【導讀】教師的指導下進行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中。構的學位或學歷而使用過的材料。對本研究提供過幫助和做出過。貢獻的個人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。?？梢怨颊撐牡牟糠只蛉績热?。研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標注引用的內容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔。電子版，允許論文被查閱和借閱。以采用影印、縮印或掃描等復制手段保存和匯編本學位論文。涉密論文按學校規(guī)定處理。圖紙、程序清單等），文科類論文正文字數(shù)不少于。2）工程設計類題目的圖紙，要求部分用尺規(guī)繪制，部分用計算機繪制，所有圖紙應符合國家技術標準規(guī)范。隨著城市汽車保有量的不斷增加，停車難問題己經(jīng)成為大中型城。市的一個普遍現(xiàn)象。本課題以較為典型的升降橫移式立體車庫為研究對象，綜合考慮。擇三層四列式車庫結構為研究模型。文章簡單介紹了車庫的主體結構

　　

【正文】 基礎上，先對各梁和立柱的剛度和 強度進行分析，找出系統(tǒng)薄弱處所在，然后在整體分析之中給予特別關注。 立體車庫鋼結構骨架由立柱、橫梁、縱梁和支承動力及附屬裝置的上、下支承梁等組成，其立柱通過螺栓與基礎相連，其余鋼梁靠焊接或者螺栓相互連接。立柱主要承受壓力和其他因素造成的扭矩，即壓應力和部分剪應力前后兩個面的縱梁主要承受拉伸和彎矩造成的拉應力 和彎曲應力側面的橫梁承受較小的拉應力和剪應力。為了減小振動和提高穩(wěn)定性，各部分都必須保證足夠的強度和剛度。 機械傳動系統(tǒng)安裝在鋼結構骨架上，由傳動部件和張緊裝置組成。停車托架與傳動鏈條相連，驅動裝置和機械傳動系統(tǒng)驅動托架循環(huán)運行，實現(xiàn)車輛的存取和停放。 設計時采用 Q235 碳素鋼，其屈服極限為 235MPa，抗拉強度為 375～500MPa。整體車庫鋼結構許用位移為 10mm。 本車庫所限車型為小型車和中型車，最大容車重為 2020kg，載車板重約700kg，所以每個車位所承受的最大重量為 2020+700=2700kg，在每個載車板上模擬汽車前后車輪位置，按照額定載荷 6:4 的比例均勻放置集中載荷。 由于停車的隨機性，載荷作用也就不同。按載荷作用的基本情況，在進行立體車庫鋼結構骨架分析時考慮如表 31 所示幾種工況。 表 31 結構分析的計算工況和計算載荷 立柱受力分析 按功能及結構要求，機架結構及型鋼初選型號與尺寸如下述表 32 所示， 下面對骨架結構中的立柱進行校核計算。 工況 說明 計算載荷 1 空載 每個車位均無車輛載荷 鋼結構自重、傳動系統(tǒng)重量和配重 2 對稱載荷 每個車位均有對稱分布的車輛載荷 工況 1 的載荷和車位上的車輛載荷 3 非對稱載荷 每個才車位均有按前后輪 6:4 分配的車輛載荷 工況 1 的載荷和車位上的車輛載荷 4 最大偏載 車庫一側車位無車，另一側車位均有按前后輪 6:4 分配的車輛載荷 工況 1 的載荷和車位上的車輛載荷 表 32 立體車庫鋼結構型號初選規(guī)格 編號 名稱 初選型鋼 截面面積 （ cm2） 理論重量 （ kg/m） 慣性矩 I (cm4) 1 上層橫梁 22b 工字鋼 3570 2 上層縱梁 H 鋼 （ HM250*175） 6120 3 立柱 結構用冷彎空心 型鋼（ 250） 4 導軌支撐 梁 H 鋼（ HM250*175） 6120 5 角鋼 角鋼 鋼結構的立柱是由結構用冷彎形空心型鋼制成，前面有三根立柱均勻分布，后面有五根立柱，均勻分布。由于每一個立柱承受的力都是牛腿面上的均布載荷，所以可以簡化為一個集中載荷附加一個彎矩。在表 31 所示的四種工況中，立柱均為受力桿，在豎直 方向上，車庫骨架承受的力作用到地基，不足以引起立柱的壓潰變形，所以可以暫時忽略不計，主要分析在兩個彎矩作用下立柱的最大偏移位移量。立柱的彎矩 Me1 與 Me2 由作用在牛腿上的均布載荷決定，因此立柱的最大偏移發(fā)生在牛腿最大受力狀態(tài)下，即為工況 2 情況下車庫滿載時。 中間層作用在牛腿上的載荷包括中層橫移架、中層升降與橫移系統(tǒng)、中層載車板及停放車輛、中層軌道與軌道支撐梁及牛腿自身重力等；頂層作用在牛腿上的載荷包括頂層縱橫梁、頂層驅動梁、頂層升降系統(tǒng)、頂層載車板及停放車輛、頂層軌道與軌道支撐梁及牛腿自身重力等。 