球墨铸铁检查井盖优化设计方法技术

本发明专利技术涉的球墨铸铁检查井盖优化设计方法，包括步骤a、建立检查井盖模型，步骤b、进行有限元分析计算，仅改变模型的检查井盖的厚度值和肋筋宽度值，经有限元仿真，得到检查井盖的结构性能与井盖厚度值和肋筋宽度值的变化关系；步骤c、对井盖进行优化设计，根据步骤b的分析计算结果及制作成本，确定最好结构性能对应的井盖厚度值、肋筋宽度值，确定最优检查井盖结构即对井盖进行优化设计；步骤e、按照优化设计结果制作井盖试样，并将试样进行应用实践检验。在规定的设计重量范围内，仿真对比计算分析了不同井盖厚度与不同支撑肋筋宽度设计结构的井盖的力学行为，直接为井盖的优化设计提供了设计依据。

Optimization design method of ductile iron manhole cover

【技术实现步骤摘要】
球墨铸铁检查井盖优化设计方法
本专利技术涉及球墨铸铁检查井盖设计
，尤其涉及球墨铸铁检查井盖优化设计方法。
技术介绍
城市中的市政管道检查井的井盖作为基本公共设施,在日常生活中扮演着极为重要的角色,井盖质量的好坏对我们的生活具有重大的影响。通常井盖普遍存在两种问题，第一是井盖失窃现象严重，第二则是井盖破损问题。井盖失窃可归属于管理问题，而井盖破损则是材料选择问题和结构设计中的力学性能问题。国外的井盖经历了铸铁类井盖被偷盗然后采用铸铁类井盖替代品的发展过程，但在使用过程中又出现了井盖的各种破损问题，为了对井盖破损行为机理充分了解，以便改善井盖的使用性能以及延长其使用寿命，国外的一些大学以及研究机构对井盖的力学性能开展了研究。国外加拿大刊物《CanadianJournalofCivilEngineering》在2011年第38期的研究文章《Circularprecastconcretemanholes:numericalmodeling》中介绍了混凝土检查井座、井盖及周围土壤结构的有限元三维模型，分析了井盖在承受载荷时，井座及井盖自身的张力传递、结构材料的应变变化、以及所产生的压力单元传递到井座周围土壤结构，并对周围土壤结构产生的相互影响作用。NationalIlanUniversity的刊物《AdvancedScienceLetters》在2012年的第13卷中发表了研究文章《NumericalModelingofCompositeMaterialsfortheAlleviationofManholeDecrementIntoPavement》，介绍了对所制作的井盖建立的三维有限元模型，对井盖在重载交通负荷下的行为机理进行了分析，并通过对井盖施加临界张力来评估井盖的力学性能，得出了超过了井盖最大张力是导致井盖疲劳损害的主要原因的结论。在2015年巴尔的摩的Pipelinesconference国际会议上发表了研究文章《FiniteElementModelingofFull-ScaleConcreteManholesunderSoilPressure》，叙述了针对美国的大量井结构损坏情况，使用有限元模型来模拟土壤压力环境下的环氧材料制作的井结构损坏行为。国内的井盖使用以及对井盖力学性能的研究紧跟国外的研究方向，在国内的有关大学以及研究机构也开展了井盖力学性能的研究。刊物《太原重型机械学院学报》在2003年第24期中的文章《复合材料检查井盖的结构优化设计》中，介绍了利用有限元分析软件MSC.Marc对树脂基复合材料检查井盖进行了初步的结构优化设计分析,并用实验结果与Marc计算结果进行比较，得出了相当吻合的结论,并利用Marc设计了较合理的井盖结构，并应用于工程实际。刊物《中国资源综合利用》在2008年3月的第26期中的文章《聚合物基复合材料检查井盖有限元分析及优化设计》中，介绍了利用ANSYS软件对聚合物基复合材料检查井盖进行了有限元分析，根据分析模型计算了井盖的受力情况和应变情况，并对井盖的结构进行了优化设计,使其在满足使用要求的前提下,经济成本达到最低。刊物《中国制造业信息化》在2008年第24期中的文章《城市道路新型钢筋混凝土污水井盖结构非线性分析》中，介绍了采用ANSYS分析软件程序,建立了井盖的有限元分析模型考虑了单元材料、弹性几何和接触状态非线性,对其进行了细致的精确有限元非线性分析。准确得出了此新型井盖结构的整体力学性能及薄弱部位，为原型结构设计定型投产制造提供依据,极大地提高了几何模型塑造的质量和效率，增强了数据管理能力,提高分析效率、缩短设计周期，实现了大量几何物理参数分析的优化设计,使此新型井盖结构的整体性能达到了最优。刊物《河北科技大学学报》2016年第37期的文章《加强肋结构参数对塑料井盖力学性能的影响》中，介绍了以Abaqus为支撑软件，建立了复合塑料井盖有限元模型，通过使用Abaqus软件采用有限元方法对拥有不同加强肋结构参数的复合塑料井盖受力模拟情况进行了数值模拟分析，比较系统地分析了加强肋结构参数与塑料井盖力学性能的关系。《新乡学院学报》2017年第3期中的文章《聚合物基复合材料检查井盖的优化设计》中，介绍了利用ANSYS有限元分析软件，建立了对聚合物基复合材料检查井盖的平板型结构井盖和井字型结构井盖的分析模型，通过对其结构的模拟计算分析，根据两种井盖结构的受力、位移变化特点，进行优化设计。但是，目前针对球墨铸铁检查井盖，还没有通过采用仿真分析软件来对井盖的力学性能分析并根据分析研究结果对井盖进行优化设计的技术公开，尤其针对下表1中的产品的具体结构优化设计：表1具体设计的铸铁井盖的主要型号产品及主要考核指标传统设计球墨铸铁检查井盖的方法是根据要求的载荷和整体结构尺寸情况，凭借经验先设计出具体结构，加工出实物，后进行整体测试，综合各种测试结果判断结构性能优越性，确定修改方案，修改后加工出实物再次进行测试，如此循环往复。若初始设计的结构较好，则可能需要修改的次数和工作量就少一些；若结构性能较差，则可能需要多次的修改加工，如此多次的尝试改进需要很长的周期和大量的人力、物力、财力，导致设计的成本较高。
技术实现思路
本专利技术为了改良铸铁检查井盖的使用力学性能，延长其使用寿命，开发了一种以QT500-7铸态球墨铸铁材质制作的防盗检查井盖，研究其在承受GB/T23858-2009《检查井盖》规定压力下的力学行为，以及其力学性能和使用寿命，以便确定铸铁检查井盖的最优结构，无需加工出实物。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：球墨铸铁检查井盖优化设计方法，所述检查井盖构型为带肋板式圆形，包括圆形盖板和均布在盖板反面上的多根契型肋筋，其特征在于，包括以下步骤：步骤a、建立检查井盖模型，根据检查井盖的尺寸预设值，其中，所述尺寸预设值包括盖板直径、厚度，还包括肋筋高度、宽度，所述检查井盖的总重为预设确定值，根据检查井盖的承载能力和规格尺寸确定检查井盖的尺寸预设值；步骤b、进行有限元分析计算，确定井盖肋筋高度取某一初始值不变，所述检查井盖的总重为预设确定值的条件下，仅改变模型的检查井盖的厚度值和肋筋宽度值，经有限元仿真，得到检查井盖的结构性能与井盖厚度值和肋筋宽度值的变化关系：井盖厚度变厚、肋筋宽度变小时，结构性能提高；但井盖厚度变厚到一定、肋筋宽度变小时，结构性能会降低；步骤c、对井盖进行优化设计，所述检查井盖的总重为确定值的条件下，肋筋高度取某一初始值不变的条件下，根据步骤b的分析计算结果及制作成本比较，确定最好结构性能对应的井盖厚度值、肋筋厚度值，确定最优检查井盖结构即是对井盖进行优化设计。步骤d、按照优化设计结果制作井盖试样，并将试样进行应用实践检验。进一步地，所述步骤a中所述建立检查井盖模型包括井盖的几何模型和有限元模型，基于三维结构(cero)软件建立检查井盖的几何模型，采用MSC.Patran建立检查井盖的三维实体结构化网格的有限元模型；所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.球墨铸铁检查井盖优化设计方法，所述检查井盖构型为带肋板式圆形，包括圆形盖板和均布在盖板反面上的多根契型肋筋，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤a、建立检查井盖模型，根据检查井盖的尺寸预设值，其中，所述尺寸预设值包括盖板直径、厚度，还包括肋筋高度、宽度，所述检查井盖的总重为预设确定值，根据检查井盖的承载能力和规格尺寸确定检查井盖的尺寸预设值；/n步骤b、进行有限元分析计算，确定井盖肋筋高度取某一初始值不变，所述检查井盖的总重为预设确定值的条件下，仅改变模型的检查井盖的厚度值和肋筋宽度值，经有限元仿真，得到检查井盖的结构性能与井盖厚度值和肋筋宽度值的变化关系：井盖厚度变厚、肋筋宽度变小时，结构性能提高；但井盖厚度变厚到一定、肋筋宽度变小时，结构性能会降低；/n步骤c、对井盖进行优化设计，所述检查井盖的总重为确定值的条件下，肋筋高度取某一初始值不变的条件下，根据步骤b的分析计算结果及制作成本比较，确定最好结构性能对应的井盖厚度值、肋筋厚度值，确定最优检查井盖结构即是对井盖进行优化设计。/n步骤d、按照优化设计结果制作井盖试样，并将试样进行应用实践检验。/n

