基于ansys的橋梁檢測車有限元分析及優化1(已修改)

　

【正文】 摘 要橋梁在一個國家的交通運輸和經濟發展中占有十分重要的位置，而橋梁的檢測則是保證橋梁安全運營的重要手段。隨著技術的發展，橋梁檢測車已經發展成為專業橋梁檢測領域中必不可少的專用設備，桁架式橋梁檢測車更是代表了橋梁檢測車的主流發展方向，具有廣闊的市場前景。本文的研究對象為QJS18C桁架式橋梁檢測車，采用有限元法對該車結構進行了有限元分析和優化。本文認真研究了橋梁檢測車的結構組成和工作原理，對橋檢車各組成部件進行了合理的模型處理和簡化，利用有限元分析軟件ANSYS的APDL語言，采用自底向上的建模方式，建立了各部件的有限元參數化模型。按照真實情況采用合理的方式模擬各部件間的連接關系，將各部件組成一個整體。通過以上工作建立了桁架式橋梁檢測車整車的有限元分析模型。本文首先對橋梁檢測車整車結構進行了靜力分析，選取了橋檢車工作過程中常用的10種工況，按實際情況施加約束和載荷，獲得了不同工況下各部件的應力分布和變形等詳細力學性能；針對該10種工況，對上車工作裝置進行了模態分析，確定了結構的固有頻率和模態振型等信息，可避免結構在工作過程中發生共振現象。然后取垂直臂為主要研究對象，采用接觸單元來模擬垂直臂與滑塊之間的滑動連接，得到了更為精細準確的結果，通過改變垂直臂的結構參數進行分析比較，可以看到不同參數變化對垂直臂性能的影響；取工作平臺為主要研究對象，分析了伸縮臂的受力特點，按實際情況進行加載對危險工況下的滾輪和伸縮臂進行了接觸分析，獲得了接觸區域的應力、應變分布，并比較了不同的滾輪材料對接觸行為的影響，為設計過程中零部件的選型提供了理論依據。最后為實現整車輕量化和提高整車的性能和穩定性，對關鍵部件進行了優化和改進，包括對支腿的板厚進行優化減重，對車架平臺和一回轉設計不合理的地方進行改進等。改進的結果不僅減少了整車重量，而且提高了整車性能。論文中提出的一些方法可用于同類型的橋檢車的分析中，論文的分析成果為設計人員對結構的改進和優化提供了理論依據。關鍵詞：橋梁檢測車；有限元分析；模態分析；接觸分析AbstractThe bridge occupies a very important position in a country’s transportation and economic development, and bridge detection is an important means to ensure the safe operation of the bridge. With the development of technology, the bridge inspection vehicle has bee an indispensable special equipment in the professional bridge test field, and the truss type bridge inspection vehicle is more representative of the mainstream developing direction of bridge inspection vehicle, which has a broad market prospect. The study object of this paper is a truss type bridge inspection vehicle named QJS18C, the finite element method was used for analysis and optimization of it’s structure. In this paper we carefully studied the structure and working principle of bridge inspection vehicle, made a reasonable model process and simplification of the ponents of the vehicle, and established parametric finite element model of it’s ponents by using ANSYS Parameter Design Language(APDL), with the frombottomtoup modeling strategy. Accroding to the real situation to simulate the connection between the ponents, the various parts make up a whole. Through the above work, we established the finite element analysis model of the truss type bridge inspection vehicle finally.Firstly, in this paper we conducted the static analysis about the whole bridge inspection vehicle structure. This structure was applied constraints and loads according to the actual situation, selecting the 10 conditions during the working process of bridge inspection vehicle, And then, we can obtained the stress distribution, deformation and other detailed mechanical properties under different working conditions. For these 10 kinds of working conditions, we finished the modal analysis about the above vehicle device on the car and determined the structural natural frequencies, mode shapes, and other informations. It can avoid the resonance phenomenon of the structure in the working process. Then we take the vertical arm as the main area of study, use the