液压动力沉桩机-桩-土全系统有限元分析及结构优化

作     者：黎桓 

作者单位：湖南科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：杨书仪;施林

授予年度：2015年

学科分类：08[工学] 0802[工学-机械工程] 

主      题：液压动力沉桩机-桩-土 全系统 ALE方法 有限元 BP神经网络 

摘      要：液压动力沉桩机是利用冲锤运动产生冲击能作用于预制桩,将预制桩沉入土中的桩工机械,因其工作效率高、环境污染小、易于移动而广泛应用于建筑行业。本文以某新型液压动力沉桩机冲击机械系统为研究对象,建立液压动力沉桩机-桩-土相互作用的全系统有限元模型,分析液压动力沉桩机冲击机械系统及桩土动态响应,探讨冲击机械系统物理性能参数对沉桩效率的影响,优化冲击机械系统关键零部件尺寸参数,为新型液压动力沉桩机的结构设计和实际工程运用提供理论依据。本文主要研究内容如下:(1)针对新型液压动力沉桩机的结构特点和工作原理,考虑土体大变形,采用ALE方法,建立基于ANSYS/LS-DYNA的液压动力沉桩机-桩-土全系统有限元模型;依据应力波法,搭建实验测试平台,得到实验结果与仿真结果基本一致,为液压动力沉桩机冲击机械系统动态响应分析提供基础。(2)基于液压动力沉桩机-桩-土全系统有限元模型,获得冲锤、传力箱、拉杆以及桩帽的动态响应特性;分析预制桩尺寸及土体体积模量对桩底承载力的影响,为液压动力沉桩机的工程使用环境选择提供判断依据。(3)分析不同缓冲弹簧刚度、不同桩垫弹性模量下的冲击机械系统沉桩效率、桩底承载应力及贯入度,获得不同参数条件下沉桩效率和桩底承载应力及贯入度的变化趋势,为液压动力沉桩机冲击机械系统中缓冲弹簧刚度以及桩垫弹性模量参数的选取提供理论参考。(4)建立传力箱底板厚度、传力箱侧板厚度、拉杆直径与传力箱最大应力、拉杆最大应力的BP神经网络模型,以传力箱和拉杆质量总和最轻为优化目标,采用遗传算法优化传力箱底板厚度、传力箱侧板厚度、拉杆直径尺寸参数,为液压动力沉桩机结构参数设计提供理论依据。