立体车库中层横移框架及主体结构优化研究

1、本科毕业论文题 目：立体车库中层横移框架及主体结构优化研究院 （部）： 专 业： 班 级： 姓 名： 学 号：指导教师： 完成日期： 目 录摘 要IIAbstractIII1绪 论1 1.1 课题的背景1 1.2 课题的关键技术及其国内外研究发展现状3 1.2.1 国外研究现状4 1.2.2 国内研究现状5 1.3课题的意义52 有限元分析方法概述7 21 ANSYS有限元分析可以解决的问题7 22 ANSYS有限元分析软件简介8 221 ANSYS软件的组成8 222 ANSYS有限元软件的基本功能及特点93 ANSYS有限元分析11 3.1基于车库整体的有限元分析11 3.2分析步骤与具体

2、结果124 主体框架的优化20 4.1优化方式20 4.2优化方案20 4.3 本章小结245 结论与展望25 5.1 结论25 5.2 展望25感 谢26参考文献27 随着经济的高速发展，人民生活水平的不断提高，城市居民私有车辆的拥有量也在不断增加，然而城市土地资源紧缺，用地紧张，从而由此引发了“停车难”等一系列社会问题，严重影响了城市的建设与发展，并给城市居民生活带来不便，不利于社会的和谐稳定发展。 为解决由于“停车难”引发的一系列社会问题，本论文以与广州广日智能停车设备有限公司的合作课题为工程背景，以节约立体车库的制造成本和缩短停车时间，提高立体车库的工作效率为目的，主要对现有立体车库骨

3、架钢架结构系统模型进行简化，对其主要构件立柱、横梁和纵梁进行受力分析，发现其现有立体车库的钢架结构系统安全系数太大，浪费材料，故对现有钢架结构系统进行优化设计，建立优化设计数学模型并求解，优化后的模型在满足强度、刚度和稳定性的条件下较优化前的模型材料进行比较，并在有限元分析软件 ANSYS 中对优化后钢架结构系统与经模块化扩展设计后实际工程生产的立体车库钢架结构的总体位移量，等效应力发生的变化关键词：立体车库；结构优化AbstractNowadays with the rapid development of national economy and the remarkable improv

4、ement of peoples living standard, the number of private vehicle of residents has also increased very fast. However, the shortage of urban land resource has lead to the phenomenon of parking confusedly, which causes the confusion of the traffic indirectly, destroys the dwelling environment and the im

5、age of the city, and influences the construction and development of the city. It is inconvenient for the harmonious and stabilizing development of the society. In order to solve the social problems caused by parking confusedly based on the engineering background of a company for the purpose of savin

6、g the manufacturing cost and reducing parking time and improving the operational efficiency of the stereo garage, the steelwork model of the stereo garage has been simplified. The force analysis of the main component has been done, finding that the safety margin of the existing steelwork structure s

7、ystem is too large, which wastes materials and takes manufacturing cost of the enterprise. Therefore, a mathematic model of optimal design of steelwork structure system has been built for the current stereo garage. After the computation and optimization, the whole volume of the steelwork decreases 6

8、.57% with the satisfaction of strength, rigidity and stability. Finally, the steelwork after optimization and stereo garage of engineering practice by modular design were analyzed in the FEM analysis software ANAYS. The structural vibration modal of the steelwork was calculated, and the first 50th n

9、atural modal frequencies and the main modes were extracted and analyzed, which is very helpful to reduce the waste of the enterprise and provide a reference for the engineering practice.Key Words: Stereo garage; Structural optimization;1绪 论1.1 课题的背景1.1汽车保有量及增长图1.2 课题的关键技术及其国内外研究发展现状1.2.1机械式升降横移立体车库1

10、.2.1 国外研究现状1.2.2 国内研究现状1.3课题的意义2 有限元分析方法概述21 ANSYS有限元分析可以解决的问题22 ANSYS有限元分析软件简介221 ANSYS软件的组成222 ANSYS有限元软件的基本功能及特点3 ANSYS有限元分析3.1基于车库整体的有限元分析 下面我们将对车库模型进行整体有限元分析，确定出车库钢结构的最大应力集中点，以便进行校核与优化。31.1升降横移式车库模型在进行车库整体结构分析时，由于装配体结构复杂，且大多数梁是工字钢梁，划分网格形成的文件数据较大，难以求得相应的变形图，直接对车库实际结构进行分析是很困难的。因此在分析结构系统的可靠性时，必须对系

