本文關(guān)鍵詞：弧形鋼閘門的優(yōu)化設(shè)計與可靠度分析，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：在水利水電工程領(lǐng)域,水工鋼閘門是不可缺少的一種鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件,它廣泛應用于水壩的航運、灌溉、引水發(fā)電等系統(tǒng)中。閘門種類有很多,其中弧形鋼閘門擁有其它類型閘門所沒有的優(yōu)點,成為應用形式最普遍的閘門。在弧形鋼閘門的設(shè)計研究中,由于基于平面體系的傳統(tǒng)計算方式忽略了構(gòu)件之間的相互作用,會導致計算結(jié)果不夠準確；同時通過試算的方法計算效率不高,最終結(jié)構(gòu)偏于安全；目前以確定性方法設(shè)計的結(jié)構(gòu)只是具備一定概率上的安全性能,所以在設(shè)計完成后校核各構(gòu)件的可靠度很有必要。本文利用有限元仿真技術(shù)ANSYS對閘門進行三維建模和受力分析,通過考慮弧形鋼閘門各構(gòu)件之間的相互作用,使結(jié)果更加準確。在此基礎(chǔ)上,利用優(yōu)化算法在結(jié)構(gòu)的安全性和經(jīng)濟性之間尋找一個平衡點,并對優(yōu)化結(jié)果進行可靠度校核。論文具體的研究工作如下：1、詳細介紹了閘門組成、分類以及各重要構(gòu)件的布置形式；接著闡述了建立弧形鋼閘門有限元模型所需的單元類型、工況組合、約束以及相關(guān)規(guī)范對閘門的要求等內(nèi)容。依據(jù)對弧形鋼閘門構(gòu)造和建模的敘述,建立一個閘門實體模型,研究分析了此模型常見的作用和抗力,為結(jié)構(gòu)優(yōu)化和可靠度分析做好準備。2、利用粒子群優(yōu)化算法,結(jié)合ANSYS的分析計算能力,對弧形鋼閘門進行優(yōu)化設(shè)計。此方法與傳統(tǒng)的通過試算的設(shè)計方法相比,不會產(chǎn)生過于保守的設(shè)計結(jié)果；與ANSYS自帶的優(yōu)化算法相比,避免了局部收斂的問題,計算效率提高。在這過程中,對比了三種不同主框架形式的閘門用鋼量,總結(jié)了雙主梁形式弧形鋼閘門受力更加均勻、造價低廉的優(yōu)勢。3、根據(jù)《水利水電工程鋼閘門設(shè)計規(guī)范》和結(jié)構(gòu)可靠度理論,統(tǒng)計閘門抗力和作用的分布參數(shù),根據(jù)弧形鋼閘門的強度、剛度和支臂穩(wěn)定三種失效模式,利用優(yōu)化所得的結(jié)構(gòu)模型來計算主框架中各重要受力構(gòu)件在不同工況組合下的可靠指標,驗證了確定性優(yōu)化設(shè)計后各構(gòu)件的可靠度。從結(jié)果可以看出主梁的強度是影響結(jié)構(gòu)可靠度的薄弱環(huán)節(jié),而波浪壓力工況組合及其它水壓力類荷載對結(jié)構(gòu)安全影響最大,為閘門的保守設(shè)計和正常工作提供了參考。
【關(guān)鍵詞】：弧形鋼閘門 結(jié)構(gòu)優(yōu)化 粒子群算法 蒙特卡洛法 可靠度分析
【學位授予單位】：大連理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TV663.4;TV31
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 緒論9-15
• 1.1 引言9
• 1.2 選題背景及意義9-12
• 1.3 鋼閘門研究發(fā)展概述12-14
• 1.4 本論文主要研究內(nèi)容14-15
• 2 弧形鋼閘門的布置及有限元模型15-35
• 2.1 閘門的組成與分類15-18
• 2.1.1 閘門的組成15-16
• 2.1.2 弧形鋼閘門的分類16-18
• 2.2 弧形鋼閘門的結(jié)構(gòu)布置18-22
• 2.2.1 主框架的布置與尺寸18-19
• 2.2.2 擋板上梁的設(shè)計與構(gòu)造19-20
• 2.2.3 支臂的設(shè)計與構(gòu)造20-22
• 2.2.4 支鉸的位置和弧形鋼閘門半徑22
• 2.3 有限元分析模型22-31
• 2.3.1 有限元法和ANSYS的簡介23-24
• 2.3.2 弧形鋼閘門模型所用單元24-26
• 2.3.3 約束的處理26-27
• 2.3.4 荷載的布置與計算27-29
• 2.3.5 規(guī)范對閘門設(shè)計的要求29-31
• 2.4 鋼閘門的設(shè)計模型實例31-34
• 2.5 本章小結(jié)34-35
• 3 鋼閘門優(yōu)化設(shè)計與受力分析35-54
• 3.1 結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計35-37
• 3.1.1 優(yōu)化設(shè)計簡介35-36
• 3.1.2 結(jié)構(gòu)優(yōu)化在ANSYS中實現(xiàn)的過程36-37
• 3.1.3 一階優(yōu)化法37
• 3.2 粒子群算法37-42
• 3.2.1 粒子群算法簡介37-39
• 3.2.2 MatLab與ANSYS結(jié)合實現(xiàn)優(yōu)化39-42
• 3.3 弧形鋼閘門優(yōu)化設(shè)計42-53
• 3.3.1 不同主框架形式的優(yōu)化結(jié)果對比43-44
• 3.3.2 雙主梁式閘門優(yōu)化結(jié)果44-48
• 3.3.3 優(yōu)化后結(jié)構(gòu)的內(nèi)力位移分析48-53
• 3.4 本章小結(jié)53-54
• 4 弧形鋼閘門的可靠度分析54-64
• 4.1 可靠性分析簡介及方法54-57
• 4.1.1 結(jié)構(gòu)可靠性分析簡介54-55
• 4.1.2 可靠性分析在ANSYS中實現(xiàn)的過程55-56
• 4.1.3 蒙特卡洛法56-57
• 4.2 可靠度分析的準備57-59
• 4.2.1 荷載與抗力統(tǒng)計57-59
• 4.2.2 可靠度分析的功能函數(shù)59
• 4.3 弧形鋼閘門結(jié)構(gòu)的可靠度分析59-63
• 4.3.1 強度可靠度分析60-62
• 4.3.2 剛度可靠度分析62
• 4.3.3 支臂穩(wěn)定可靠度分析62-63
• 4.4 本章小結(jié)63-64
• 5 結(jié)論64-66
• 5.1 總結(jié)64-65
• 5.2 展望65-66
• 參考文獻66-69
• 附錄A beam188單元梁整體穩(wěn)定等效應力計算命令流69-72
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表學術(shù)論文情況72-73
• 致謝73-74

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 周建方;弧門主框架可靠性分析及設(shè)計[J];水力發(fā)電;1993年05期

2 王萬良;唐宇;;微粒群算法的研究現(xiàn)狀與展望[J];浙江工業(yè)大學學報;2007年02期

中國碩士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 屈超;弧形鋼閘門拓撲優(yōu)化與結(jié)構(gòu)布置研究[D];西北農(nóng)林科技大學;2008年

  本文關(guān)鍵詞：弧形鋼閘門的優(yōu)化設(shè)計與可靠度分析，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

，

本文編號：324576