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基于有限元计算方法对液压支架掩护梁优化设计研究汇报人：2024-01-27

引言液压支架掩护梁结构分析与建模基于有限元计算的掩护梁受力分析目录CONTENTS

掩护梁结构优化设计方案及实施实验验证与对比分析结论与展望目录CONTENTS

01引言

液压支架是煤矿井下综采工作面的重要设备，其稳定性和可靠性对于保障矿井安全具有重要意义。掩护梁是液压支架的关键部件之一，其结构设计和优化对于提高液压支架的整体性能具有重要作用。基于有限元计算方法对液压支架掩护梁进行优化设计，可以提高设计效率和精度，降低成本和风险，为煤矿安全生产提供有力保障。研究背景和意义

国内外研究现状及发展趋势国内外学者在液压支架掩护梁优化设计方面开展了大量研究，取得了显著成果。目前，有限元计算方法已经成为液压支架掩护梁优化设计的主要手段之一。未来，随着计算机技术和数值模拟方法的不断发展，液压支架掩护梁优化设计将更加高效、精确和智能化。

本研究旨在基于有限元计算方法，对液压支架掩护梁进行结构分析和优化设计。具体包括：建立液压支架掩护梁的有限元模型，进行静力学和动力学分析，评估其结构性能；基于优化算法，对液压支架掩护梁进行结构优化设计，提高其承载能力和稳定性；通过实验验证优化设计的有效性和可行性。研究内容本研究采用理论分析、数值模拟和实验验证相结合的方法进行研究。具体包括：运用弹性力学、有限元方法等理论，建立液压支架掩护梁的力学模型；利用有限元分析软件，对液压支架掩护梁进行数值模拟分析；设计并开展实验，对优化设计的液压支架掩护梁进行性能测试和验证。研究方法研究内容和方法

02液压支架掩护梁结构分析与建模

液压支架掩护梁通常由多个零部件组成，包括主梁、横梁、连接件等，各部件之间存在复杂的相互作用和约束关系。结构复杂掩护梁作为液压支架的主要承载部件，需要具备足够的强度和刚度，以承受来自顶板和采空区的压力。承载能力强掩护梁需要适应不同的地质条件和采煤工艺，因此其结构形式和参数需要根据实际情况进行调整和优化。适应性强液压支架掩护梁结构特点

建立几何模型定义材料属性划分网格施加边界条件和载荷有限元建模方法与步骤根据液压支架掩护梁的实际尺寸和结构形式，利用CAD等建模软件建立其三维几何模型。将几何模型离散化为有限元网格，选择合适的单元类型和网格密度，以保证计算精度和效率。根据掩护梁所使用的材料，定义其弹性模量、泊松比、密度等物理参数。根据掩护梁的实际工作条件，施加相应的边界条件和载荷，如固定约束、压力、重力等。

模型验证通过与实际测试结果或经验数据进行对比，验证所建立有限元模型的准确性和可靠性。网格划分在保证计算精度的前提下，尽量采用较粗的网格划分以提高计算效率。对于关键部位或应力集中区域，可以采用局部加密网格的方法以提高计算精度。同时，需要注意网格质量和连续性对计算结果的影响。模型验证与网格划分

03基于有限元计算的掩护梁受力分析

边界条件与载荷施加确定掩护梁与顶梁、底座的连接方式，以及约束条件，如固定支撑、滑动支撑等。根据液压支架的工作状态，施加相应的载荷，包括顶梁传递的顶板压力、底座传递的底板反力以及掩护梁自身的重力等。考虑液压支架在运动过程中的动态效应，对载荷进行动态分析，确定不同时刻的载荷大小和方向。

有限元求解过程及结果01选择合适的有限元分析软件，建立掩护梁的有限元模型，包括网格划分、材料属性定义等。02施加边界条件和载荷，进行有限元求解，得到掩护梁的应力、应变和位移等结果。03对结果进行后处理，提取关键位置的应力、应变和位移数据，绘制云图、曲线图等直观展示结果。

根据有限元分析结果，探讨掩护梁在不同工况下的受力特点和规律，如最大应力位置、应力集中现象等。分析掩护梁结构参数对其受力的影响，如梁高、梁宽、壁厚等，为结构优化提供依据。结合液压支架的实际工作条件和使用要求，对掩护梁的结构和受力性能进行评估和改进。掩护梁受力特点与规律探讨

04掩护梁结构优化设计方案及实施

结构优化目标与约束条件设定结构优化目标提高掩护梁的承载能力和稳定性，降低应力集中，优化结构重量。约束条件保证掩护梁在正常工作状态下的刚度和强度，满足液压支架的整体性能要求，同时考虑制造成本和工艺要求。

优化算法选择采用基于有限元分析的优化算法，如遗传算法、粒子群算法等，进行掩护梁结构的优化设计。参数设置根据具体算法和掩护梁结构特点，设置合适的算法参数，如种群规模、迭代次数、交叉概率、变异概率等，以保证优化结果的准确性和有效性。优化算法选择及参数设置

VS通过对优化前后掩护梁结构的有限元分析结果进行对比，分析优化后结构的应力分布、位移变化、承载能力等性能指标。优化结果评价根据优化目标和约束条件，对优化结果进行综合评价，包括结构性能提升、重量减轻、制造成本降低等方面。同时，对优化结果的可行性和实用性进