《基于UG NX的旋轉(zhuǎn)吊廂式立體車庫(kù)的有限元仿真設(shè)計(jì)PPT課件》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《基于UG NX的旋轉(zhuǎn)吊廂式立體車庫(kù)的有限元仿真設(shè)計(jì)PPT課件（34頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、課題背景 我國(guó)停車現(xiàn)狀及常見解決方法 隨著居民生活質(zhì)量的不斷改善和私家車保有量的持續(xù)攀升，停車越來越難已成為全國(guó)各大城市和諧發(fā)展所面對(duì)的重大難題。國(guó)家公安部發(fā)布的統(tǒng)計(jì)信息表明，截至2009年底，全國(guó)機(jī)動(dòng)車保有量約為1.866億輛，其中，汽車0.762億輛，占全國(guó)機(jī)動(dòng)車總量的40.84%，與上年相比，增長(zhǎng)17.81%。在這種情況下，對(duì)停車泊位的需求量將是巨大的。 而全國(guó)在過去幾十年解決住房難的過程中，只注重了戶型、面積、數(shù)量，卻忽視了轎車進(jìn)入家庭后車輛的存放問題。大量汽車占道存放使本已流暢的動(dòng)態(tài)交通受到了嚴(yán)重影響。形成了汽車越多，占道越多，動(dòng)態(tài)交通能力越差的惡性循環(huán)。中國(guó)人多地少，土地資源匱乏，

2、傳統(tǒng)的停車方式已不可能解決停車難這一問題。第1頁(yè)/共34頁(yè)日益嚴(yán)峻的停車現(xiàn)狀第2頁(yè)/共34頁(yè) 目前我國(guó)城市停車的主要類型還是大型公共停車庫(kù)，其特點(diǎn)是規(guī)模大、占地面積較大、建設(shè)資金大，主要應(yīng)用于車輛停放的密集區(qū)如商業(yè)中心區(qū)、大型的車站等，這都需要有較大的建設(shè)地面和空間。但由于我國(guó)私家車數(shù)量迅速增加，而住宅小區(qū)泊車面積又相對(duì)較小，遠(yuǎn)不能滿足停車需求。有學(xué)者提出利用學(xué)校運(yùn)動(dòng)場(chǎng)、公園綠地、廣場(chǎng)等的地下空間建設(shè)停車庫(kù)以提高土地的復(fù)合利用率，來緩解小區(qū)停車難的矛盾，但這樣的工程不但耗資大，而且工期較長(zhǎng)，對(duì)經(jīng)濟(jì)水平相對(duì)較低的城市來說是不夠現(xiàn)實(shí)的。為了解決住宅小區(qū)等各種場(chǎng)合的停車問題，目前更為可行的方法就是利

3、用小區(qū)內(nèi)較小的面積，建立中小型機(jī)械式立體車庫(kù)，不僅占地面積少、存放的車輛多，而且能使住戶存取車輛時(shí)，既便捷又安全可靠。第3頁(yè)/共34頁(yè) 我國(guó)立體車庫(kù)的發(fā)展及應(yīng)用現(xiàn)狀 我國(guó)在20世紀(jì)80年代初開始研制和使用機(jī)械式停車設(shè)備。90年代以來，隨著汽車工業(yè)和建筑業(yè)的發(fā)展，尤其是轎車進(jìn)入家庭后，停車設(shè)備的應(yīng)用逐步推廣，己經(jīng)形成了新興的停車設(shè)備行業(yè)。我國(guó)立體停車設(shè)備的許多產(chǎn)品采用了當(dāng)前機(jī)械、電子、液壓、光學(xué)、磁控和計(jì)算機(jī)等領(lǐng)域的先進(jìn)技術(shù)，如采用交流變頻調(diào)速系統(tǒng)，使運(yùn)行高速、平穩(wěn)、省電、減少振動(dòng)和噪聲；控制形式有：按鈕式、IC卡式、觸摸屏式、密碼鑰匙式、遙控式等，有些設(shè)備還采用了總線控制技術(shù)；傳動(dòng)裝置采用內(nèi)藏

