桁架式桥梁检测车臂架系统可靠性分析及优化设计

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1、国内图书分类号：THl2国际图书分类号：621西南交通大学研究生学位论文亘靠!睦坌抚壁垡丝遮i土年姓专二零一三年五月一令一二，平丑月密级：公开ClassifiedIndex：THl2U．D．C：621SouthwestJiaotongUniversityMasterDegreeThesisDYNAMICANAIYSISANDOPTIⅫMDESIGNOFTUSSSTRUCTUREBRIDGEINSPECTn叮GⅦHICLEGrade：MechanicalEngineering2010Candidate"WeiSongAcademicDegreeAppliedfor：Mast

2、erDegreeSpeciality：MechanicalDesignandTheorySupervisor：Prof．XiaoWuMay．2013西南交通大学硕士学位论文主要工作(贡献)声明本学位论文的主要工作如下：1．在有限元软件ANSYS中建立桥梁检测车臂架结构模型，对其进行静力学分析及模态分析，以确保结构设计的安全性。2．在ANSYS的PDS中利用蒙特卡罗法中的拉丁抽样法(LHS)对桥梁检测车臂架结构进行抽样计算，得到臂架系统各杆件及行走板的可靠度值；再次利用响应表面法对结构进行抽样计算，利用没有带交叉项的二次函数作为回归模型，拟合响应表面，求得臂架的可靠度值，通

3、过这两种模拟计算，得到了满意的结果，为桥梁检测车的设计提供了一种较为实用的方法。3．借助ISIGHT软件提供的优化平台，通过ISIGHT的集成自动化功能，以杆件的强度可靠指标、整个臂架系统的刚度、杆件的稳定性为约束条件，以结构质量最小为优化目标，利用多遗岛算法对结构进行优化。实现了可靠度的最优分配，在安全性与成本之间找到了合理的平衡点。本人郑重声明：所呈交的学位论文，是在导师指导下独立进行研究工作所得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说明。本人完全了解违反上述声

4、明所引起的一切法律责任将由本人承担。学位论文作者签名：日期：西南交通大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权西南交通大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复印手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于1．保密口，在年解密后适用本授权书；2．不保密彤使用本授权书。(请在以上方框内打“寸’)学位论文作者签名：宋伟指导老师签名：日期：洳限玉l0薯％日期：2刀乡。f．，7西南交通大学硕士研究生学位论文第1页摘

5、要桥梁检测车是一种可以为桥梁检测人员在检测过程中提供作业平台，装备有桥梁检测仪器，用于流动检测和维修作业的专用汽车，其结构的可靠性对检测效率及检测人员的安全有着重要作用。本文利用有限元法、模拟抽样技术计算桥梁检测车臂架结构在多工况下结构的可靠度。并利用ISIGHT软件的集成功能，建立基于桥梁检测车臂架系统可靠度的优化设计。本文以16m桁架式桥梁检测车臂架为研究对象，首先在大型有限元软件ANSYS中建立臂架系统的参数化模型，对其进行必要的静力学分析及模态分析。其次考虑臂架结构在设计过程中，其材料特性、加工尺寸、载荷都具有随机波动性，利用ANSYS中的PDS模块，对臂架进行可

6、靠性分析；用MonteCarlo法中的拉丁抽样法(LHS)对臂架系统进行抽样，计算主要失效形式下各杆件及行走板的可靠度；再次用响应表面法中没有带交叉项的二次近似函数模型拟合响应表面，结果表明，MonteCarlo法和响应表面法这两种模拟抽样计算结果相当接近，证实其结果与真实结果很逼近。为大型复杂的结构体系可靠性分析提供一种较为实用的方法。最后利用ISIGHT软件的集成自动化功能，将臂架各杆件及行走板的强度可靠指标、各杆件刚度、整个臂架刚度稳定性作为约束条件，以臂架结构的质量最小化为优化目标，用多岛遗传算法对臂架进行优化。使臂架结构在满足一定的可靠度下，具有质量最轻、成本最

7、低、技术先进的特点。本文利用桥梁检测车臂架结构的可靠度为约束条件，对臂架进行优化设计。获得了较为满意的结果，体现了此方法的可行性。此方法为大型复杂机械结构提供了一种参考方案，具有重要的理论和实际意义。使产品达到安全可靠，耐久适用、经济合理、保证质量、技术先进的要求。关键词：桥梁检测车臂架结构；有限元法；模拟抽样法；可靠性设计；优化设计西南交通大学硕士研究生学位论文第1I页AbstractBridgeinspectionvehicleequippedwithbridgeinspectionequipmentisaspecial-