11、统进行合理的简化和模拟，所以我们通过进一步简化车库数学模型，选择截面规则、力学性能与之相类似的截面来代替，再对新模型进行整体网格划分，并且施加约束和载荷，进行分析，如图所示31.2简化后升降横移式车库模型3.2分析步骤与具体结果1ANSYS步骤 （1） 建立有限元模型。在此过程中，对现有模型进行了优化，只对框架进行分析。用SolidWorks 建立三维模型，导入workbench软件中，得到如图所示：导入简化后的升降横移式车库模型（2）选择零件材料：文件导入后界面，这时，选择“Geometry”下的“Part”，在左下角的“Details of Part”中可以调整零件材料属性。下面是Q235

12、号钢材的一些基本力学性能。表3.1 Q235材料的力学性能名称密度弹性模量泊松比Q235 7.858g/cm3210GPa0.3（3）划分网格：如下图，选择“Project”树中的“Mesh”，右键选择“Generate Mesh”即可。【此时也可以在左下角的“Details ofMesh”对话框中调整划分网格的大小（“Element size”项）】。得到如下网格图：322划分网络单元的升降横移式车库模型（4）添加分析类型：选择上方工具条中的“New Analysis”，添加所需做的分析类型，我们要做的是静力分析，因此选择“Static Structural”。（5）添加约束由于我

13、们所用框架连接方式为焊接和铆接，因此，约束条件我们用自动捕捉。（6）添加载荷：我们对上述框架进行均匀加载，总的载荷为10Kg，即100N.平均加载在八个轴承座上。每个为12.5N ，“Magnitude”中输入12.5.作用点在轴承座，方向竖直向下。APPLY确定。选择“Project”树中的“Static Structural”，右键选择“Insert”中的“Force”，如下图所示。3.2.3施加载荷以后的升降横移式车库模型(7)查看并显示求解结果：1添加变形：如下图所示，右键点击“Project”树中的“Solution”，选择“> Insert>Deformation>

14、;Total”，添加变形分析并显示。总变形量如图3.2.4升降横移式车库模型的总变形量2 添加等效应变：如下图所示，右键点击“Project”树，“Solution>Insert> Strain>Equivalent（von-mises）”，添加等效应变，得到图。3.2.5升降横移式车库模型的等效弹性应变3.添加等效应力：如下图所示，右键点击“Project”树中的“Solution>Insert> Stress>E quivalent（von-mises）”，添加等效应力，得到等效变形图。3.2.6升降横移式车库模型的等效应力结论：由以上变形图，等效应变图

15、，等效应力图可以看出：变形量为3.1474m，远小于其允许的变形量；等效应力的最大值为3.3687远小于其许用应力192.0.附表：表3.2 材料的力学性能金属材料组合一组合二组合三安全系数许用抗压弯应力许用剪切应力许用端面承受应力安全系数许用抗压弯应力许用剪切应力许用端面承受应力安全系数许用抗压弯应力许用剪切应力许用端面承受应力Q235A1.48152.087.82281.34167.996.9251.91.22184.4106.5276.6451.48192.010.92281.34212.1122.5318.21.22232.9134.5349.440CR1.48331.1191.249

16、6.71.34365.7211.1548.61.22401.7231.3602.6分析结果通过对车库钢结构骨架的有限元分析和稳定性校核，我们可以发现，在车库设计的初衷为保证车库的安全性，车库的梁结构选型都稍稍偏大，留下了比较大的裕度空间，在一定程度上增加了车库的制造成本，同时也增大了车库的自重，不便于拆移和运输。为了达到节省经济的，提高生产效益的目的我们会对框架的主体进行优化，通过减少自重或者选择经济优惠的材料，来达到这种结果。4 主体框架的优化4.1优化方式由于上一章的分析结果得知，材料在满足强度条件下有一定的浪费。因此，我们对车库钢结构进行一定的优化。目前对于所以我们绝对依旧选用ANSYS

17、，因为操作方便且得出的结果容易对比，并且减少了一定的工作难度。4.2优化方案四个轴承的材料不选择变换，其他横梁，竖梁分别选用了其他两组材料进行替换分别是铝合金和45号钢。根据前面我们对立体车库钢结构的力学分析，且静力分析常用来求解稳态外载荷引起的系统或部件的位移、应力以及应变。所以我们可以将车库各部件受力情况反应到车库数学模型中，并进行校核优化，假设载荷不变，只更换横梁和竖梁的密度，弹性模量以及泊松比，并按照3.2小节分析步骤继续以上操作且根据结构优化的目的我们选择了45号钢和AL7975两种材料用于我们的结构优化。下列是AL7075铝合金，45号钢的基础的力学性能介绍表4.1 两种材料力学性能名称密度泊松比弹性模量AL7075铝合金2810 kg /m30.3377Gpa45号钢7890 kg/m30.269209000GP按照以上步骤，重复进行操作，得出以下数据4.1 AL7075铝合金的Analysis分析结果4.2.1AL7075铝合金