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自动扶梯金属刚架结构的分析及其优化

作　者: 程东霁
导　师: 樊琳
学　校: 苏州大学
专　业: 机械设计及理论
关键词: 自动扶梯 有限元分析 预应力 刚架结构 最优化设计
分类号: TH236
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
下　载: 184次
引　用: 3次
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内容摘要


金属刚架结构是自动扶梯的主要承载部件。企业为了考虑安全因素，在结构设计中选取过大的安全系数。随着我国自动扶梯的数量愈来愈多，很显然，过大的安全系数会造成钢材的巨大浪费，对于扶梯刚架结构的优化显得非常必要。 文章借助有限元分析软件ANSYS对扶梯刚架结构进行了分析和优化。首先在ANSYS中建立刚架结构的几何模型和有限元模型，通过静力分析，得出结构在承受载荷时出现最大挠度和最大应力的位置。针对变形特点，并借助理论分析，解析影响刚架结构变形的主要因素。根据分析结果，对钢架结构在形式及选材方面进行改进。其次，本文将预应力技术应用于扶梯刚架结构的优化工作中，采用集中拉力法与伸长腹杆法两种方法将预应力施加于刚架结构中。最后，利用ANSYS高级结构分析功能，将刚架结构的体积作为目标变量，将刚架结构中杆件的截面参数作为设计变量，最大挠度及最大应力作为状态变量，对刚架结构作了最优化分析。 结果表明，采用施加预应力的方法可以有效地减小结构变形并改善结构内部应力状态，在同样的承载条件下，施加预应力的刚架结构可以更换截面积更小的材料，达到节省钢材的目的。综合考虑最优化的分析结果及市场上型材的规格，选取了最合适的杆件截面形式。文章为刚架结构优化提出了多种改进方案，为企业提供了改进扶梯刚架结构的理论基础。 文章借鉴了以往研究自动扶梯学者们的研究成果，笔者对以下问题提出了自己的见解： 1．首次提出将预应力钢架技术应用于自动扶梯的刚架结构中，并做了分析研究； 2．在分析过程中，用ANSYS的参数化设计语言APDL为自动扶梯的分析创建宏文件，使分析过程操作简便； 3．利用ANSYS的高级结构分析功能，对扶梯结构做了最优化分析，并得出最佳截面参数。

全文目录


引言  7-15
  1 问题的提出  7-8
  2 相关学术研究  8-9
  3 自动扶梯的资料综述  9-13
  4 本论文研究的内容和意义  13-14
  5 论文创新之处  14
  小结  14-15
第一章 预应力及有限元理论  15-29
  1.1 预应力理论  15-18
    1.1.1 预应力结构  15-16
    1.1.2 预应力钢结构的发展  16-17
    1.1.3 预应力钢结构的类型  17
    1.1.4 预应力的施加方法  17-18
    1.1.5 预应力钢架的设计方法  18
  1.2 有限元理论  18-27
    1.2.1 有限元方法的发展  18-19
    1.2.2 有限元方法分析求解基本步骤  19-22
    1.2.3 刚度矩阵理论  22-27
  1.3 本文计算说明  27-28
  小结  28-29
第二章 自动扶梯金属刚架结构的建模  29-41
  2.1 建模工具ANSYS  29-31
  2.2 建模合理假定  31
  2.3 自动扶梯刚架结构建模的总体规划  31-34
  2.4 自动扶梯金属刚架结构的ANSYS建模步骤  34-40
    2.4.1 几何模型的建立  34-38
    2.4.2 有限元模型的建立  38-40
  小结  40-41
第三章 自动扶梯金属刚架结构的静力分析  41-52
  3.1 扶梯刚架结构特点  41-43
    3.1.1 扶梯刚架结构的焊接应力  41-42
    3.1.2 扶梯刚架结构的稳定性  42
    3.1.3 自动扶梯的承载特点  42-43
  3.2 自动扶梯钢架结构的静力分析  43-51
    3.2.1 分析前的准备  43-46
    3.2.1 不同载荷下的结构分析  46-50
    3.2.2 扶梯结构中横梁的作用  50-51
    3.2.3 扶梯刚架结构的刚度与强度校核  51
  小结  51-52
第四章 自动扶梯金属刚架结构的优化  52-70
  4.1 自动扶梯金属刚架结构的选材优化  52-58
    4.1.1 杆件选择更合适的钢材型号  52-55
    4.1.2 上弦杆与下弦杆取不同种截面的钢材  55-58
  4.2 施加预应力的优化研究  58-69
    4.2.1 采用两端施加拉力的方法施加预应力  58-64
    4.2.2 采用伸长腹杆的方法施加预应力  64-69
  小结  69-70
第五章 扶梯刚架结构的最优化设计  70-77
  5.1 优化设计问题的数学表述  70-71
  5.2 结构最优化设计流程  71
  5.3 ANSYS的优化方法  71-72
  5.4 自动扶梯刚架结构的最优化设计  72-76
  小结  76-77
第六章 自动扶梯金属刚架结构的模态分析  77-82
  6.1 动力学基本原理  77
  6.2 计算扶梯钢架结构模型的模态解  77-81
  小结  81-82
结论与展望  82-83
参考文献  83-85
攻读学位期间发表的论文  85-86
附录一 原刚架结构水平放置建模命令流  86-89
附录二 原刚架结构工作位置建模命令流  89-90
附录三 改进结构建模命令流  90-92
附录四 预应力刚架结构静力分析命令流  92-98
附录五 加载与求解命令流  98-100
后记  100-101
中文详细摘要  101-103

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中图分类: > 工业技术 > 机械、仪表工业 > 起重机械与运输机械 > 运输机械 > 自动扶梯
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