【技术特征摘要】
1.球墨铸铁检查井盖优化设计方法，所述检查井盖构型为带肋板式圆形，包括圆形盖板和均布在盖板反面上的多根契型肋筋，其特征在于，包括以下步骤：
步骤a、建立检查井盖模型，根据检查井盖的尺寸预设值，其中，所述尺寸预设值包括盖板直径、厚度，还包括肋筋高度、宽度，所述检查井盖的总重为预设确定值，根据检查井盖的承载能力和规格尺寸确定检查井盖的尺寸预设值；
步骤b、进行有限元分析计算，确定井盖肋筋高度取某一初始值不变，所述检查井盖的总重为预设确定值的条件下，仅改变模型的检查井盖的厚度值和肋筋宽度值，经有限元仿真，得到检查井盖的结构性能与井盖厚度值和肋筋宽度值的变化关系：井盖厚度变厚、肋筋宽度变小时，结构性能提高；但井盖厚度变厚到一定、肋筋宽度变小时，结构性能会降低；
步骤c、对井盖进行优化设计，所述检查井盖的总重为确定值的条件下，肋筋高度取某一初始值不变的条件下，根据步骤b的分析计算结果及制作成本比较，确定最好结构性能对应的井盖厚度值、肋筋厚度值，确定最优检查井盖结构即是对井盖进行优化设计。
步骤d、按照优化设计结果制作井盖试样，并将试样进行应用实践检验。


2.根据权利要求1所述的球墨铸铁检查井盖优化设计方法，其特征在于，所述步骤a中所述建立检查井盖...

【专利技术属性】
技术研发人员：兰涛，张美玲，
申请(专利权)人：武汉市粤恒顺市政道路设施有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42