箱式集成房构件和整体的优化设计研究

论文摘要

箱式集成房是在工厂标准化制作构件,采用集装箱的形式运输,可以快速组装、拆分,具有移动便捷等功能性的集成房屋,其采用轻钢结构承重,彩钢夹芯板或其他轻质材料为围护。由于夹芯板及箱式集成房的大量应用,有必要对其进行优化设计。本文以有限元为基础,依据优化设计理论,对箱式集成房的构件及整体分别采用有限元分析软件进行分析。首先,计算夹芯板的应力及挠度值,以应力小于屈服强度、挠度小于容许挠度作为约束条件,钢板及芯材的厚度作为设计变量,总重量最轻为目标函数进行优化。其次,对于箱式集成房,依据运输要求,需要满足中国船级社检验规范,计算节点在偏心荷载作用下的应力值,以应力值小于屈服强度作为约束条件,各个板件的宽度及厚度为设计变量,总重量最轻为目标函数进行优化;柱子为压弯构件,在使用过程中很容易发生失稳破坏,本文在强度、刚度及稳定性约束条件下,以总重量最轻为目标函数,采用优化及分析软件作为求解器进行非线性优化分析。最后,在完成节点和柱子优化分析后,建立箱式集成房整体模型,以强度和刚度作为约束条件,各个梁的横截面尺寸作为设计变量,总重量最轻为目标函数进行优化分析。经过以上的分析,证明了在满足各种约束条件下,优化设计可以达到要求的目标函数,该优化方法是可行的,具有实际的工程意义,可以应用于其它类似结构的优化设计。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景和意义
• 1.1.1 课题背景
• 1.1.2 课题研究的意义
• 1.2 国内外在该方向的研究现状及分析
• 1.2.1 结构优化发展的历史回顾
• 1.2.2 钢结构优化设计方法的研究现状
• 1.3 本文主要研究内容
• 第2章 箱形房夹芯板的力学分析及优化
• 2.1 引言
• 2.2 优化设计原理和步骤
• 2.2.1 优化设计原理
• 2.2.2 优化设计步骤
• 2.3 夹芯板模型的建立
• 2.3.1 材料的本构关系
• 2.3.2 几何模型和单元划分
• 2.3.3 加载及边界的实现
• 2.4 夹芯板受力分析
• 2.4.1 冲孔吸音岩棉聚氨酯夹芯板受力分析
• 2.4.2 其它各种夹芯板受力分析计算结果
• 2.5 夹芯板优化计算模型
• 2.5.1 设计变量及目标函数
• 2.5.2 约束条件
• 2.5.3 收敛判断准测
• 2.6 夹芯板优化计算结果
• 2.6.1 冲孔吸音岩棉聚氨酯夹芯板的优化计算结果
• 2.6.2 其他各种夹芯板的优化计算结果
• 2.7 本章小结
• 第3章 箱式集成房节点及柱的优化
• 3.1 引言
• 3.2 运输状态节点的优化
• 3.2.1 节点模型
• 3.2.2 节点的优化计算模型
• 3.3 箱式集成房柱考虑屈曲的优化
• 3.3.1 模型的建立
• 3.3.2 柱优化计算模型
• 3.4 本章小结
• 第4章 箱式集成房的整体优化
• 4.1 引言
• 4.2 箱式集成房模型的建立
• 4.2.1 材料的本构关系
• 4.2.2 几何模型和单元划分
• 4.2.3 加载及边界条件的实现
• 4.3 箱式集成房受力分析
• 4.4 箱式集成房优化计算模型
• 4.4.1 设计变量及目标函数
• 4.4.2 约束条件
• 4.5 箱式集成房优化计算结果
• 4.5.1 采用梁单元初次优化计算结果
• 4.5.2 采用壳单元精确优化计算
• 4.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