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考虑相关因素对高速公路标志杆优化设计的影响

浏览:55 发表时间:2020-07-24 09:51:59

       高速公路标志杆是向公路使用者传递信息的一种安全设施,为发挥材料潜力、优化使用,在已有的方管F形交通标志的基础上,首先进行优化设计,再改变其横梁的尺寸,利用有限元软件建立模型,对改进后的方管F形交通标志进行分析结果表明:梁和柱的根部是F形交通标志结构***应力的接种区域,梁端和柱顶发生***变形,在立柱相冋且横梁截面尺寸相冋的情况下,横梁长度越短,结构优化空间越大,优化结果更趋向于变截面。
       高速公路标志杆是引导道路使用者遵守交通秩序,使得道路交通能够安全、高效、流畅运行的基础设施为使交通标志在不同的环境下既能满足使用要求又能保持耐久性,在设计时就要充分考虑到其在荷载作用下的力学强度、刚度、稳定性及用钢量1近年来,国内外诸多学者都对其做了相应的研究26.林枫等运用 MathCAD软件,大大简化了交通标志结构设计中的人工计算工作,方便设计人员把握整个计算过程,需要修改时可迅速修改模板,提高了设计工作效率卢炳斗等对一种新型承插式F形交通标志结构进行了足尺的模型试验徐伟等运用有限元方法对交通标志结构进行了优化设计,并对比分析在交通标志结构设计中的常规有限元法与精确有限元法本文的优化设计从构件的尺寸进行,观察其对F形高速公路标志杆的影响,***限度利用材料的力学性能减少成本。
       本文的优化设计问题实际上是在满足结构抗弯和抗剪强度条件、结构变形条件及结构稳定性条件下使交通标志结构最轻的问题从优化设计变量、约束条件和目标函数3个方面进行,在此基础上用 Ansys建立有限元模型。
       选用3D线性有限应变单元BEAM188单元,因其适合分析细长到中等细长的梁结构,该单元基于铁摩辛柯梁( Timoshenko)理论,考虑剪切变形的影响首先定义空间各节点尺寸及位置,再进行荷载输入,***设置单元长度,划分网格,生成有限元模型,如图1-2所示。
       通过以上命令完成了有限元模型的建立、内力计算和参数提取,用 Rewrite命令写优化分析文件得到优化分析文件后,执行相关命令指定分析文件、定义优化变量并通过一阶方法进行优化分析以工况1的有限元模拟为例,展现其在x方向正应力优化前后的变化及优化过程中体积和构件厚度的变化,变化规律如图3-6所示。
       由图3-4可知:优化前后,工况1在X方向上的***变形均出现在立柱顶部由图5可知:在优化过程中,结构总体积随着迭代次数的增加不断减小,最终收敛于某个定值由图6可知:横梁厚度T和立柱厚度T2随迭代次数增加均趋向于最小限值工况1经过优化后,其结构自重减轻,截面尺寸减小,优化前较大的正应力减小,较小的剪应力增大结构受力更加均衡。
整个优化分析过程涉及切应力、正应力、结构总体积等5个状态变量,所有参数优化结果与初始值对比如表2-4所示由表2-4可知:***切应力、正应力及横梁厚度、立柱厚度、结构总体积都有着明显的降低,优化后的结构明显改善,更加合理。

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