前立 柱為三根，后立柱為五根，當車庫空載時，由于 P 前總 =1/2 7000 1/2N=12250N P 后總 =1/4 7（ 7000 1/2+2020） N=9625N P 前總 所以，每一根前立柱所受載荷前總大于后立柱所受載荷 P 后總 ，因此我們重點分析前立柱受力情況。圖 33 所示為前立柱的力學結構簡圖。 圖 33 前立柱受力分析圖 己知 A 點為全約束，施加在 B 點的彎矩 Me1，施加在 C 點的彎矩 Me2 ，且 ?? ABl m， ?? BCl m， ??CDl m , GpaE? 410300cmIx ? ， Me1=1/3（ 7000 3 1/2+20200 3 3/5） =837Nm Me2=1/3 (7000 4 1/2+20200 4 3/5) =1116Nm 根據(jù)下列公式進行分析 撓曲方程為： EIxMy e2 2? ，其中 lx??0 ， . .............. .. () 端截面轉角： EIlMe?? ,.............................................. () 最大撓度為： EIlMy eB 22? ,............................................() 具體到本立柱，根據(jù)公式（ ），我們得出 mEI lM eB 381111 101 0 0 0 3 0 3 7 ?? ????? ???? ， mEI lM ACec 38112 102 5 7 0 3 0 51 1 1 6 ?? ????? ???? 所以 CDCDBDBD lyly ???? ?? 21 ,， 由梁的迭加原理得出立柱頂端 D 端為最大撓度點 myyy DDD 33321 103 5 8 5 7 0 0 ??? ???????? 導軌支撐梁分析 前后導軌支撐梁分別由三點和五點支撐，承受作用力相同，故我們重點分析跨度大的三點支撐前導軌支撐梁，如果前導軌支撐梁在允許范圍之內，則后導軌梁也必然符合設計要求 [14]。如圖 34 所示，簡支梁 AC為三點支撐，受均布載荷的作用，兩端全約束，且同樣為均布載荷，因此我們可以簡化為只研 究 AB 段受力，如圖 35 所示。 圖 34 導軌支撐梁受力圖 圖 35 導軌支撐梁受力簡化圖 我們先來分析一下圖 35 中的梁的受力 。 已知 A、 B 兩點全約束， 46 1 2 0, cmIG PaEml xAB ??? 均布載荷為： q=3 1/2(7000+20200)/=7788N/m, 撓曲方程為： ?Rx wEIxqlf 22224? .............................................. () 最大撓度為： EIqlf 3844max ?.............................................. () 由公式 ()計算得 EIqlf 3844max ?= m38114 1 6 8 4 7 8 8 ?? ?????? ? 橫梁受力分析 頂層載車板支架由五根橫梁組成，在跨度近 6m 的前后立柱中間形成兩邊 全約束的大跨度簡支梁，梁受兩個向下的不同拉力 F1 和 F2，橫梁簡支粱受力圖 如圖 36 所示 。 圖 36 上層橫梁受力簡圖 驅動單元 (G=27KN)靠兩根鋼絲拉住，通過滾筒的纏繞由電機驅動。每 根鋼 絲傳遞的力 F 鋼 = 4G = 根據(jù)五根橫梁可能存在的不同受力方式，我們把項層橫梁工況分為如表 32 所示三種工況： 表 33 頂層橫梁不同工況 由表 33 可以看出 ： 工況 (l)狀態(tài)下兩個邊側橫梁受力明顯小于工況 (2)(3)狀態(tài)下中間橫梁的受力，因此失穩(wěn)可能性最小 。中間三根橫梁表面兩側均 受力，在工況 (2)和工況 (3)時受力 較大，危險性較高，因此我們取某根中 間梁為研究對象進行分析。 在實際情況中，汽車的自重分配為 F 車頭 ： F 車尾 = 6:4，即車頭占總重量的60%，車尾占總重的 40%，因此中間橫梁上兩點的受力應為不同樣的受力。所 以在汽車前進入載車板和倒退入載車板時上層工字鋼梁的受力情況是不一樣的。由于載車板可以考慮為四根鋼絲均勻拉動，那么我們現(xiàn)在考慮重量為 2020kg 的汽車在工況 (2)和工況 (3)時中間橫梁的不同承載情況 。 在工況 (2)狀態(tài)時 F1=F2=1/2（ F 車 +F 載 ） 簡支梁中 A、 B 兩點全約束，且 ,5500mmlAB ? ,1 2 5 0 mmlla BDAC ??? mml C 3000D ? 。 則有兩端固定梁的撓曲方程： ),3(6 2 awEIlPaf Rx ?? ? 