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      1. 公司動態
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        公司動態

        影響F形交通標志柱優化設計的因素有哪些

        交通標志牌是引導道路使用者遵守交通秩序,使道路交通安全、高效、暢通的基礎設施。為了使交通標志不同環境下滿足使用要求和保持耐久性,設計中應充分考慮其荷載作用下的機械強度、剛度、穩定性和鋼材消耗。
        近年來,國內外許多學者對此做了相應的研究。利用Mathcad軟件,大大簡化了交通標志結構設計中的人工計算工作,便于設計人員掌握整個計算過程。需要修改模板時,可以快速修改模板,提高設計效率。對交通標志結構進行了足尺模型試驗。
        等采用有限元法對交通標志結構進行了優化,同時對交通標志結構設計中的常規有限元法和精確有限元法進行了對比分析,研究結果可為變截面交通標志結構的設計提供依據。
        1基礎理論
        罰函數又稱罰函數,是一種約束函數。其基本思想是目標函數后加入懲罰項進行約束,并對約束條件進行加權,同時結合初始目標函數構造1,該過程也可應用于無約束極值問題。假設目標函數是
        y=f(x1,x2,…),xn)=f(x),(1)
        ,其中y是最小值。
        等式約束條件下,有
        G J(x)=0(J=1,2(2)
        找到一個新的目標函數,然后p(x,λK)=f(x)+λK∑
        MJ=1g J(x(])2。(3)
        隨著λK的增大,約束條件越來越具有強制性。當λk=0時,可以忽略約束條件;當λk→∞時,函數p的最小值朝向Y的最小值;當條件不滿足時,λk越大,罰函數p的值越大。當約束條件不能滿足時,函數p覆蓋目標函數的罰函數,即
        λK∑Mi=1[GI(x)]=0,x∈d>0,x{d.(4)
        min f(x),x∈r n,s.t.g j(x)≥0,i=1,2,…,M.(5)
        定義罰函數為
        p(x,λK)=f(x)+λK∑Mi=1[min(0,GI(x))]2,(6)
        其中λK是一個足夠大的正數,
        λK∑Mi=1[min(0,GI(x))]
        2=0,x∈d>0,x{d,(7)
        MINP(x,λK)(8)
        本文采用罰函數法作為優化設計的基本理論,近年來,有限元法得到了迅速的發展和廣泛的應用,提出了一種新的優化設計方法,即有限元軟件分析中的截面形狀優化技術。通過設計階段提供概念設計,可以得到整體模型和個體模型,既可以減少材料的應用,又可以滿足剛度和強度的要求。
        2算例
        2.1工程情況
        本文選取道路工程中常用的方形截面F形交通標志結構作為研究對象,根據梁尺寸的不同可分為三種類型,如表1所示。
        交通標志結構材料為Q235,其抗彎、抗壓、抗拉強度設計值和標準屈服應力為215,抗剪強度設計值為125MPa,彈性模量為206GPa,抗剪模量為79GPa。標牌采用鋁合金材料,單位面積質量8.037kg/m2。標志牌尺寸為4000mm×2000mm(長×寬),根據懸臂標志結構標志牌的要求,梁端相對水平位移不應大于其長度的1/75,總水平位移不應大于基礎頂部的高度的1/50。
        2.2計算模型
        F保留鋼結構主要力學性能的前提下,為了避免問題的復雜性,有必要對研究模型進行簡化:
        1)計算模型中忽略了法蘭和螺栓連接;(2)假定上部結構與計算模型基礎的連接方式為剛性連接,即柱的根部六個自由度都受到約束。
        2.3基本假設
        1)荷載作用:只考慮重力荷載和風荷載,忽略地震作用、車輛荷載、車輛誘導陣風等動力荷載。
        2)法蘭連接:由于法蘭的作用主要體現運輸和安裝上,對結構力學性能的影響相對較小,因此計算模型中將忽略法蘭和螺栓的連接。
        3)標志板荷載傳遞:本文計算模型假定標志板上的重力荷載和風荷載等效于梁上的線荷載。
        4)荷載組合:本文只考慮最不利的荷載組合,即風荷載垂直于標志板面時的風荷載和重力荷載的組合。
        3有限元分析
        本文的優化設計問題實際上是結構抗彎抗剪強度、結構變形和結構穩定的條件下,使交通標志結構最輕的問題。從優化設計變量、約束條件和目標函數三個方面進行了研究。此基礎上,利用ANSYS建立了有限元模型。
        3.1建立模型
        3D選用線性有限應變元beam188,適合于分析細長至中細長梁結構。該單元基于Timoshenko梁理論,考慮了剪切變形的影響。首先定義空間中每個節點的大小和位置,然后輸入荷載,最后設置單元長度,劃分網格,生成有限元模型.
        3.2優化結果
        通過上述命令完成有限元模型、內力計算和參數提取,并用lgwrite命令編寫優化分析文件。
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