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小型鐵路鋼橋強度分析及優(yōu)化設(shè)計畢業(yè)論文-文庫吧資料

2025-06-28 20:48本頁面
  

【正文】 4000,5000,16000N,228, 24000,5000,16000N,229,12000,5000,16000N,230,0,5000,16000N,231,12000,5000,16000N,232,24000,5000,16000TYPE,1MAT,1REAL,1ESYS,0SECNUM,1E,1,223E,37,227E,186,228E,222,232!4TYPE,1MAT,1REAL,2ESYS,0SECNUM,2E,1,2EGEN,36,1,5!40E,186,187EGEN,36,1,41!76E,223,224EGEN,4,1,77!80E,228,229EGEN,4,1,81!84TYPE,1MAT,1REAL,3ESYS,0SECNUM,3E,1,186EGEN,7,6,85!91E,223,228EGEN,5,1,92!96TYPE,1MAT,1REAL,4ESYS,0SECNUM,4E,7,223E,13,224E,19,225E,25,226E,31,227E,192,228E,198,229E,204,230E,210,231E,216,232!106E,13,223E,13,225E,25,225E,25,227E,198,228E,198,230E,210,230E,210,232!114TYPE,2MAT,2REAL,5SECNUM,5ESYS,0E,1,2,39,38EGEN,36,1,115!150E,38,39,76,75EGEN,36,1,151!186E,75,76,113,112EGEN,36,1,187!222E,112,113,150,149EGEN,36,1,223!258E,149,150,187,186EGEN,36,1,259!294FINISH/SOLUNSEL,S,LOC,X,36000D,ALL,0,UX,UY,UZ,NSEL,S,LOC,X,36000D,ALL,0,UY,UZ,ALLSEL,ALLACEL,0,0,9947ESEL,S,ELEM,5,40ESEL,A,ELEM,41,76SFBEAM,ALL,1,PRESS,F,19,FX,F,204,FX,F,19,FY, F,204,FY, ALLSEL,ALLANTYPE,0SOLVEFINISH/POST1PLDISP,2PRNSOL,U,COMPPLNSOL,U,SUM,0,PLVECT,U,VECT,ELEM,ON,0ETABLE,ZHOU_I,SMISC,1ETABLE,ZHOU_J,SMISC,7ETABLE,JIAN_I,SMISC,2 ETABLE,JIAN_J,SMISC,8ETABLE,WAN_I,SMISC,6ETABLE,WAN_J,SMISC,12PRETAB,ZHOU_I,ZHOU_J,JIAN_I,JIAN_J,WAN_I,WAN_JPLLS,ZHOU_I,ZHOU_J,1,0PLLS,JIAN_I,JIAN_J,1,0PLLS,WAN_I,WAN_J,1,0ESEL,S,TYPE,1ETABLE,EVOL,VOLUSSUM*GET,VTOTAL,SSUM,ITEM,EVOLRHO=WT=RHO*VTOTALALLSELNSORT,U,Z,0,1,ALL*GET,DMAXZ,SORT,MAXALLSELNSORT,U,Y,0,1,ALL*GET,DMAXY,SORT,MAXETABLE,SMAX_I,NMISC,1ETABLE,SMAX_J,NMISC,3ESORT,ETAB,SMAX_I,1*GET,SMAXI,SORT,MAXESORT,ETAB,SMAX_J,1*GET,SMAXJ,SORT,MAXSMAX=SMAXISMAXJ*STATUS,DMAXZ*STATUS,DMAXY*STATUS,SMAXSAVELGWRITE,youhua,lgw,NONEFINISH/OPTOPANL,39。同時,老師還給予了我很多生活上關(guān)懷和幫助,讓我體會到家里一樣的溫暖,感激之情無以言表,謹在此表示衷心的謝意!同時,也要感謝我的父母,是他們一直支持著我,鼓勵著我,使我能夠不斷前進,并得以順利的完成學業(yè)。他在嚴格要求的同時又能充分發(fā)揮每個學生的積極性和主觀能動性,能夠讓每個人學有所長,發(fā)現(xiàn)自己的長處,進而提升自己、改變自己,為自己即將面臨的工作打好基礎(chǔ)。論文的每一細節(jié)都凝聚著老師的心血。致謝本論文是在老師的嚴格要求和精心指導下完成的。要重點校核腹桿的強度,并采取增加腹桿橫截面積等措施提高腹桿的強度。