其中 20 la?? ， ..........................................() 由于兩端受力對稱，所以可以直到梁 AB 中點處撓曲變形最大，且有： ),43(24 2 aEIlPafm az ?? .................................................................. () lPaM /2max ? .................................................................. () 其中 F=F 車頭 =F 車尾 =, ,1 2 5 0,5 5 0 0 mmBDACammABl ????? 43 5 7 0,2 1 0 cmIG PaE x ?? 。 由以上公式和 數(shù)據(jù)代入式 算得 mf 3m a x 103 4 ??? ，所以最大撓曲變形 為 。 在工況 (3)狀態(tài)時 F1= F 車頭 +1/2 F 載 F2= F 車尾 +1/2F 載 考慮兩個載車板之間的工字鋼橫梁在兩輛車同時前進駛入載車板，即沿 AB 向進入 (如圖 36 中所示 )，這時 C 點受力設 為 F1， D 點受力設為 F2，由于汽 車重量為 6:4 分配，那么 F1=(1200+350) 10=15500N= F2=(800+350) 10=11500N= 圖 36 上層橫梁受力圖 與工況 (2)相對比，工況 (3)與 (2)只是 C 和 D 點所承受的力變化了， 此種情況的分析我們將在 ANSYS 中進行分析。 結果分析 根據(jù)以上對車庫鋼結構進行受力分析的結果，我們可以看出在頂層中間橫梁應力最大，且變形最大，產(chǎn)生了最大撓曲為 。因此頂層橫梁是影響車 庫鋼結構穩(wěn)定性的主要因素之一。在下面的分析中我們將利用有限元軟件 ANSYS，對各梁以及整體進行受力分析，確保車庫的安全性和穩(wěn)定性。 本章小結 本章通過對車庫結構進行分析，對車庫模型進行了合理的簡化，使車庫鋼 結構骨架 在盡可能簡單的情況下，符合實際工況； 同時對車庫運行時的不同工 況進行了分析，并對車庫各部分構件進行了受力分析，為下面進行結構校核與 優(yōu)化打好基礎。 第四章 機械結構優(yōu)化 有限元方法概述 有限元方法 (FiniteElementAnalysis， FEA)是用于求解工程中各類問題的數(shù)值方法。應力分析之中的穩(wěn)態(tài)、瞬態(tài)、線性或者非線性問題以及熱傳導和電磁學中的問題都可以用有限元方法進行分析。 在許多實際工程問題中，人們很難得到它的精確解，這要歸因于微分方程組的復雜 性，以及難以確定的邊界條件和初值條件。為了解決這個問題，人們常常需要借助數(shù)值方法來求解近似解。數(shù)值解法分為兩大類 :有限差分方法和 有限元方法。有限差分方法對于簡單的問題能夠易于理解和應用，但對于解決帶有復雜幾何條件和復雜邊界條件的問題就無能為力了 。而有限元方法采用積 分方法而不是微分方法建立起系統(tǒng)的代數(shù)方程組，使內部各單元的邊界連續(xù)，所以易于描述。 由于有限元分析算法精度高，適應性強，計算格式規(guī)范統(tǒng)一，有限元算法己經(jīng)稱為工程設計中不可缺少的一種重要方法，在大型工程中扮演越來越重要的角色。國際上著名的通用有限元分 析軟件有 :ANSYS， ABAQUS， NASTRAN， MARK，ALGOR 以及 ADINA 等 。 有限元分析一般由以下基本步驟組成 : ①建立求解域，并將之離散化成有限個單元，即將問題分解成單元和節(jié)點 。 ②假定描述單元物理屬性的形 (shape)函數(shù)，即用一個近似的連續(xù)函數(shù)描 述每個單元的解 。 ③建立單元剛度方程 。 ④組裝單元，構造總剛度矩陣 。 ⑤應用邊界條件和初值條件，施加載荷 。 ⑥求解線性或者非線性微分方程組得到節(jié)點值，如不同節(jié)點的位移 。 ⑦通過后處理獲得最大應力、應變等信息。 結構的離散化是有限元的基礎。所謂離散 化就是將分析的結構分割成為有限個單元體，使相鄰單元體僅在節(jié)點處相連接，而以此單元的結合體去代替原來的結構。如果分析的對象是析架或者是剛架，顯然可以取每一根桿作為單元，因為這一類結構就是由每一桿件相互連接而成 。如果分析二維或是三維的連續(xù) 介質，就要根據(jù)實際物體的形狀和對于計算結果所要求的精度來確定單元的形狀和剖分方式。選定離散結構所用的單元之后，要對典型單元進行特性分析，分析時首先就要對單元假設一個位移插值函數(shù)，或者稱之為