拉线V型铁塔的有限元分析和结构优化

摘要

本文在系统研究拉线V型铁塔非线性理论的基础上进行空间桁架体系的大位移小应变分析和悬索体系的几何非线性分析,推导出空间桁架体系的刚度矩阵及悬索的有限元模式,完善了桁架悬索的自耦合混合有限元法。 本文在矩阵位移法的基础上推证了大位移情况下的适用于空间桁架体系的精确刚度矩阵,可对桁架体系在静力下的内力、位移进行精确的分析和计算。之后给出了实际工程中拉线V型铁塔优化的数学模型,指出工程界常用的优化设计在此文中所存在的不足并提出准满负荷法。 最后文章针对拉线V型铁塔的这一具体结构,考虑到桁架体系和悬索的几何非线性,用有限元法完善了桁架和悬索的分析计算,形成一套完整的拉线V型铁塔内力分析的有限元算法。并基于理论的基础上应用计算机有限元分析软件对拉线V型铁塔进行应力、应变和位移等分析。通过pore建立拉线V型铁塔的三维实体图,proe/mechnica有限元分析模块提供了更精确的分析结果,具有普遍性和直观性,对工程实际具有指导意义和现实意义,为提高此类铁塔的设计效率和稳固性提供了依据。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1研究背景及意义

1.2拉线V型铁塔简介

1.2.1拉线V型铁塔实用性

1.2.2拉v铁塔结构图

1.3本课题研究的主要内容

1.4本文的研究成果

2拉线V型铁塔有限元分析理论

2.1有限元法(Finite Element Method，FEM)

2.2矩阵位移法介绍

2.3大位移小应变桁架结构的矩阵位移法

2.4悬索体系的分析—悬索几何非线性计算与求解

2.4.1位移法基本假定

2.4.2位移法的典型方程

2.4.3位移法典型方程的求解

2.5索桁结构的混合有限元方程

2.5.1索单元的刚度矩阵

2.5.2索单元的当量荷载矩阵

2.5.3索桁耦合的有限元方程

2.6小结

3拉线V型铁塔的优化设计理论

3.1结构优化

3.2离散变量优化设计的数学模型

3.2.1设计变量

3.2.2目标函数

3.2.3约束条件

3.2.4数学模型

3.3离散变量优化设计的常用方法

3.4拉线V型铁塔的结构优化设计—准满负荷法

3.4.1满负荷设计

3.4.2准满负荷设计

3.4.3准满负荷法的收敛性分析

3.4.4准满负荷法的特点

4拉线V型铁塔的实体建模

4.1 Proe/ENGINEER 2001功能介绍

4.2拉线V型铁塔Proe/ENGINEER建模

4.2.1拉线V型铁塔的零部件(包括零部件种类、规格和数量)统计

4.2.2标准件库的建立及使用

4.2.3部套的分类、建模及装配

4.2.4拉线V型铁塔整体装配

4.3小结

5荷载的分析与计算

5.1风载荷分析

5.2雪荷载分析

5.3冰荷载分析

5.4小结：

6拉线V型铁塔的有限元分析

6.1 Pro/MECHANICA介绍

6.1.1有限元概念

6.1.2 Pro/MECHANICA界面介绍

6.1.3有限元分析步骤

6.2拉线V型铁塔有限元分析

6.2.1参数选定

6.2.2有限元分析计算

6.3结果分析

6.4小结

7结论及展望

7.1全文工作总结

7.2前景展望

致谢

参考文献：

附录 在攻读硕士学位期间发表的论文