘接树脂形成双壁螺旋结构的波纹管，见图１．３所示。相对于普通的??塑料管道，其刚度较大，能够有效的抵抗土层的静态荷载Ｗ。但对于抵抗动态载荷的能??力较差

【参考文献】：
期刊论文
[1]波纹钢管用作隧道逃生管道时的模拟分析[J]. 李祝龙,李鹏飞,梁养辉,胡滨,胡小兵.  公路交通科技. 2017(08)
[2]基于耐撞性的汽车八边形前纵梁设计的拓扑优化方法[J]. 武和全,杨煌.  汽车安全与节能学报. 2016(04)
[3]电动汽车碰撞安全性与NVH多目标拓扑优化[J]. 雷正保,易晓剑.  中国公路学报. 2016(05)
[4]基于拓扑优化的汽车前纵梁耐撞性设计[J]. 曹立波,宋慧斌,武和全,刘亚飞.  中国机械工程. 2016(06)
[5]基于参数和代理模型不确定性的冲压稳健性设计优化[J]. 黎凯,杨旭静,郑娟.  中国机械工程. 2015(23)
[6]新型柔性护栏端头结构的拓扑优化[J]. 雷正保,宁寒.  山东大学学报(工学版). 2015(06)
[7]惯性释放法在结构耐撞性拓扑优化中的应用和改进[J]. 阎琨,程耿东.  计算力学学报. 2015(03)
[8]基于大客车碰撞分析的新型PVC护栏梁板拓扑优化[J]. 雷正保,李丽红.  振动与冲击. 2015(11)
[9]基于混合元胞自动机的铝合金保险杠横梁设计[J]. 高云凯,张玉婷,方剑光.  同济大学学报(自然科学版). 2015(03)
[10]自行式液压隧道逃生管道应用研究[J]. 张纯刚.  公路隧道. 2015(01)

博士论文
[1]基于RSM的多响应稳健性设计方法的研究[D]. 宗志宇.天津大学 2007
[2]连续体结构拓扑优化理论与应用研究[D]. 左孔天.华中科技大学 2004

硕士论文
[1]基于改进变密度法的功能梯度材料拓扑优化设计[D]. 欧阳佳琛.华中科技大学 2016
[2]隧道逃生用波纹钢管力学性能分析及应用研究[D]. 胡小兵.重庆交通大学 2016
[3]陶粒夹芯玻璃纤维增强塑料逃生管的设计与性能研究[D]. 张轩瑜.重庆交通大学 2016
[4]高速客车轴箱悬挂参数稳健优化设计[D]. 王婷.中南大学 2014
[5]基于耐撞性拓扑优化的汽车碰撞安全关键件设计[D]. 黄鹏冲.湖南大学 2013
[6]基于变密度法的连续体结构拓扑优化方法研究[D]. 李好.华中科技大学 2011
[7]多响应问题的稳健性设计优化研究[D]. 张于轩.天津大学 2004



本文编号：3275092