弧形钢闸门数字化设计程序开发

发布时间：2020-11-09 11:28

　　 随着中国水利水电工程的不断兴建,弧形钢闸门因具有水流流态好、泄流能力强及启闭力小等优点在高坝大库中被广泛使用。弧形钢闸门设计工作多采用平面绘图方法,绘图效率低,且无法实现参数化。同时,传统的平面体系法难以考虑空间效应,与其结构实际受力状况并不相符。随着BIM技术的兴起,基于BIM的三维设计方法给弧形钢闸门的设计工作带来了极大的便利,显著提升了设计效率,但由于弧形钢闸门BIM标准协议尚未统一,不同软件平台之间的兼容性较差,致使模型使用仅停留在出图阶段,无法实现有限元计算与BIM模型的有机统一,造成了BIM模型后续价值的浪费。针对上述问题,本文基于BIM三维设计方法,借助CATIA三维建模软件,提出了一种弧形钢闸门CAD/CAE参数化设计方法,并通过VB语言编程开发了集结构计算、工程出图、有限元分析、结构优化于一体的弧形钢闸门数字化设计系统,可大大降低设计人员的工作量,提升设计效率。本文主要工作和成果如下:(1)筛选出弧形钢闸门各类构件模型的主要参数,以基于BIM的三维设计方法为指导,以骨架关联设计的建模方式为核心,搭建了弧形钢闸门三维模型库,并定制了工程图纸的模板,有效解决了弧形钢闸门设计手段落后,出图效率低的问题。(2)基于CATIA平台搭建弧形钢闸门模型库,据此建立弧形钢闸门三维参数化模型,利用Hypermesh作为CAD软件CATIA和CAE软件ANSYS的桥梁,同时结合结构优化理论,提出弧形钢闸门CAD/CAE参数化设计方法,对弧形钢闸门进行空间有限元分析,并根据有限元结果进行构件尺寸优化。(3)基于CATIA平台产品优化模块,以闸门启闭力为目标函数,上铰点位置为设计变量,提出一种弧形钢闸门液压启闭机上铰点位置优化设计方法,并以工程实例进行验证,结果表明:启闭机容量减小一个等级。(4)根据现行水利水电工程钢闸门设计规范,以三维数字化设计方法为核心,基于VB开发出一套集弧形钢闸门结构布置、三维建模、工程出图、有限元分析、结构优化等功能于一体弧形钢闸门数字化设计软件。结合工程实例对某表孔弧形钢闸门进行了设计及优化,结果表明:闸门自重减小13.57%,有限元结果显示该软件设计闸门合理、准确,为弧形钢闸门的设计带来了极大的便利。
【学位单位】：西北农林科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TV663.4
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 BIM技术研究现状
        1.2.2 钢闸门的设计方法研究现状
        1.2.3 基于BIM的钢闸门数字化设计研究现状
        1.2.4 存在问题
    1.3 本文研究工作
        1.3.1 研究内容
        1.3.2 研究思路及技术路线
第二章 弧形钢闸门结构布置
    2.1 引言
    2.2 门叶结构布置
        2.2.1 主横梁结构布置
        2.2.2 主纵梁结构布置
    2.3 支臂结构布置
    2.4 主框架布置
    2.5 支铰布置
    2.6 梁系连接布置
        2.6.1 主横梁同层布置
        2.6.2 主纵梁叠层布置
        2.6.3 主纵梁同层布置
    2.7 本章小结
第三章 弧形钢闸门结构分析与优化设计
    3.1 引言
    3.2 弧形钢闸门的结构设计
        3.2.1 面板设计
        3.2.2 次梁设计
        3.2.3 主框架设计
        3.2.4 边梁及隔板设计
    3.3 结构有限元理论
        3.3.1 有限单元法概况
        3.3.2 静力学分析的有限元方法
    3.4 结构优化设计概述
        3.4.1 结构优化数学模型
        3.4.2 结构优化的主要方法
    3.5 本章小结
第四章 弧形钢闸门CAD/CAE参数化设计
    4.1 引言
    4.2 弧形钢闸门数字化设计流程
    4.3 弧形钢闸门三维参数化建模方法
        4.3.1 骨架关联的建模方式
        4.3.2 参数管理与驱动
        4.3.3 弧形钢闸门参数化模板的搭建
        4.3.4 工程图纸的生成
    4.4 CAD/CAE联合仿真
        4.4.1 实体—曲面模型转换
        4.4.2 结构有限元分析
    4.5 本章小结
第五章 弧形钢闸门启闭机布置及上铰点优化
    5.1 引言
    5.2 液压启闭机基本布置形式
    5.3 基于CATIA的液压启闭机上铰点优化方法
        5.3.1 CATIA产品工程优化模块
        5.3.2 CATIA优化求解算法
        5.3.3 启闭机上铰点可行域分析
        5.3.4 启闭机上铰点优化数学模型
    5.4 工程实例
        5.4.1 基本参数
        5.4.2 优化过程
    5.5 本章小结
第六章 弧形钢闸门数字化设计程序开发
    6.1 引言
    6.2 软件功能
    6.3 弧形钢闸门设计软件开发工具
        6.3.1 编程语言的选择
        6.3.2 开发平台的选择
        6.3.3 VB调用过程的实现
        6.3.4 软件界面设计
    6.4 应用实例
        6.4.1 弧形钢闸门静力分析
        6.4.2 弧形钢闸门动力分析
        6.4.3 支臂稳定性分析
    6.5 本章小结
第七章 结论与展望
    7.1 结论
    7.2 展望
参考文献
致谢
个人简历

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本文编号：2876357