箱式集成房构件和整体的优化设计研究

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。

目录

箱式集成房构件和整体的优化设计研究

RESEARCH ON OPTIMAL DESIGN OF THE MEMBERS AND INTEGER OF BOX-HOUSING

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

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致谢