优化前后路灯车梯架结构性能对比分析   肇庆路灯车出租, 路灯车价格, 路灯车多少钱    优化修改后的梯架结构底部踏杆尺寸为：主横梁尺寸30*40*1020mm3，两根斜梁尺寸（30*40-24*34）*1103.1mm3，两者体积之和小于修改前尺寸40*50*1020mm3。踏杆体积乘以材料密度，优化后梯架结构踏杆较原始结构质量有所减少。与此同时，将优化后梯架踏杆尺寸代入材料力学公式计算，可得其最大弯曲应力为150MPa，乘以系统安全系数2，仍小于梯架材料70钢屈服强度，材料强度满足要求。另外，梯架结构优化方案在原先相邻踏杆间添加两根斜梁，较好地降低了消防员脚下踩空的风险，提高了消防员实际救援的安全性和高效性。

      为进一步验证优化后梯架结构的动、静态性能情况，本节重新对优化后“π”形踏杆梯架结构进行有限元验证分析，计算其应力、位移及模态情况，对比分析梯架结构优化前后的性能差异。 本节同样通过三维软件UG建立修改后梯架结构的三维模型，通过增大间距的方式保持相邻踏杆的间距保持不变，踏杆长、宽减少尺寸上下对称分配，模型简化方式与前面相同。将建好的三维模型导入ANSYSWorkbench软件后，采用同样的网格划分设置，测试载荷及约束条件相同，处理后的优化梯架结构有限元模型：经过软件1个多小时的计算，优化后云梯车梯架结构在最危险工况下（最大高度全伸工况数值较小）的应力云图和位移云图： 最危险工况、测试载荷及约束条件下，优化梯架结构的最大应力为324.18MPa，最大位移为1.19m。优化梯架结构的最大应力发生在梯架二与梯架三连接位置的上弦杆处，同样为局部最大应力，梯架结构的最大位移发生在梯架四顶端工作斗位置处。另外，梯架一尾端上弦杆、梯架二与梯架一连接位置处、梯架二与梯架一连接位置处的上弦杆处也为应力较大区域。

        对优化梯架结构进行模态分析，从结构固有振动特性角度检验其结构性能是否较优化前有所提高。将建好的优化梯架结构有限元模型导入到ANSYSWorkbench软件，网格设置与约束条件与前面相同，计算其底面约束下（模态分析中最危险工况和最大高度全伸工况的计算约束相同）的低阶模态频率及振型图。经过软件约1个小时的计算，得到梯架结构的前六阶模态频率及模态振型图：从以上梯架结构模态分析的前六阶模态振型图及优化前后模态频率对比表可知，优化后梯架结构的前四阶振型与优化前相类似，但振动幅值有所降低；第五阶振型除梯架四外，其余三节梯架几乎没有振动；原先第六阶振型图中梯架四顶端的大幅度扭曲几乎全部抑制。另外，优化后梯架结构的前六阶模态频率较优化前皆有所提高。

     经过对优化后云梯车梯架结构有限元对比分析，发现梯架结构其性能有较大提高，尤其是最危险工况下梯架结构顶端的工作斗处的最大位移减少的非常多。为了全面对比分析梯架结构优化前后的综合性能差异，优化后梯架结构大部分性能都有较大程度的提高。其中，最危险工况下梯架结构顶端工作斗处的最大位移从2.31m减少到1.19m，减少了48.48%，这大大减少了路灯车在实际工作中梯架结构材料的变形量，是本文梯架结构优化修改中最重要的结果。在梯架结构最大位移大幅度降低的同时，对梯架结构振动影响较大的前六阶低阶模态频率也有了较大的提高，其中第1阶模态频率值增加了20.41%；梯架结构的整体质量由原先的6704kg减少为6295kg，减少了6.10%；梯架结构通过将底部踏杆从给定“一”形优化为“π”形，提高云梯车实际使用中安全性能的同时，质量也有不小的减少，这一点很好的符合专用车领域轻量化设计的发展趋势。

