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轻轨道岔梁的承载力分析及结构优化设计
| 论文题名： | 轻轨道岔梁的承载力分析及结构优化设计 |
| 关键词： | 轻轨交通;道岔梁;承载力分析;结构设计;有限元模型 |
| 摘要： | 道岔梁是车辆的走行轨道，起导向和稳定的作用，也要承受在各种复杂工况下的冲击荷载，是车辆运行载荷的主要承受装置。道岔是整个轨道交通系统中的关键设备，它关系到车辆是否能安全、稳定地运行，因此，轨道道岔结构应与列车的运行安全相适应。重庆轨道交通集团委托川东造船厂生产的轻轨道岔梁，是由钢板制成的箱形结构件。由于道岔梁的特殊性与重要性，对道岔系统的安全可靠性要求很高，因此对其进行承载力分析，以确保轨道交通系统的安全。如何减轻道岔梁的重量，降低生产成本并保证列车运行的安全性和可靠性是需要进一步解决的问题。 对道岔梁的结构特性进行充分的了解之后，首先简要介绍了结构优化设计的基本原理，利用有限元分析软件ANSYS创建了道岔梁的模型，针对梁在各种工况下的受力情况分别进行了静力分析，精确地计算出了道岔梁整体的应力和变形，并对梁各个部位的应力和变形情况进行了详细的分析，找出了应力集中的部位。 其次，对道岔梁模型进行了简化，并利用有限元分析软件HyperWorks对简化后模型进行了几何清理和连接方式的简化处理，划分网格，定义设计变量，创建约束和响应，构建优化模型，分别对梁体进行了尺寸优化、拓扑优化和形状优化。根据尺寸优化结果，调整了构件的厚度，有效减轻了结构的重量，重量下降达15.5％。根据拓扑优化的结果，找到了梁体材料的最佳分布，去除了部分构件，并对隔板进行了再设计，得出了一个最优方案，结构重量减轻了18.4％。通过形状优化，对梁体的截面尺寸进行了调整，优化后结构重量下降了2.63％。 最后，针对得出的各优化方案进行了可行性分析，三种方案均能满足梁体承载能力的要求，且重量明显降低，表明此次优化的效果是明显且合理的，在满足工程实际的前提下，大大节省了材料，降低了生产周期和成本，达到了经济、实用的目的，为道岔梁的重新设计奠定了理论基础，经济效益明显，可作为工程设计的参考，对轨道交通的轻量化具有十分重要的意义。 |
| 作者： | 谭珊 |
| 专业： | 土木工程;结构工程 |
| 导师： | 王智祥 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 重庆交通大学 |
| 学位年度： | 2014 |
| 正文语种： | 中文 |
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