4、式，以增大停車空間并保護(hù)各傳動(dòng)元件不受污染和腐蝕，提高了設(shè)備的耐久性；機(jī)械結(jié)構(gòu)中采用了模塊化設(shè)計(jì)，便于組合使用，易于安裝拆卸，縮短施工周期;還采用一些新材料、新工藝，如采用“H”型鋼做鋼梁，組合的鍍鋅板或一體成型的鍍鋅板做載車板；安全保護(hù)方面采用了聲光引導(dǎo)及定位裝置，自動(dòng)消防滅火系統(tǒng)等。第4頁(yè)/共34頁(yè) 我國(guó)常見立體車庫(kù)的分類形式 根據(jù)立體車庫(kù)的運(yùn)動(dòng)形式和布局方式，通常將立體車庫(kù)分為九大類，具體是：升降橫移類、簡(jiǎn)易升降類、垂直循環(huán)類、水平循環(huán)類、多層循環(huán)類、平面移動(dòng)類、巷道堆垛類、垂直升降類、汽車專用升降機(jī)。升降橫移類巷道堆垛類第5頁(yè)/共34頁(yè) 現(xiàn)有立體車庫(kù)特點(diǎn)分析 下圖列舉出幾種最常見的立體

5、車庫(kù)實(shí)物照片：第6頁(yè)/共34頁(yè) 現(xiàn)有立體車庫(kù)特點(diǎn)分析 以上立體車庫(kù)實(shí)物顯示了現(xiàn)有立體車庫(kù)共同存在的一個(gè)特點(diǎn)：鋼結(jié)構(gòu)建筑式鋼結(jié)構(gòu)建筑式這便顯示出了一個(gè)問題（也可以說是不足）：可移動(dòng)性較差可移動(dòng)性較差即一次建成很難自由移動(dòng)，或移動(dòng)成本較高，工程量較大。第7頁(yè)/共34頁(yè) 新的需求 根據(jù)我國(guó)道路及小區(qū)布局等情況，我們還需要一種體積小、可根據(jù)需要自由移動(dòng)的立體車庫(kù)： 1、當(dāng)小區(qū)某一處因施工、交通易擁堵等情況而需要臨時(shí)設(shè)置或移除立體車庫(kù)時(shí)可以方便地進(jìn)行調(diào)整，以滿足停車要求； 2、當(dāng)?shù)缆坊蛐^(qū)某處因車輛數(shù)目增多而需要更多泊車位的時(shí)候，可以快速搭建臨時(shí)或長(zhǎng)期使用的立體車庫(kù)，迅速高效地解決停車問題。 3、當(dāng)某旅

6、游景區(qū)（如黃島金沙灘、青島嶗山風(fēng)景區(qū)）因旅游旺季游客私家車數(shù)目增多而需要更多泊車位的時(shí)候，可以快速搭建臨時(shí)使用的立體車庫(kù)，不僅迅速高效地解決停車問題，而且大大增添了景區(qū)特色。第8頁(yè)/共34頁(yè)研究對(duì)象和設(shè)計(jì)方法 研究對(duì)象 本課題所研究的對(duì)象是旋轉(zhuǎn)吊廂式立體車庫(kù)。 旋轉(zhuǎn)吊廂式立體停車場(chǎng)的結(jié)構(gòu)類似于摩天輪，圓環(huán)形主體鋼結(jié)構(gòu)上懸掛若干吊廂，吊廂平板上停放車輛，吊廂在自身重力下保持平衡（也可附加同步鏈輪輔助其保持平衡），右圖所示為該項(xiàng)設(shè)計(jì)成型后的結(jié)構(gòu)示意圖。成型結(jié)構(gòu)示意圖第9頁(yè)/共34頁(yè)研究對(duì)象和設(shè)計(jì)方法功能介紹 旋 轉(zhuǎn) 吊 廂 式 立 體車庫(kù)的主體結(jié)構(gòu)類似于摩天輪的旋轉(zhuǎn)架。為最大限度地提高空間利用率，

