隧道衬砌台车是二次衬砌过程中的非标专用设备,主要作用于隧道岩面的混凝土衬砌施工。传统拱架式衬砌台车结构复杂、作业空间小、自动化程度低,某企业研发的新型无门架衬砌台车有效地改善了这些缺点,但其受力情况则变得更严重。本文结合企业需求,以此新型无门架衬砌台车为研究对象,利用有限元分析软件进行强度、刚度研究,在保证整机力学性能安全、可靠的前提下,开展以轻量化为目的的优化设计,主要工作如下:本文首先对新型无门架衬砌台车的结构组成和主要施工过程进行了分析;根据容腔内混凝土的力学性能特点将混凝土浇注过程划分为四种工况,保证其分析结果更具有真实性,并分别分析每种工况下模板所受的载荷;在Inventor软件中建立衬砌台车的物理模型并导入ANSYS Workbench中进行有限元建模以及有限元分析,验证整机的强度和刚度是否满足设计要求;随后对衬砌台车的应力集中区域进行结构优化设计,实现了衬砌台车的轻量化需求以及力学性能的改善;最后在施工现场进行实车试验,将有限元仿真应力值与现场测试应力值进行对比分析,分析的结果有效地验证了有限元建模的正确性。本文利用有限元法和优化设计方法对新型无门架衬砌台车进行了分析,有效地缩短了研发周期,提高了产品的力学性能、施工效率和衬砌质量,在一定程度上减少了企业对此产品的研发成本。