隨著中國水利水電工程的不斷興建,弧形鋼閘門因具有水流流態(tài)好、泄流能力強及啟閉力小等優(yōu)點在高壩大庫中被廣泛使用�；⌒武撻l門設(shè)計工作多采用平面繪圖方法,繪圖效率低,且無法實現(xiàn)參數(shù)化。同時,傳統(tǒng)的平面體系法難以考慮空間效應(yīng),與其結(jié)構(gòu)實際受力狀況并不相符。隨著BIM技術(shù)的興起,基于BIM的三維設(shè)計方法給弧形鋼閘門的設(shè)計工作帶來了極大的便利,顯著提升了設(shè)計效率,但由于弧形鋼閘門BIM標準協(xié)議尚未統(tǒng)一,不同軟件平臺之間的兼容性較差,致使模型使用僅停留在出圖階段,無法實現(xiàn)有限元計算與BIM模型的有機統(tǒng)一,造成了BIM模型后續(xù)價值的浪費。針對上述問題,本文基于BIM三維設(shè)計方法,借助CATIA三維建模軟件,提出了一種弧形鋼閘門CAD/CAE參數(shù)化設(shè)計方法,并通過VB語言編程開發(fā)了集結(jié)構(gòu)計算、工程出圖、有限元分析、結(jié)構(gòu)優(yōu)化于一體的弧形鋼閘門數(shù)字化設(shè)計系統(tǒng),可大大降低設(shè)計人員的工作量,提升設(shè)計效率。本文主要工作和成果如下:(1)篩選出弧形鋼閘門各類構(gòu)件模型的主要參數(shù),以基于BIM的三維設(shè)計方法為指導(dǎo),以骨架關(guān)聯(lián)設(shè)計的建模方式為核心,搭建了弧形鋼閘門三維模型庫,并定制了工程圖紙的模板,有效解決了弧形鋼閘門設(shè)計手段落后,出圖效率低的問題。(2)基于CATIA平臺搭建弧形鋼閘門模型庫,據(jù)此建立弧形鋼閘門三維參數(shù)化模型,利用Hypermesh作為CAD軟件CATIA和CAE軟件ANSYS的橋梁,同時結(jié)合結(jié)構(gòu)優(yōu)化理論,提出弧形鋼閘門CAD/CAE參數(shù)化設(shè)計方法,對弧形鋼閘門進行空間有限元分析,并根據(jù)有限元結(jié)果進行構(gòu)件尺寸優(yōu)化。(3)基于CATIA平臺產(chǎn)品優(yōu)化模塊,以閘門啟閉力為目標函數(shù),上鉸點位置為設(shè)計變量,提出一種弧形鋼閘門液壓啟閉機上鉸點位置優(yōu)化設(shè)計方法,并以工程實例進行驗證,結(jié)果表明:啟閉機容量減小一個等級。(4)根據(jù)現(xiàn)行水利水電工程鋼閘門設(shè)計規(guī)范,以三維數(shù)字化設(shè)計方法為核心,基于VB開發(fā)出一套集弧形鋼閘門結(jié)構(gòu)布置、三維建模、工程出圖、有限元分析、結(jié)構(gòu)優(yōu)化等功能于一體弧形鋼閘門數(shù)字化設(shè)計軟件。結(jié)合工程實例對某表孔弧形鋼閘門進行了設(shè)計及優(yōu)化,結(jié)果表明:閘門自重減小13.57%,有限元結(jié)果顯示該軟件設(shè)計閘門合理、準確,為弧形鋼閘門的設(shè)計帶來了極大的便利。
【學(xué)位單位】：西北農(nóng)林科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TV663.4
【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第一章 緒論
    1.1 研究背景及意義
    1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 BIM技術(shù)研究現(xiàn)狀
        1.2.2 鋼閘門的設(shè)計方法研究現(xiàn)狀
        1.2.3 基于BIM的鋼閘門數(shù)字化設(shè)計研究現(xiàn)狀
        1.2.4 存在問題
    1.3 本文研究工作
        1.3.1 研究內(nèi)容
        1.3.2 研究思路及技術(shù)路線
第二章 弧形鋼閘門結(jié)構(gòu)布置
    2.1 引言
    2.2 門葉結(jié)構(gòu)布置
        2.2.1 主橫梁結(jié)構(gòu)布置
        2.2.2 主縱梁結(jié)構(gòu)布置
    2.3 支臂結(jié)構(gòu)布置
    2.4 主框架布置
    2.5 支鉸布置
    2.6 梁系連接布置
        2.6.1 主橫梁同層布置
        2.6.2 主縱梁疊層布置
        2.6.3 主縱梁同層布置
    2.7 本章小結(jié)
第三章 弧形鋼閘門結(jié)構(gòu)分析與優(yōu)化設(shè)計
    3.1 引言
    3.2 弧形鋼閘門的結(jié)構(gòu)設(shè)計
        3.2.1 面板設(shè)計
        3.2.2 次梁設(shè)計
        3.2.3 主框架設(shè)計
        3.2.4 邊梁及隔板設(shè)計
    3.3 結(jié)構(gòu)有限元理論
        3.3.1 有限單元法概況
        3.3.2 靜力學(xué)分析的有限元方法
    3.4 結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計概述
        3.4.1 結(jié)構(gòu)優(yōu)化數(shù)學(xué)模型
        3.4.2 結(jié)構(gòu)優(yōu)化的主要方法
    3.5 本章小結(jié)
第四章 弧形鋼閘門CAD/CAE參數(shù)化設(shè)計
    4.1 引言
    4.2 弧形鋼閘門數(shù)字化設(shè)計流程
    4.3 弧形鋼閘門三維參數(shù)化建模方法
        4.3.1 骨架關(guān)聯(lián)的建模方式
        4.3.2 參數(shù)管理與驅(qū)動
        4.3.3 弧形鋼閘門參數(shù)化模板的搭建
        4.3.4 工程圖紙的生成
    4.4 CAD/CAE聯(lián)合仿真
        4.4.1 實體—曲面模型轉(zhuǎn)換
        4.4.2 結(jié)構(gòu)有限元分析
    4.5 本章小結(jié)
第五章 弧形鋼閘門啟閉機布置及上鉸點優(yōu)化
    5.1 引言
    5.2 液壓啟閉機基本布置形式
    5.3 基于CATIA的液壓啟閉機上鉸點優(yōu)化方法
        5.3.1 CATIA產(chǎn)品工程優(yōu)化模塊
        5.3.2 CATIA優(yōu)化求解算法
        5.3.3 啟閉機上鉸點可行域分析
        5.3.4 啟閉機上鉸點優(yōu)化數(shù)學(xué)模型
    5.4 工程實例
        5.4.1 基本參數(shù)
        5.4.2 優(yōu)化過程
    5.5 本章小結(jié)
第六章 弧形鋼閘門數(shù)字化設(shè)計程序開發(fā)
    6.1 引言
    6.2 軟件功能
    6.3 弧形鋼閘門設(shè)計軟件開發(fā)工具
        6.3.1 編程語言的選擇
        6.3.2 開發(fā)平臺的選擇
        6.3.3 VB調(diào)用過程的實現(xiàn)
        6.3.4 軟件界面設(shè)計
    6.4 應(yīng)用實例
        6.4.1 弧形鋼閘門靜力分析
        6.4.2 弧形鋼閘門動力分析
        6.4.3 支臂穩(wěn)定性分析
    6.5 本章小結(jié)
第七章 結(jié)論與展望
    7.1 結(jié)論
    7.2 展望
參考文獻
致謝
個人簡歷

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本文編號：2876357