7、同時(shí)考慮旋轉(zhuǎn)支撐結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和可靠性，以及進(jìn)出車的方便，將主體設(shè)計(jì)成“兩側(cè)支撐單側(cè)進(jìn)出車”的結(jié)構(gòu)，車位數(shù)為18，如圖右所示。第10頁(yè)/共34頁(yè)研究對(duì)象和設(shè)計(jì)方法建筑布局示意圖第11頁(yè)/共34頁(yè)研究對(duì)象和設(shè)計(jì)方法連接傳動(dòng)方案左圖所示吊廂與主體支撐架的連接方案，做到車庫(kù)在旋轉(zhuǎn)時(shí)吊廂底板始終保持水平，保證車輛安全該方案的設(shè)計(jì)方法為中心鏈輪固定（即絕對(duì)靜止），其余鏈輪與吊廂軸連接為一體（即可以隨帶動(dòng)吊廂軸旋轉(zhuǎn)）。當(dāng)車庫(kù)旋轉(zhuǎn)時(shí)，在中心鏈輪的約束作用下，吊廂上任意一個(gè)矢量在豎直平面內(nèi)方向不變，即吊廂底板始終保持水平。第12頁(yè)/共34頁(yè)研究對(duì)象和設(shè)計(jì)方法回轉(zhuǎn)中心支撐結(jié)構(gòu)：回轉(zhuǎn)中心支撐結(jié)構(gòu)： 旋轉(zhuǎn)中心是支撐起

8、整個(gè)立體車庫(kù)的支撐點(diǎn)，共2個(gè)，分別在前支撐架和后支撐架的中心處，兩點(diǎn)共同支撐起整個(gè)車庫(kù)，并完成車庫(kù)的旋轉(zhuǎn)，因此這兩處的支撐結(jié)構(gòu)非常重要。 經(jīng)估算，該立體車庫(kù)最大尺寸直徑約為12m，若采用心軸支撐，按照彎扭組合應(yīng)力分析方法估算，心軸直徑至少為500mm，長(zhǎng)約6m，無(wú)論從加工及制造工藝，還是從軸承選配與支撐方面，都是比較難實(shí)現(xiàn)的，而且安全性也很難保證，因此必須探索更先進(jìn)的支撐方式。旋轉(zhuǎn)中心第13頁(yè)/共34頁(yè)研究對(duì)象和設(shè)計(jì)方法回轉(zhuǎn)中心支撐結(jié)構(gòu)：回轉(zhuǎn)中心支撐結(jié)構(gòu)： 分析現(xiàn)有裝備，我們發(fā)現(xiàn)，建筑機(jī)械和工程機(jī)械中的各種起重機(jī)、軍事機(jī)械中的坦克等均采用回轉(zhuǎn)支承回轉(zhuǎn)支承的支撐結(jié)構(gòu)，結(jié)合回轉(zhuǎn)支承的特點(diǎn)以及本旋轉(zhuǎn)

9、吊廂式立體車庫(kù)的結(jié)構(gòu)要求和運(yùn)動(dòng)要求，考慮在回轉(zhuǎn)中心采用回轉(zhuǎn)支承?；剞D(zhuǎn)支撐經(jīng)分析，本課題所設(shè)計(jì)的立體車庫(kù)的回轉(zhuǎn)系統(tǒng)需豎直放置，主要承受較大徑向載荷，并要求有較高抗側(cè)風(fēng)和抗震能力，結(jié)合工程實(shí)際，本設(shè)計(jì)采用單排四點(diǎn)接觸球式回轉(zhuǎn)支承軸承，其工作類型選擇中型，即 取1.151.30，具體型號(hào)需根據(jù)具體工程實(shí)際進(jìn)一步計(jì)算選型。第14頁(yè)/共34頁(yè)研究對(duì)象和設(shè)計(jì)方法兩側(cè)支撐架結(jié)構(gòu)：對(duì)于本項(xiàng)設(shè)計(jì)來講，主體支撐架的結(jié)構(gòu)是設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，因?yàn)槲覀円诒ＷC旋轉(zhuǎn)支撐結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和可靠性的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)正面進(jìn)出車的功能。這里需解釋一下正面進(jìn)出車正面進(jìn)出車的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)于立體車庫(kù)來講，存、取車方便快捷是一個(gè)很重要的指標(biāo)，如圖所示，能做

