本文關(guān)鍵詞：有限元分析在工程機械鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計及結(jié)構(gòu)優(yōu)化中的應(yīng)用，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

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圈６．７門架等效應(yīng)變云圖

由圖可知：門架的最大應(yīng)力為１４８ＭＰａ，由于門架采用Ｑ２３５材料，其許用應(yīng)力ｐ】＝１６０ＭＰａ。故滿足強度要求。最大變形量為８１７ｍｍ，由于目前投有設(shè)計標(biāo)準，對門架剛度的要求以滿足實際施工質(zhì)量要求為設(shè)計條件。根據(jù)某公司提供的施工質(zhì)量要求，其改進后的門架剛度可滿足實際旄工質(zhì)量要求。因此，上述門架的改進方案符合實際工程要求，即達到了優(yōu)化的目的。

在對隧道襯砌臺車模型進行優(yōu)化分析的過程中，可以得出以下一些結(jié)論：

１．選擇設(shè)計變量時，從理論的角度來講，設(shè)計變量越多，則設(shè)計自由度越大，可供選擇的方案越多，容易得到比較理想的設(shè)計方案。但這樣會使設(shè)計問題復(fù)雜化，優(yōu)化設(shè)計更困難。因此，在對隧道村砌臺車的優(yōu)化設(shè)計中，由于沒有成熟的理論和經(jīng)驗來借鑒．本文最終確定了７個設(shè)計變量。根據(jù)某公司提供的實際施工經(jīng)驗，所選擇的這７個設(shè)計變量在工程設(shè)計上是易于改變的，滿足在選擇設(shè)計變量時對問題全面綜合考慮的要求。

２．在設(shè)置性能約束時，隨著性能約束的增多，優(yōu)化模型變得復(fù)雜，計算相對比較困難，有時甚至出現(xiàn)目標(biāo)函數(shù)無法收斂。本文隧道襯砌臺車的優(yōu)化設(shè)計以滿足某公司在鐵路隧道施工中對其強度、剛度性能的要求為目標(biāo)，從而確定出約束條件：最大應(yīng)力小于Ｑ２３５的許用應(yīng)力１６０ＭＰａ，最大變形量小于某公司給定值ｌＯｍｍ。

３．性能約束和設(shè)計變量的邊界條件對優(yōu)化的結(jié)果影響非常明顯。如果邊界條件定的不合適，目標(biāo)函數(shù)和性能約束最后可能只達到局部最優(yōu)值。在對隧道襯砌臺車模型進行設(shè)計優(yōu)化計算時，先確定了初始邊界值，然后進行不斷修改，反復(fù)進行試算，最總找出“

長安大學(xué)碩士學(xué)位論文

隧道襯砌臺車比較理想的邊界條件。

４．在確定優(yōu)化模型的目標(biāo)函數(shù)、設(shè)計變量和性能約束時，必須逐漸改變數(shù)值及范圍，反復(fù)試算，總結(jié)經(jīng)驗，從而尋找出比較理想的優(yōu)化參數(shù)。

６．６本章總結(jié)

本章完成了隧道襯砌臺車的優(yōu)化設(shè)計，與其原有隧道襯砌臺車相比，可以得到如下結(jié)果：

從各設(shè)計變量可以看到，由于應(yīng)力有富裕，上橫梁、下橫梁、立柱等桿件的幾何尺寸均有不同程度的減小或改變，其結(jié)構(gòu)也有很大程度的簡化。

從重量減輕的角度來說，與原有隧道襯砌臺車相比，優(yōu)化后大部分桿件的截面尺寸較以前的有所減小，并且門架的榀數(shù)也從六榀減到四榀，從而使其優(yōu)化后的隧道襯砌臺車質(zhì)量得到相當(dāng)?shù)臏p輕。

對優(yōu)化模型進行靜強度分析，隧道襯砌臺車金屬結(jié)構(gòu)的最大應(yīng)力由１３０ＭＰａ增加到１４８ＭＰａ，充分利用了鋼材料的強度。同時，隧道襯砌臺車的應(yīng)力、應(yīng)變云圖也更加均勻、合理。

優(yōu)化分析結(jié)果為隧道襯砌臺車質(zhì)量輕量化和結(jié)構(gòu)合理性設(shè)計提供了較可信的依據(jù)�，F(xiàn)將優(yōu)化后的設(shè)計變量列表如下：

設(shè)計變量的優(yōu)化值及含義

優(yōu)化后設(shè)計變量

墨表６．２變量含義模板厚度優(yōu)化后值８ｍｍ

５０×５０ｘ６

Ｘ２模板加強筋角鋼尺寸

臺車門架的榀數(shù)