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     与此同时，我们也可以看出，梯架结构优化后的最大应力从原先的256.12MPa增加到324.18MPa，增加了26.57%，梯架结构的最大应力值增加较大，乘以安全系数2，应力值仍小于材料的屈服强度值700MPa。进一步从应力云图可以发现，优化梯架结构的应力值整体都较小，应力较大区域同样集中于梯架上弦杆的几处位置，且与最大应力值相距较大。从第三章的最大应力局部细节图比较发现，此处的最大应力情况与此前非常类型，最大应力周围应力值急剧减少，此处亦为梯架几何形状引起的应力歧义。首先对结构优化理论知识作简要介绍，通过ANSYSWorkbench软件对梯架结构进行拓扑优化分析，结合前两章的静力学和模态、模态灵敏度分析结果，对本文研究路灯车梯架结构进行优化修改，并通过对比分析梯架结构优化前后性能情况，进一步验证对梯架结构优化的正确性和可行性，为后续梯架结构的研究提供参考。

      以某型号路灯车梯架结构为研究对象，通过对梯架结构进行有限元静力分析和模态、模态灵敏度分析，结合拓扑优化方法对梯架结构进行优化修改，并进一步仿真验证，最终得到较为理想的优化梯架结构。本文工作主要集中在有限元的仿真分析上，主要成果与研究结论如下：1.对路灯车梯架结构的伸缩系统工作机理和其他机构作简要分析，并进一步通过对梯架结构进行载荷分析，特别是各节梯架间压力及钢丝绳拉力及卷扬拉力分析计算，确定本文研究路灯车梯架结构的最危险工况，这是后面进行梯架结构有限元分析的基础。2.对有限元原理和ANSYS软件做简单介绍，通过三维软件UG和ANSYS软件建立梯架结构分析模型，由软件ANSYSWorkbench对其进行静力学分析计算，得到梯架结构应力云图和位移云图，得出梯架结构应力值较小、存在优化余量和工作斗位移过大、材料变形严重等结论。3.利用ANSYSWorkbench软件对梯架结构进行模态分析，解析梯架结构的前六阶模态及对应模态振型图，得出其低阶模态频率较低、相邻振型相似和梯架共振疲劳区域所在；通过对梯架结构进行模态灵敏度分析，得出对其低阶模态频率和振型敏感的灵敏结构部位所在。4.简要介绍结构优化理论知识，通过对梯架结构进行拓扑优化分析，结合静力学分析和模态、模态灵敏度分析结果，对梯架结构进行优化修改，并通过对比分析梯架结构优化前后的性能，验证对云梯车梯架结构优化修改的正确性和可行性，为梯架结构的后续性能研究提供参考。路灯车梯架结构是云梯车上装系统的重点部位，其开发研究设计到许多关键技术问题，本文在湖北省专用汽车研究院研究湖北省科技厅项目“直臂路灯车高性能梯架系统关键技术研发”背景下，只是对梯架系统的结构及优化做了一些初步的探索和研究。由于本人时间和精力有限，本文对云梯车梯架结构的研究还存在许多不足之处， 在本文研究分析的基础上，今后可从以下几个方面作进一步研究：1.本文研究的路灯车梯架结构经优化后性能有较大提高，整体质量有所降低，但本文并没有从轻量化的角度出发研究梯架优化问题，质量降低量较为有限。今后可从专用车轻量化角度做进一步研究，尤其在轻量化材料和结构布局优化上，用轻量化研究成果去不断指导完善梯架结构。2.本文对路灯车梯架结构进行有限元静力学分析和动力学中的模态、模态灵敏度分析，而没有对梯架结构进行动力学中的谐响应分析、瞬态分析和疲劳分析，从更高层次的动力学角度分析梯架结构的参数性能。今后可在本文模态及灵敏度分析的基础上，对梯架结构进行谐响应分析、瞬态分析和疲劳分析研究指导优化。3.本文在有限元静力分析和模态、灵敏度分析基础上，只是结合结构拓扑优化方法对梯架结构进行结构优化研究，并没有从本质上将拓扑优化理念与梯架结构优化联系起来，用拓扑优化结果指导梯架结构的优化。今后可在本文对梯架结构优化的基础上，进一步结合拓扑理念指导优化，使梯架结构的布局更加合理。

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