弧形鋼閘門的優(yōu)化設(shè)計(jì)與可靠度分析.pdf

1、在水利水電工程領(lǐng)域，水工鋼閘門是不可缺少的一種鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件，它廣泛應(yīng)用于水壩的航運(yùn)、灌溉、引水發(fā)電等系統(tǒng)中。閘門種類有很多，其中弧形鋼閘門擁有其它類型閘門所沒有的優(yōu)點(diǎn)，成為應(yīng)用形式最普遍的閘門。在弧形鋼閘門的設(shè)計(jì)研究中，由于基于平面體系的傳統(tǒng)計(jì)算方式忽略了構(gòu)件之間的相互作用，會(huì)導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果不夠準(zhǔn)確;同時(shí)通過試算的方法計(jì)算效率不高，最終結(jié)構(gòu)偏于安全;目前以確定性方法設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)只是具備一定概率上的安全性能，所以在設(shè)計(jì)完成后校核各構(gòu)件的可靠度很

2、有必要。
　　本文利用有限元仿真技術(shù)ANSYS對(duì)閘門進(jìn)行三維建模和受力分析，通過考慮弧形鋼閘門各構(gòu)件之間的相互作用，使結(jié)果更加準(zhǔn)確。在此基礎(chǔ)上，利用優(yōu)化算法在結(jié)構(gòu)的安全性和經(jīng)濟(jì)性之間尋找一個(gè)平衡點(diǎn)，并對(duì)優(yōu)化結(jié)果進(jìn)行可靠度校核。論文具體的研究工作如下:
　　1、詳細(xì)介紹了閘門組成、分類以及各重要構(gòu)件的布置形式;接著闡述了建立弧形鋼閘門有限元模型所需的單元類型、工況組合、約束以及相關(guān)規(guī)范對(duì)閘門的要求等內(nèi)容。依據(jù)對(duì)弧形鋼閘門構(gòu)造和

3、建模的敘述，建立一個(gè)閘門實(shí)體模型，研究分析了此模型常見的作用和抗力，為結(jié)構(gòu)優(yōu)化和可靠度分析做好準(zhǔn)備。
　　2、利用粒子群優(yōu)化算法，結(jié)合ANSYS的分析計(jì)算能力，對(duì)弧形鋼閘門進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。此方法與傳統(tǒng)的通過試算的設(shè)計(jì)方法相比，不會(huì)產(chǎn)生過于保守的設(shè)計(jì)結(jié)果;與ANSYS自帶的優(yōu)化算法相比，避免了局部收斂的問題，計(jì)算效率提高。在這過程中，對(duì)比了三種不同主框架形式的閘門用鋼量，總結(jié)了雙主梁形式弧形鋼閘門受力更加均勻、造價(jià)低廉的優(yōu)勢(shì)。