【摘要】：自動扶梯的桁架結(jié)構(gòu)起到支撐扶梯構(gòu)件自重和外加荷載的作用。為了扶梯運轉(zhuǎn)的安全穩(wěn)定,采用過大規(guī)格型鋼生產(chǎn)自動扶梯的桁架結(jié)構(gòu),使桁架的強度和剛度裕量過大,會帶來鋼材的大量損耗。隨著數(shù)目增多,自動扶梯桁架的材料消耗問題日益突出。本文使用ANSYS軟件來分析自動扶梯桁架結(jié)構(gòu),開展桁架的優(yōu)化設計,為桁架的綠色制造、節(jié)材設計奠定基礎。首先,結(jié)合桁架結(jié)構(gòu)特點,利用ANSYS構(gòu)建扶梯桁架中間段結(jié)構(gòu)的有限元模型,根據(jù)現(xiàn)有扶梯桁架的實際載荷和幾何參數(shù),對桁架的受力狀態(tài)、強度、剛度進行了分析,分析結(jié)果表明,現(xiàn)有桁架結(jié)構(gòu)設計裕量過大,尚有很大的節(jié)材空間。通過靜力學分析,揭示了桁架應力應變之間的本構(gòu)關(guān)系,為桁架結(jié)構(gòu)部分節(jié)材設計提供理論依據(jù)。接著,在扶梯桁架結(jié)構(gòu)設計中引入了預應力技術(shù)。對桁架的應力應變關(guān)系進行分析與綜合。即:在規(guī)定的荷載下求解桁架撓度及應力,分析各組實驗數(shù)據(jù)后得出最佳拉力值;通過改變桁架結(jié)構(gòu),增加腹桿長度使扶梯桁架在制造后就產(chǎn)生內(nèi)部初始應力,在規(guī)定的荷載下分析扶梯桁架結(jié)構(gòu)的撓度,并加以有效控制。最后,對單邊扶梯桁架結(jié)構(gòu)進行最優(yōu)化分析,以單邊扶梯桁架結(jié)構(gòu)的鋼材體積為目標函數(shù),在桁架結(jié)構(gòu)最大位移與最大應力范圍內(nèi),求解出扶梯桁架結(jié)構(gòu)各梁桿的截面參數(shù)的最優(yōu)化值。使用與該值最大近似的標準型鋼規(guī)格更新桁架模型,驗證分析得桁架仍然具有足夠的安全系數(shù)。主要研究結(jié)論如下:(1)原扶梯桁架采用的型鋼規(guī)格過大。將原扶梯桁架結(jié)構(gòu)桿件更換為規(guī)格較小的型鋼后,其強度和剛度仍能滿足規(guī)范要求;分析扶梯桁架結(jié)構(gòu)上下弦桿內(nèi)應力情況得:減小下弦桿型鋼規(guī)格,可進一步減少鋼材消耗。(2)在自動扶梯的桁架制造或安裝過程中引入預應力技術(shù),扶梯桁架結(jié)構(gòu)撓度能有效控制,內(nèi)部應力狀態(tài)更為理想。施加預應力的扶梯桁架可減小梁桿截面參數(shù),節(jié)約鋼材。(3)運用ANSYS結(jié)構(gòu)有限元高級分析方法對自動扶梯桁架結(jié)構(gòu)進行最優(yōu)化分析。參考最優(yōu)化梁桿截面參數(shù)更新桁架模型,經(jīng)驗證優(yōu)化后桁架強度剛度滿足要求,而且大幅降低扶梯桁架的鋼材使用量。
[Abstract]:The truss structure of the escalator plays the role of supporting the dead weight and the external load of the escalator member. In order to ensure the safety and stability of escalator operation, too large size steel is used to produce the truss structure of escalator, so that the strength and stiffness margin of the truss is too large, which will bring a large loss of steel. As the number of escalator trusses increases, the material consumption of escalator truss becomes more and more serious. In this paper, the ANSYS software is used to analyze the escalator truss structure and carry out the optimization design of the truss, which lays the foundation for the green manufacture and the material saving design of the truss. Firstly, according to the characteristics of truss structure, the finite element model of the middle segment of escalator truss is constructed by using ANSYS. According to the actual load and geometric parameters of the existing escalator truss, the stress state, strength and stiffness of the truss are analyzed. The results show that the design margin of the existing truss structures is too large, and there is still a lot of room for saving materials. The constitutive relationship between stress and strain of truss is revealed by statics analysis, which provides a theoretical basis for the design of some sections of truss structure. Then, the prestressed technology is introduced in the design of escalator truss structure. The stress-strain relationship of truss is analyzed and synthesized. That is to say, the deflection and stress of truss are solved under specified load, and the optimum tensile force is obtained after analyzing each group of experimental data. By changing the truss structure and increasing the length of web bar, the initial internal stress of the escalator truss is produced after manufacture. The deflection of the escalator truss structure is analyzed under the specified load and effectively controlled. Finally, the optimization analysis of the single side escalator truss structure is carried out. Taking the steel volume of the single side escalator truss structure as the objective function, the maximum displacement and stress range of the truss structure are obtained. The optimum values of the cross-section parameters of each beam and rod of the escalator truss structure are obtained. The truss model is updated with the standard steel specification which is similar to the maximum value, and it is verified that the truss still has enough safety factor. The main conclusions are as follows: (1) the size of section steel used in the original escalator truss is too large. The strength and stiffness of the members of the original escalator truss structure can still meet the requirements of the code after replacing the members of the original escalator truss structure with the section steel of smaller specification, the stress in the upper and lower chords of the escalator truss structure is analyzed, and the following conclusions are obtained: reducing the steel specification of the lower chord, The steel consumption can be further reduced. (2) the prestressed technology is introduced in the manufacture or installation of the escalator truss. The deflection of the escalator truss structure can be effectively controlled and the internal stress state is more ideal. The prestressed escalator truss can reduce the cross section parameters of the beam bar and save steel. (3) the optimization analysis of the escalator truss structure is carried out by using the advanced finite element analysis method of ANSYS structure. The truss model is updated with reference to the optimized beam and rod cross-section parameters. It is verified that the strength and stiffness of the optimized truss meet the requirements and the steel usage of the escalator truss is greatly reduced.
【學位授予單位】：江蘇大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TH236

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本文編號：2269449