發(fā)布時間：2020-07-21 13:53

【摘要】：自二十世紀八十年代以來,我國黃淮地區(qū)較多采用凍結(jié)法施工的煤礦立井井筒相繼發(fā)生破壞,經(jīng)研究發(fā)現(xiàn),因地下含水層疏水沉降而作用于立井井壁上的負摩擦力(豎向附加力)是造成凍結(jié)井筒破壞的主要原因。為此,安徽理工大學及其合作單位研制了凍結(jié)井筒豎向可縮性井壁接頭,設(shè)置于凍結(jié)井筒的內(nèi)層井壁中,用來衰減豎向附加力和保障立井井筒的安全。凍結(jié)井可縮性井壁接頭雖已成功應用于多個煤礦立井井筒,但其優(yōu)化設(shè)計方法值得進一步探討。本文采用理論分析和數(shù)值模擬相結(jié)合的方法,基于ANSYS有限元程序,分別以祁南礦北風井和楊村礦風井的可縮性井壁接頭為研究對象,對凍結(jié)井可縮性井壁接頭的力學性能和優(yōu)化設(shè)計方法進行了研究。其主要研究內(nèi)容和成果如下:(1)根據(jù)祁南礦北風井和楊村礦風井的井壁結(jié)構(gòu)方案,采用簡化設(shè)計理論,對祁南礦北風井和楊村礦風井的可縮性井壁接頭參數(shù)進行了初步設(shè)計,祁南礦北風井的井壁接頭采用雙立板結(jié)構(gòu)形式,設(shè)置于-258m和-303m層位;楊村礦風井的井壁接頭采用三立板結(jié)構(gòu)形式,設(shè)置于-440m和-550m層位。(2)分別以祁南礦北風井-303m層位雙立板井壁接頭和楊村礦風井-550m層位三立板井壁接頭為研究對象,采用ANSYS程序建立軸對稱有限元模型,對井壁接頭的力學性能進行了分析,雙立板井壁接頭的豎向、水平承載能力分別為22.4、28MPa;三立板井壁接頭的豎向、水平承載能力分別為28、30.8MPa。(3)分別以祁南礦北風井-303m層位雙立板井壁接頭和楊村礦風井-550m層位三立板井壁接頭為研究對象,采用ANSYS有限元程序,以接頭的各立板厚度為設(shè)計變量,以豎向荷載作用下接頭的最大Von Mises等效應力為狀態(tài)變量,以接頭的橫截面面積為目標函數(shù),對井壁接頭進行了優(yōu)化設(shè)計,從而將雙立板井壁接頭的外立板厚度減薄了10mm,將三立板井壁接頭的外立板厚度也減薄了10mm。
【學位授予單位】：安徽理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TD265.3
【圖文】：

圖 1-4 優(yōu)化初始狀態(tài) 圖 1-5 優(yōu)化結(jié)果狀態(tài)Figure 1-4 Optimizing the initial state Figure 1-5 Optimization Result status拓撲優(yōu)化（Topology Optimization）:結(jié)構(gòu)拓撲優(yōu)化方法就是在一個確定的空間根據(jù)已經(jīng)明確的約束條件，來解決材料分布的問題，以達到使輸出應力、位達到規(guī)定要求或者結(jié)構(gòu)剛度達到最大目標的一種優(yōu)化設(shè)計方法。滿宏亮[12]指止現(xiàn)在，進化法與退化法是兩類常用方法。常用的退化法主要有：基結(jié)構(gòu)方GSA），均勻化方法（HM），變密度法（Variable density method），變厚度Variable thickness method）。與此同時，針對進化法與退化法等各種算法所存缺陷，羅鷹等[13]指出采取混合策略不失為一種比較好的解決方案。截止目前拓撲優(yōu)化在理論層面已經(jīng)取得了很多成績，但是在實踐運用方面并沒有得到的推廣，研究人員在優(yōu)化時也缺少相應的拓撲優(yōu)化的案例來作為參考依據(jù)，想要在實際應用中運用拓撲優(yōu)化這一方法，還有待相關(guān)的專家學者對這個問行進一步的探討。另一個方面，如何將拓撲優(yōu)化和形狀設(shè)計合理地結(jié)合在一且集成到電腦輔助設(shè)計系統(tǒng)（CAD）中也是一個極具價值的研究方向，這還

圖 1-4 優(yōu)化初始狀態(tài) 圖 1-5 優(yōu)化結(jié)果狀態(tài)Figure 1-4 Optimizing the initial state Figure 1-5 Optimization Result status拓撲優(yōu)化（Topology Optimization）:結(jié)構(gòu)拓撲優(yōu)化方法就是在一個確定的空間根據(jù)已經(jīng)明確的約束條件，來解決材料分布的問題，以達到使輸出應力、位達到規(guī)定要求或者結(jié)構(gòu)剛度達到最大目標的一種優(yōu)化設(shè)計方法。滿宏亮[12]指止現(xiàn)在，進化法與退化法是兩類常用方法。常用的退化法主要有：基結(jié)構(gòu)方GSA），均勻化方法（HM），變密度法（Variable density method），變厚度Variable thickness method）。與此同時，針對進化法與退化法等各種算法所存缺陷，羅鷹等[13]指出采取混合策略不失為一種比較好的解決方案。截止目前拓撲優(yōu)化在理論層面已經(jīng)取得了很多成績，但是在實踐運用方面并沒有得到的推廣，研究人員在優(yōu)化時也缺少相應的拓撲優(yōu)化的案例來作為參考依據(jù)，想要在實際應用中運用拓撲優(yōu)化這一方法，還有待相關(guān)的專家學者對這個問行進一步的探討。另一個方面，如何將拓撲優(yōu)化和形狀設(shè)計合理地結(jié)合在一且集成到電腦輔助設(shè)計系統(tǒng)（CAD）中也是一個極具價值的研究方向，這還

以是人們常用的兩種方法。零階優(yōu)化理采用零階優(yōu)化算法能夠解決大部分的問高。而一階優(yōu)化理論則是以目標函數(shù)對，優(yōu)化的結(jié)果也更為精確，所以它也更用一階優(yōu)化算法也由著耗時較長和會陷個較為合理的優(yōu)化過程是需要將零階優(yōu)，首先，通過零階優(yōu)化算法大致確定最對最優(yōu)解的位置進行進一步的定位，以包含三大變量：設(shè)計變量（DV）、狀加清晰地說明 ANSYS 優(yōu)化中的三大）和目標函數(shù)（OBJ），下面以一個

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

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本文編號：2764503