(5)主桁在荷載作用下,除受軸向力外,還承受彎矩及數(shù)值較小的扭矩。在各種工況組合作用下,鋼桁梁橋的腹桿受彎矩最大。在各種工況組合作用下,鋼桁梁橋的剪力分布較為復雜,總體來說四種工字梁所受剪力由大到小依此是腹桿、上弦桿、端斜桿、下弦桿??梢詫⑸舷伊杭僭O(shè)為桿件,下面的橫梁的橫截面積要適當?shù)谋壬厦娴臋M截面積大一些。腹梁構(gòu)件應力全為負值,說明它是受壓的,而且它的最大彎曲應力達到了MPa級,可見對它做梁單元的假設(shè)是正確的。(2)軸向力。在各種荷載組合作用下,鋼桁梁橋的下弦中部產(chǎn)生最大位移,由中間向兩側(cè)位移數(shù)值逐漸減?。簧舷乙渤尸F(xiàn)此種趨勢,不過位移數(shù)值較下弦數(shù)值小;橋面在橫向方向上位移由中間向兩端數(shù)值增大,橋面在縱向方向上位移數(shù)值由中間向兩端減小。結(jié)論本文針對72m下承式鋼桁梁橋,運用有限元方法建立全橋有限元分析模型,對鋼桁梁橋進行強度分析和優(yōu)化設(shè)計。③目標函數(shù)值在優(yōu)化過程中應為正值,因為負值將會引起數(shù)據(jù)問題。如果要最大化數(shù)值x,就將問題轉(zhuǎn)化為求數(shù)值x1=Cx或x1=1/x的最小值,其中C是遠大于x的數(shù)值。(3)選擇目標函數(shù)①目標函數(shù)是設(shè)計要最小化或最大化的數(shù)值。應避免過小的范圍,因為此時合理設(shè)計可能不存在。如果將狀態(tài)變量表示為G=Z1(C*Z2)且G0,狀態(tài)變量逼近就準確了。④在零階方法中,如果可能的話,選擇與設(shè)計變量為線性或平方關(guān)系的參數(shù)為狀態(tài)變量。同樣也要避免另一個極端如選擇每個單元中的應力都為狀態(tài)變量。 ③選擇足夠約束設(shè)計的狀態(tài)變量數(shù)。同樣,在MAX域中輸入空值表示無上限。狀態(tài)變量必須是ANSYS可以計算的數(shù)值;實際上任何參數(shù)都能被定義為狀態(tài)變量。⑤選擇可以提供實際優(yōu)化設(shè)計的設(shè)計變量(2)選擇狀態(tài)變量①狀態(tài)變量通常是控制設(shè)計的因變量數(shù)值。范圍過大可能不能表示好的設(shè)計空間,而范圍過小可能排除了好的設(shè)計。例如,如果優(yōu)化形式是對稱的,可以用一個設(shè)計變量表示對稱部分。③設(shè)計變量合并不能用于設(shè)計變量是真正獨立的情況下。一種減少設(shè)計變量的做法就是將其中的一些變量用其他的設(shè)計變量表示。選用太多的設(shè)計變量會使得收斂于局部最小值的可能性增加,在問題是高度非線性時甚至會引起不收斂。其必須是正值。通過本本論文的優(yōu)化設(shè)計部分總結(jié)出一些選擇優(yōu)化變量的經(jīng)驗如下文所述。如上節(jié)所述,優(yōu)化模型對四種工字鋼的參數(shù)值均選用優(yōu)化序列參數(shù)值的工字鋼,修改程序參數(shù)得到優(yōu)化模型的模型參數(shù)和處理結(jié)果并與初始模型的對比如表43所示。優(yōu)化模型采用該種工字鋼。圖47 (9)。圖45 (7)。圖43 (5)。圖41 (3)端斜桿工字鋼四參數(shù)對優(yōu)化次數(shù)的函數(shù)圖形如圖42所示。現(xiàn)將優(yōu)化結(jié)果闡述如下。當執(zhí)行第27次優(yōu)化之后收斂,且最佳設(shè)計序列是合理設(shè)計序列,使用不同的初始設(shè)計序列重新進行分析,得到勻差范圍內(nèi)可認為相同的結(jié)果,故而排除了局部最小值的情況。表41優(yōu)化變量一覽表參數(shù)名下限上限設(shè) 計變 量H1350630B1350180D11017T11022H2350630B2350180D21017T21022H3350630B3350180D31017T31022H4350630B4350180D41017T41022狀態(tài)變量DMAXZ800DMAXY018SMAX目標函數(shù)WT————本論文采用一階方法對模型進行優(yōu)化設(shè)計,迭代次數(shù)設(shè)置為100。設(shè)計變量,狀態(tài)變量和目標函數(shù)總稱為優(yōu)化變量。在本論文的優(yōu)化設(shè)計中,主要基于對工字梁材料的節(jié)省,達到工字梁材料的優(yōu)化利用的考慮,故采用工字梁的總重量WT為目標函數(shù)。目標函數(shù)是要盡量減小的數(shù)值。根據(jù)《鐵路橋涵設(shè)計基本規(guī)范》DMAXZ應滿足最小值大于80,同樣,DMAXY應滿足最大值小于18。