【摘要】：自二十世紀(jì)八十年代以來(lái),我國(guó)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(fù)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(xué)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(lái)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(yīng)用于多個(gè)煤礦立井井筒,但其優(yōu)化設(shè)計(jì)方法值得進(jìn)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(fēng)井和楊村礦風(fēng)井的可縮性井壁接頭為研究對(duì)象,對(duì)凍結(jié)井可縮性井壁接頭的力學(xué)性能和優(yōu)化設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了研究。其主要研究?jī)?nèi)容和成果如下:(1)根據(jù)祁南礦北風(fēng)井和楊村礦風(fēng)井的井壁結(jié)構(gòu)方案,采用簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)理論,對(duì)祁南礦北風(fēng)井和楊村礦風(fēng)井的可縮性井壁接頭參數(shù)進(jìn)行了初步設(shè)計(jì),祁南礦北風(fēng)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(fēng)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(fēng)井-303m層位雙立板井壁接頭和楊村礦風(fēng)井-550m層位三立板井壁接頭為研究對(duì)象,采用ANSYS程序建立軸對(duì)稱有限元模型,對(duì)井壁接頭的力學(xué)性能進(jìn)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(fēng)井-303m層位雙立板井壁接頭和楊村礦風(fēng)井-550m層位三立板井壁接頭為研究對(duì)象,采用ANSYS有限元程序,以接頭的各立板厚度為設(shè)計(jì)變量,以豎向荷載作用下接頭的最大Von Mises等效應(yīng)力為狀態(tài)變量,以接頭的橫截面面積為目標(biāo)函數(shù),對(duì)井壁接頭進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì),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(xué)位授予單位】：安徽理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：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?fù)鋬?yōu)化（Topology Optimization）:結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化方法就是在一個(gè)確定的空間根據(jù)已經(jīng)明確的約束條件，來(lái)解決材料分布的問(wèn)題，以達(dá)到使輸出應(yīng)力、位達(dá)到規(guī)定要求或者結(jié)構(gòu)剛度達(dá)到最大目標(biāo)的一種優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。滿宏亮[12]指止現(xiàn)在，進(jìn)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(shí)，針對(duì)進(jìn)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?fù)鋬?yōu)化在理論層面已經(jīng)取得了很多成績(jī)，但是在實(shí)踐運(yùn)用方面并沒(méi)有得到的推廣，研究人員在優(yōu)化時(shí)也缺少相應(yīng)的拓?fù)鋬?yōu)化的案例來(lái)作為參考依據(jù)，想要在實(shí)際應(yīng)用中運(yùn)用拓?fù)鋬?yōu)化這一方法，還有待相關(guān)的專家學(xué)者對(duì)這個(gè)問(wèn)行進(jìn)一步的探討。另一個(gè)方面，如何將拓?fù)鋬?yōu)化和形狀設(shè)計(jì)合理地結(jié)合在一且集成到電腦輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)（CAD）中也是一個(gè)極具價(jià)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?fù)鋬?yōu)化（Topology Optimization）:結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化方法就是在一個(gè)確定的空間根據(jù)已經(jīng)明確的約束條件，來(lái)解決材料分布的問(wèn)題，以達(dá)到使輸出應(yīng)力、位達(dá)到規(guī)定要求或者結(jié)構(gòu)剛度達(dá)到最大目標(biāo)的一種優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。滿宏亮[12]指止現(xiàn)在，進(jìn)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(shí)，針對(duì)進(jìn)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?fù)鋬?yōu)化在理論層面已經(jīng)取得了很多成績(jī)，但是在實(shí)踐運(yùn)用方面并沒(méi)有得到的推廣，研究人員在優(yōu)化時(shí)也缺少相應(yīng)的拓?fù)鋬?yōu)化的案例來(lái)作為參考依據(jù)，想要在實(shí)際應(yīng)用中運(yùn)用拓?fù)鋬?yōu)化這一方法，還有待相關(guān)的專家學(xué)者對(duì)這個(gè)問(wèn)行進(jìn)一步的探討。另一個(gè)方面，如何將拓?fù)鋬?yōu)化和形狀設(shè)計(jì)合理地結(jié)合在一且集成到電腦輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)（CAD）中也是一個(gè)極具價(jià)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(wèn)高。而一階優(yōu)化理論則是以目標(biāo)函數(shù)對(duì)，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(shí)較長(zhǎng)和會(huì)陷個(gè)較為合理的優(yōu)化過(guò)程是需要將零階優(yōu)，首先，通過(guò)零階優(yōu)化算法大致確定最對(duì)最優(yōu)解的位置進(jìn)行進(jìn)一步的定位，以包含三大變量：設(shè)計(jì)變量（DV）、狀加清晰地說(shuō)明 ANSYS 優(yōu)化中的三大）和目標(biāo)函數(shù)（OBJ），下面以一個(gè)

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2764503