自动扶梯金属刚架结构的分析及其优化

【摘要】：金属刚架结构是自动扶梯的主要承载部件。企业为了考虑安全因素，在结构设计中选取过大的安全系数。随着我国自动扶梯的数量愈来愈多，很显然，过大的安全系数会造成钢材的巨大浪费，对于扶梯刚架结构的优化显得非常必要。 文章借助有限元分析软件ANSYS对扶梯刚架结构进行了分析和优化。首先在ANSYS中建立刚架结构的几何模型和有限元模型，通过静力分析，得出结构在承受载荷时出现最大挠度和最大应力的位置。针对变形特点，并借助理论分析，解析影响刚架结构变形的主要因素。根据分析结果，对钢架结构在形式及选材方面进行改进。其次，本文将预应力技术应用于扶梯刚架结构的优化工作中，采用集中拉力法与伸长腹杆法两种方法将预应力施加于刚架结构中。最后，利用ANSYS高级结构分析功能，将刚架结构的体积作为目标变量，将刚架结构中杆件的截面参数作为设计变量，最大挠度及最大应力作为状态变量，对刚架结构作了最优化分析。 结果表明，采用施加预应力的方法可以有效地减小结构变形并改善结构内部应力状态，在同样的承载条件下，施加预应力的刚架结构可以更换截面积更小的材料，达到节省钢材的目的。综合考虑最优化的分析结果及市场上型材的规格，选取了最合适的杆件截面形式。文章为刚架结构优化提出了多种改进方案，为企业提供了改进扶梯刚架结构的理论基础。 文章借鉴了以往研究自动扶梯学者们的研究成果，笔者对以下问题提出了自己的见解： 1．首次提出将预应力钢架技术应用于自动扶梯的刚架结构中，并做了分析研究； 2．在分析过程中，用ANSYS的参数化设计语言APDL为自动扶梯的分析创建宏文件，使分析过程操作简便； 3．利用ANSYS的高级结构分析功能，对扶梯结构做了最优化分析，并得出最佳截面参数。