門架上橫梁１５０ｃ鋼高度

門架下橫梁１４５ｃ鋼高度

門架立柱１６３ｃ鋼高度

門架斜撐桿１２５ｃ鋼高度Ｘ３４榀５００ｒａｍＸ４４５０ｍｍＸ５６３０ｒａｍＸ６Ｘ，

●２５０ｍｍ

６７

結(jié)論與展望

結(jié)論與展望

結(jié)論

本論文采用有限單元法進行工程機械現(xiàn)代設(shè)計和優(yōu)化研究。傳統(tǒng)的設(shè)計方法設(shè)計效率低、目標(biāo)不明確，在其它行業(yè)已廣泛采用計算機輔助設(shè)計的時候，工程機械領(lǐng)域仍采用傳統(tǒng)設(shè)計方法較多。本論文采用了目前工業(yè)界較為優(yōu)秀的有限元分析軟件ＭＳＣ／ＮＡＳＴＲＡＮ，ＭＳＣ／ＮＡＳＴＲＡＮ雖然在國際范圍內(nèi)得到了普遍的應(yīng)用，但在國內(nèi)應(yīng)用的還不多。因此，ＭＳＣ／ＮＡＳＴＲＡＮ在工程機械設(shè)計及優(yōu)化中的應(yīng)用可以說是一種嘗試和創(chuàng)新，希望能借此推動我國工程機械設(shè)計與生產(chǎn)的快速、健康發(fā)展。

通過本論文的研究，可得到以下主要結(jié)論：

１．在對某公路拼裝式架橋機主梁鋼結(jié)構(gòu)的研究中，分別采用了計算機仿真分析和實測數(shù)據(jù)分析兩種分析方法，很好的將理論和實踐結(jié)合了起來。同時，兩種數(shù)據(jù)的對比結(jié)果也充分說明了有限元ＭＳＣ／ＮＡＳＴＲＡＮ分析軟件的可信性和準確性。

２．在對ＱＴＺ６３塔機超長附墻桿鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計中，通過采用ＭＳＣ／ＮＡＳＴＲＡＮ分析軟件完成了兩種擬定鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計方案的靜力學(xué)強度、剛度分析，從而比較其分析結(jié)果是否滿足Ｑ２３５鋼的性能要求。最終確定出一種滿足Ｑ２３５鋼性能要求及ＱＴＺ６３塔機施工要求的合理設(shè)計方案。

３．在對隧道襯砌臺車鋼結(jié)構(gòu)的研究中，根據(jù)某公司的要求，完成了隧道襯砌臺車在ＭＳＣ／ＮＡＳＴＲ．ＡＮ下的靜力學(xué)強度、剛度分析。分析結(jié)果表明：最大應(yīng)力值為１３０ＭＰａ，小于Ｑ２３５鋼的許用應(yīng)力，其應(yīng)力分布比較集中，造成材料的浪費，最大應(yīng)變值為５．０３，小于某公司的規(guī)定值１０ｍｍ。因此，該隧道襯砌臺車還存在進一步優(yōu)化的潛力，以便減輕重量，節(jié)省材料，提高經(jīng)濟效益。

４．在對隧道襯砌臺車鋼結(jié)構(gòu)做進一步的優(yōu)化研究中，根據(jù)優(yōu)化設(shè)計理念，將隧道襯砌臺車的模板厚度減小到８ｍｍ，門架榀數(shù)減小到４榀，同時對門架橫梁及縱梁的截面做進一步的改進優(yōu)化，并完成其有限元仿真計算。優(yōu)化后的隧道襯砌臺車的最大應(yīng)力、應(yīng)變值分別增大，但仍在規(guī)定的范圍內(nèi)，應(yīng)力、應(yīng)變云圖也更加均勻、合理，從中可以看出鋼結(jié)構(gòu)優(yōu)化不僅可以用來降低重量，也可用于優(yōu)化應(yīng)力和應(yīng)變水平。

長安大學(xué)碩士學(xué)位論文

展望

１．在公路拼裝式架橋機的研究中，應(yīng)對其整機的穩(wěn)定性做進一步的分析和研究。２．在ＱＴＺ６３塔機超長附墻桿的設(shè)計研究中，應(yīng)進一步加強有限元分析技術(shù)與試驗的結(jié)合，提高仿真分析的精度。由于現(xiàn)實情況的限制，本文沒有進行有關(guān)的試驗測試。今后需要增加超長附墻桿應(yīng)力、應(yīng)變狀態(tài)的實測環(huán)節(jié)。

３．在隧道襯砌臺車的優(yōu)化研究中，由于國內(nèi)的研究起步較晚，沒有真正成型的理論和經(jīng)驗可借鑒。本文的優(yōu)化方案，以后應(yīng)根據(jù)具體試驗測試結(jié)果進行驗證和調(diào)整，從而得出最佳優(yōu)化方案。

參考文獻

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