梳齿板式伸缩装置的机械性能研究与结构优化

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《中国制造2025》旨在创新驱动,质量为先,绿色制造等。为了满足国家提出的这些要求,所以必须提高我国公路桥梁伸缩装置的各项性能。梳齿板伸缩装置是应用最广泛伸缩装置之一,其破坏形式主要表现为疲劳破坏及结构强度破坏。本文采用有限元分析与试验相结合的方法对梳齿板伸缩装置的强度、刚度以及疲劳特性进行研究。为降低伸缩装置的成本,对该梳齿板伸缩装置进行轻量化设计。主要研究的内容有:(1)简要对梳齿板式伸缩装置的分类以及结构进行介绍。以某新型240加强型无螺栓梳齿式桥梁伸缩装置为研究对象,利用ANSYS有限元分析软件建立了两种工况(全开口工况下与全闭合情况下)的梳齿板式伸缩装置的有限元模型,计算了两种工况下的伸缩装置的强度、刚度。结果表明,不论在全开口与全闭合的状态下,该梳齿板伸缩装置符合其设计要求。(2)依据我国交通行业标准JT/T 327-2016,对该伸缩装置的摩阻力、承载性能、各项变位性能进行实验。得到结果为:该伸缩装置的摩擦系数为0.068,满足摩阻力的要求;纵向、横向、竖向变位性能满足设计要求;竖向的挠度为0.546mm,不大于标准要求的0.917mm。(3)为了获得伸缩装置的具体疲劳寿命,应用n Code Design Life对公路桥梁伸缩装置就进行疲劳寿命预测,得到结果为:伸缩装置的最小的疲劳寿命为2.012×106次。同时对该伸缩装置进行了200万次的疲劳寿命试验,试验结果表明该伸缩装置各个构件在疲劳试验后未出现变形、断裂、折断等失效形式,构件以及整体的疲劳性能满足要求,也验证了仿真计算结果的正确性。(4)对伸缩装置的总体结构进行参数建模,应用ANSYS Workbench平台对此伸缩装置的整体结构进行响应面优化,优化后的结果表明:优化后伸缩装置的最大应力位于左侧梁与其中间锚固板的下表面处,并且由于锚固板厚度的增加,所以其最大应力得以降低,伸缩装置整体的最大应力由277.3MPa降低为226.47MPa,最大应力降低了18.33%,模型整体质量由191.06kg下降到181.27kg。质量降低了5.092%。
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