在本優(yōu)化設(shè)計中,有三個狀態(tài)變量:DMAXY,DMAXZ,SMAX。它們是“因變量”,是設(shè)計變量的函數(shù)。ANSYS優(yōu)化程序允許定義不超過60個設(shè)計變量。設(shè)計空間見表41所示,從而確定設(shè)計變量的取值范圍。每個設(shè)計變量都有上下限,它定義了設(shè)計變量的變化范圍。對最不利工況作用下的橋梁結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化設(shè)計。(6)最優(yōu)梯度法最優(yōu)梯度法計算設(shè)計空間中某一點的梯度。對于整體評估,程序進行2n次循環(huán),n是設(shè)計變量的個數(shù)。(這個二階技術(shù)在每個設(shè)計變量的兩個極值點上取值。對于每個設(shè)計變量,變量范圍將劃分為NSPS1個相等的步長,進行NSPS次循環(huán)。(4)等步長搜索法等步長搜索法用于在設(shè)計空間內(nèi)完成掃描分析。它也可以用來完成一些小的設(shè)計任務。如果給出了最大合理設(shè)計數(shù),在達到這個數(shù)值時循環(huán)將終止,而忽略最大迭代次數(shù)是否達到。(3)隨機搜索法對于隨機搜索法,程序完成指定次數(shù)的分析循環(huán),并在每次循環(huán)中使用隨機搜索變量值。因此,每次迭代都有一系列的子迭代(其中包括搜索方向和梯度計算)組成。一階方法使用因變量對設(shè)計變量的偏導數(shù)。(2)一階方法同零階方法一樣,一階方法通過對目標函數(shù)添加罰函數(shù)將問題轉(zhuǎn)換為非約束的。(1)零階方法零階方法之所以稱為零階方法是由于它只用到因變量而不用到它的偏導數(shù)。 ANSYS優(yōu)化設(shè)計方法理解計算機程序的算法總是很有用的,尤其是在優(yōu)化設(shè)計中。 (7)進行優(yōu)化分析。 (5)選擇優(yōu)化工具或優(yōu)化方法。(3)進入OPT,指定分析文件(OPT)。(2)在ANSYS數(shù)據(jù)庫里建立與分析文件中變量相對應的參數(shù)。② 求解(SOLUTION)。(1) 生成循環(huán)所用的分析文件。這些初期交互式的操作可以幫助用戶縮小設(shè)計空間的大小,使優(yōu)化過程得到更高的效率。而另一方面,交互方式具有更大的靈活性,而且可以實時看到循環(huán)過程的結(jié)果。如果對于ANSYS程序的命令相當熟悉,就可以選擇用命令輸入整個優(yōu)化文件并通過批處理方式來進行優(yōu)化。共有兩種方法實現(xiàn)ANSYS優(yōu)化設(shè)計:批處理方法和通過GUI交互式地完成。例如,隨機優(yōu)化分析的迭代次數(shù)是可以指定的。這一循環(huán)過程重復進行直到所有的設(shè)計要求都滿足為止。對于這兩種方法,ANSYS程序提供了一系列的分析——評估——修正的循環(huán)過程。零階方法是一個很完善的處理方法,可以很有效地處理大多數(shù)的工程問題。也就是說,最優(yōu)設(shè)計方案就是一個最有效率的方案。第四章 鋼桁梁橋的優(yōu)化設(shè)計 ANSYS優(yōu)化設(shè)計概述 優(yōu)化設(shè)計是一種尋找確定最優(yōu)設(shè)計方案的技術(shù)。其次要學會分析上述各種圖形,從圖形中定性地分析結(jié)構(gòu)的整體受力情況,并結(jié)合列表,定量地確定結(jié)構(gòu)的位移受力情況。并用列表列出所有結(jié)點的位移,所有單元的應力情況。圖320 彎矩圖本部分首先在已經(jīng)建立好的ANSYS模型添加約束和荷載,在添加約束時要注意運用節(jié)點或單元選擇命令對指定的節(jié)點或者單元試施加荷載。圖318軸力圖(7)運用APDL命令對橋梁模型受載后的剪力圖進行顯示,如圖319。圖317節(jié)點總位移矢量圖(5)運用APDL命令對橋梁模型受載后的單元軸向力,剪力,彎矩定義單元表并列表顯示單元結(jié)果表,單元最大應力如表36所示,所有單元的單元結(jié)果表見附錄4。表35 典型位置的節(jié)點的總位移值節(jié)點編號X向位移Y向位移Z向位移總位移1713192531續(xù)表35典型位置的節(jié)點的總位移值37384450566268747581879399105111112118124130136142148149155續(xù)表35典型位置的節(jié)點的總位移值161167173179185186
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