基于有限元分析的大型塔内件桁架支承结构优化设计

论文摘要

本文运用ANSYS对大型塔内构件桁架式支承结构进行有限元分析,在此基础运用ANSYS的优化设计功能对桁架梁进行结构优化,具体的研究主要从以下几个方面进行。分析综述了大型填料塔的几种常见内构件支承结构特点,针对该大型减压填料塔内件的桁架支承结构,结合相关的钢结构设计专著给出了平行弦桁架结构的结构设计以及强度和稳定性的校核方法。通过分析该大型减压填料塔内件支承桁架梁的结构特点,按结构功能将该塔内件支承的所有桁架梁简化为Ⅰ、Ⅱ两种计算模型,其中Ⅱ型梁是将桁架嵌入集油槽内的复合式桁架支承梁。分别运用有限元计算和结构力学解析计算的方法对洗涤段C支承梁的应力进行计算,有限元计算结果与解析计算结果相符合。以洗涤段A支承梁和C支承梁为例,分别对两种类型的桁架梁进行有限元计算,得出等效应力和垂直方向的位移云图,并对大型塔支承桁架梁的强度条件和刚度条件进行校核。以桁架梁构件的尺寸参数以及构件腹杆截面参数作为优化变量,强度和刚度条件作为约束条件,构件的重量作为目标函数,对有限元分析文件进行修改生成优化文件,并运用ANSYS的优化设计功能分别对两种类型的桁架梁进行结构优化。最后,Ⅱ型梁以桁架的高度为主要优化目标函数,Ⅰ型梁以桁架的重量为主要优化目标函数,考虑到备料与制造方便,对两种类型支承梁的优化结果进行工程圆整,从而得到了优化的塔内件桁架支承梁设计方案。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1.1 概述
• 1.2 大型塔内构件的研究现状
• 1.2.1 大型塔内构件
• 1.2.2 大型塔内构件支承结构
• 1.3 桁架支承结构在大型塔中的应用
• 1.3.1 桁架式填料支承
• 1.3.2 桁架式塔盘支承
• 1.4 结构优化设计的进展
• 1.4.1 结构优化的工程实例
• 1.4.2 基于ANSYS的优化设计
• 1.4.3 最优化方法工程应用的研究
• 1.5 研究热点以及亟待解决的问题
• 1.6 课题的研究内容及研究方法
• 1.6.1 研究内容
• 1.6.2 研究方法
• 第二章 大型塔设备内构件支承的设计
• 2.1 支承结构形式的确定
• 2.1.1 支承结构的设计原则
• 2.1.2 支承结构的选型
• 2.2 桁架式支承结构的设计
• 2.2.1 支承结构的选材
• 2.2.2 桁架形式及布梁
• 2.2.3 强度及稳定性校核
• 2.3 大型减压塔桁架支承
• 2.3.1 桁架式填料支承结构
• 2.3.2 支承结构载荷的计算
• 2.4 本章小结
• 第三章 桁架支承结构的有限元分析
• 3.1 概述
• 3.1.1 结构分析问题的阐述
• 3.1.2 有限元分析基本理论
• 3.1.3 等效应力理论
• 3.2 桁架梁的有限元计算
• 3.2.1 Ⅰ型桁架支承梁
• 3.2.2 Ⅱ型桁架支承梁
• 3.3 有限元计算结果分析
• 3.3.1 解析法计算桁架各杆件的应力
• 3.3.2 桁架结构刚度和强度分析
• 3.4 本章小结
• 第四章 桁架支承结构的优化设计
• 4.1 概述
• 4.1.1 结构优化设计的阐述
• 4.1.2 桁架结构的优化参数
• 4.2 ANSYS优化设计的介绍
• 4.2.1 优化设计的基本概念
• 4.2.2 优化设计的主要步骤
• 4.2.3 优化方法和优化工具
• 4.3 桁架支承结构的优化
• 4.3.1 Ⅱ型桁架梁的优化
• 4.3.2 Ⅰ型桁架梁的优化
• 4.4 优化结果分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 结论
• 主要符号说明
• 参考文献
• 发表论文和科研情况说明
• 致谢