contact elements to simulate the sliding connection between the vertical arm and the slider and eventually got preciser and more accurate results. By changing the structural parameters referring to the vertical arm to analyze and pare, you can see the effect of different parameters on the performance of the vertical arm. Taking the work platform as the main object of study, this paper analyzed the mechanical characteristics of the arm, developped contact analysis with the rollers and the arm on the dangerous conditions according to the actual situation, getted the stress and strain distribution in the contact area. Meanwhile, this paper pared the different effect of the contact behavior from different rollers’ materials to provide a theoretical foundation for the choice of ponents in the process of the design. Finally, to achieve lighter vehicle and to improve its performance and stability, this paper have optimized and improved key ponents, which include optimizing the thickness of the leg, improving unreasonable locations about the frame and a rotating platform and so on. The results not only reduces the vehicle weight, but also improves vehicle performance.Some methods proposed in the paper can be used for the same type of bridge inspection results of the paper is designed to improve and optimize the structure for personnel to provide a theoretical basis.目 錄 摘 要 1目 錄 2第1章 緒 論 5 課題研究意義 5 橋梁檢測車概述 7 國內外橋梁檢測車發展現狀及發展趨勢[9] 8 國外研究現狀 8 國內研究現狀 9 主要研究內容 11第2章 桁架式橋梁檢測車總體結構布局 12 桁架式橋梁檢測車的主要結構組成 12 回轉結構 12 轉臺結構 13 連接架結構 13 垂直臂結構 13 水平伸縮臂結構 13 作業條件和工作流程 13 作業條件 13 上車展開過程 14 本章小結 15第3章 整車結構有限元分析 16 ANSYS軟件介紹 16 整機有限元模型建立 17 建模方法 17 整機初始狀態參數 18 模型簡化 18 網格劃分 19 單元選擇 20 材料屬性 24 各部件間連接處理 26 銷軸連接方式處理 27 滑塊連接方式處理 28 回轉支撐連接處理 29 滾輪連接處理 29 模擬工況 30 約束及加載 32 32 施加載荷 33 計算結果分析 33 整機靜力剛度計算 33 強度分析 37 本章小結 39第4章 橋檢車上車模態分析 41 模態分析介紹 41 有限元模態分析的理論基礎 41 模態分析步驟 42 上車模態分析 43 上車分析模型 43 上車模態分析結果及振型分析 44 本章小結 48第5章 垂直臂結構有限元分析 49 QJS18C桁架式橋梁檢測車簡介 49 50 參數化有限元模型的建立 50 參數的選取 50 51 51 關鍵技術的處理 51 52 計算結果分析 53 本章小結 57第6章 伸縮臂及導向輪接觸分析 58 58 58 59 59 59 60 60 71 本章小結 75第7章 結構優化計算 76 支腿的優化計算 76 車架平臺的優化計算 78 轉臺的優化計算 83 基本臂伸縮臂的優化計算 86 本章小結 93結 論 94參考文獻 96第1章 緒 論 課題研究意義橋梁建設是國家重要的基礎建設之一，橋梁工程是關系社會和經濟協調發展的生命線工程。隨著橋梁建設的快速發展，巨大的資金投入，在經濟社會中的顯赫作用，使得人們對橋梁的安全性、耐久性越來越重視。與此同時，我國的橋梁面臨著與國際上眾多國家的橋梁同樣的問題，那就是有一大批橋梁已進入“老齡”階段，一些橋梁早已出現各種“病害”，卻常年帶“病”運營，潛伏著巨大的安全隱患。此外，因當初的設計荷載標準與現今的實際載荷情況已不相稱，導致很多橋梁承載能力不足、橋面寬度不符合當前的行車要求。如果不及時消除橋梁建設、運行中的安全隱患，勢必造成經濟和人員的巨大損失，而不合理的、過早的改造又是一項巨大的經濟負擔，并引發交通中斷等許多社會問題。超期超載使用的各種危橋、舊橋不在少數，車毀人亡的橋梁坍塌事故時有發生[14]。為提高橋梁使用安全性，必須重視橋梁檢測，了解橋梁檢測的工作程序、檢測項目及檢測方法。為了更準確判斷橋梁實際工作狀況，為橋梁加固或大修提供依據，在橋梁外觀病害檢查的基礎上，則有必要進行深一步的橋梁結構材料的檢測和載荷試驗。橋梁試驗檢測為養護管理提供了直接的數據和依據，其工作涉及面廣，技術復雜，難度較高，采用先進的檢測設備則可大大提高檢測的精度和工作效率。目前我國橋梁檢測存在的主要問題有[57]：1）手段落后、機動性差。對于跨線橋等旱地上橋梁，目前的檢測方法多采用在橋梁的下方搭架，然后人員在架上工作的方式進行，對于跨河橋則采用船上搭架的方式進行，部分過高的橋梁或船只沒法靠近的橋梁基本上找不到好辦法來解決檢測檢查問題。2）成本高、耗時長。由于需要搭設腳手架才能完成檢查工作，需要的人工也多。我國前期投入的檢測費有80%是用在支架的搭設或船只的租用上。從支架的搭設到使用，需時過長，直接影響檢測的進度。3）交通影響大。以搭設支架或船上搭架的方