基于架空索道塔架工程设计中的现代设计方法应用研究

论文摘要

架空索道是钢丝绳运输的一种特殊形式。它是用架设在空中的钢丝绳作为承载车体、货物、旅客运行的导轨,承载客体则由钢丝绳牵引往复或循环运动。索道作为一种机械运输设施,能够适应复杂地形,在交通、冶金、煤炭、化工、建材、水电、林业、农业以及旅游等行业均能发挥应用,在世界各地得到日益广泛的应用。但是,索道的安全状况并不容乐观,这不得不对索道的安全性深思。据统计,国内建造使用的100余条索道仅10多年时间,已发生过多人死亡的事故。因此,为确保索道的安全运行,避免不幸事故的发生,对客运架空索道进行安全分析是非常必要的。塔架是架空索道的重要组成部分,它直接关系到架空索道运输的安全,索道塔架的强度、刚度及稳定性设计计算的准确性是十分重要的。长期以来,塔架的设计计算一直沿用传统的结构分析方法。由于用这种方法只能得到局部的应力与位移变形情况,而对于塔架在整体受载时应力、应变的分布规律却无法具体描述。同时,随着线路支架结构的复杂化、大型化,以及一些新型塔架结构的出现,如果采用传统的方法进行分析,则费时费力,且计算中引入了一些假设,使得计算结果与结构的实际受力情况有较大误差。随着旅游事业的飞速发展、载人架空索道的需求量与日俱增,设计制造部门迫切需要寻求一种现代设计的新方法。本课题就这种现状,将在其他行业中已经采用的有限元分析方法运用到架空索道塔架的设计中来,并就崆峒山车组往复式客运架空索道的中间支架加高改造为例,运用有限元分析软件ANSYS对该塔架合理地建立了有限元计算模型,准确地计算出该塔架的应力及变形情况,全面分析塔架的整体力学性能,并对其进行模态分析。最后根据计算结果,证明塔架加高改造的可行性。超高架空索道塔架结构设计采用有限元分析,能够全面、完整、准确地计算塔架结构的应力、应变状况,并以图示化的方式整体直观地显示塔架受力及变形情况,为塔架的结构优化及设计提供详实、可靠的量化数据。根据该项目的分析计算结果,成功地完成了崆峒山索道工程的改造,现在该索道已投入正常运行。应用有限元法对大型超高钢结构的塔架进行结构分析计算,对实际工程的设计优化起到很重要的指导意义。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.1.1 课题研究的目的和意义
• 1.1.2 索道的发展现状
• 1.2 立题依据
• 1.3 研究的内容及考核目标
• 1.4 技术方案的确定
• 1.5 CAE 的使用现状
• 2 客运索道的设计与分析
• 2.1 索道的结构及运行方式的特点
• 2.2 客运索道类型及其特点
• 2.2.1 单线循环吊椅（吊篮）式客运索道
• 2.2.2 单线脉动循环吊舱组式客运索道
• 2.2.3 单线自动循环吊舱式客运索道
• 2.2.4 往复式客运索道
• 2.2.5 拖牵式客运索道
• 2.3 崆峒山索道的基本情况
• 2.3.1 索道的型式
• 2.3.2 塔架的结构型式
• 2.3.3 总体工艺配置
• 3 有限元法基本理论
• 3.1 有限元概述
• 3.2 有限元法的分类
• 3.2.1 位移有限元
• 3.2.2 应力有限元
• 3.2.3 应力/应变有限元
• 3.3 有限元法的特点
• 3.4 有限元分析的发展趋势.
• 3.5 标准离散系统.
• 3.5.1 结构单元与系统
• 3.5.2 结构的集合与分析
• 3.5.3 标准离散系统
• 3.6 对弹性连续体的有限元分析.
• 3.6.1 作为总体能极小化的位移法
• 3.6.2 收敛准则
• 3.6.3 离散化误差及收敛率
• 3.6.4 应用位移法时变形能的界
• 4 运用ANSYS 软件对塔架进行分析.
• 4.1 ANSYS 软件简介
• 4.2 ANSYS 软件的特点.
• 4.3 ANSYS 在索道塔架上的应用.
• 4.4 塔架的有限元计算模型.
• 4.4.1 塔架结构分析
• 4.4.2 有限元模型的建立
• 4.5 边界条件的处理.
• 4.5.1 载荷
• 4.5.2 鞍架所受载荷的等效计算
• 4.5.3 塔身自重分析
• 4.5.4 风载荷的计算
• 4.5.5 载荷叠加
• 4.5.6 约束
• 4.6 塔架有限元分析计算结果.
• 4.6.1 本次有限元分析计算使用的力学单位系统
• 4.6.2 塔架材料原始数据
• 4.6.3 空间桁架有限元计算基本理论
• 4.6.4 塔架的有限元静力分析结果
• 4.6.5 塔架的有限元静力分析结论
• 4.6.6 模态分析原理
• 4.6.7 塔架的有限元模态分析结果
• 5 塔架稳定性分析及结论
• 5.1 整体塔架的稳定性计算公式
• 5.1.1 塔架整体稳定性计算公式
• 5.1.2 塔架单肢稳定性计算公式
• 5.1.3 缀条稳定性计算公式
• 5.2 整体塔架的载荷计算
• 5.2.1 第12 种工况下工作载荷组合情况
• 5.2.2 该工况稳定性计算工作载荷
• 5.3 整体塔架的稳定性计算
• 5.3.1 塔架整体稳定性计算
• 5.3.2 单肢稳定性计算
• 5.3.3 缀条稳定性计算
• 5.4 稳定性分析结论
• 6 分析结果及结论
• 6.1 主要结论
• 6.2 进一步工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录：A.作者在攻读学位期间发表的论文目录