10、的紅圈所示的四個(gè)車位（或三個(gè)車位）同時(shí)進(jìn)出車，便能滿足此立體車庫(kù)的進(jìn)出車效率要求。第15頁(yè)/共34頁(yè)研究對(duì)象和設(shè)計(jì)方法存在的問題：存在的問題：如圖右所示支撐架結(jié)構(gòu)，這是一種最穩(wěn)定的桁架結(jié)構(gòu)，若前后兩側(cè)支撐架（B架和F架）均采用這種結(jié)構(gòu)，那無(wú)疑是一種經(jīng)典且牢靠的結(jié)構(gòu)。但是，由于該項(xiàng)設(shè)計(jì)是正面（F架）進(jìn)出車，若F架也采用右圖中支撐架的結(jié)構(gòu)，由于支撐架桿件的阻礙作用，任何車輛都無(wú)法在地面上進(jìn)出車，這顯然存在一種矛盾矛盾。因此，需對(duì)前支撐架F的支撐桿件的分分布及結(jié)構(gòu)布及結(jié)構(gòu)進(jìn)行多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)，在保證盡可能多的車輛能同時(shí)進(jìn)出車庫(kù)的前提下，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、重量、變形量、成本等綜合參數(shù)的最優(yōu)效果。注：這里所

11、指的F架架是車輛正面進(jìn)出的支撐架，是本項(xiàng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)，下面予以重點(diǎn)介紹。第16頁(yè)/共34頁(yè)研究對(duì)象和設(shè)計(jì)方法 設(shè)計(jì)方法 本課題所采用的方法是基于有限元結(jié)構(gòu)分析的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。 現(xiàn)代化的設(shè)計(jì)工作已不再是過去那種單憑借經(jīng)驗(yàn)或直觀判斷來確定結(jié)構(gòu)方案，也不像過去“安全壽命可行設(shè)計(jì)”方法那樣，而是借助電子計(jì)算機(jī)和相關(guān)軟件，應(yīng)用一些精度較高的力學(xué)數(shù)值分析方法（如有限元法等），實(shí)現(xiàn)用理論設(shè)計(jì)代替經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)，用精確計(jì)算代替近似計(jì)算，用優(yōu)化設(shè)計(jì)代替一般的安全壽命的可行性設(shè)計(jì)。 在科學(xué)技術(shù)發(fā)展要求機(jī)械產(chǎn)品更新周期日益縮短的今天，把優(yōu)化設(shè)計(jì)方法與計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)結(jié)合起來，使設(shè)計(jì)過程完全自動(dòng)化，已成為設(shè)計(jì)方法的一個(gè)重要

12、發(fā)展趨勢(shì)。本課題既是運(yùn)用UG NX 7.5有限元CAE設(shè)計(jì)對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及其優(yōu)化設(shè)計(jì)。第17頁(yè)/共34頁(yè)研究對(duì)象和設(shè)計(jì)方法 前支撐架F架的設(shè)計(jì)過程1、F架結(jié)構(gòu)要求 根據(jù)前面的分析，前支撐架F架的結(jié)構(gòu)具有支撐吊廂、進(jìn)出車輛、旋轉(zhuǎn)換位等多重功用，尤其是進(jìn)出車輛功用，直接決定了F架結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性。 由于本旋轉(zhuǎn)吊廂式立體車庫(kù)是通過旋轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn)立體停車的功能的，因此，整體或局部結(jié)構(gòu)的質(zhì)量是一個(gè)非常重要的設(shè)計(jì)指標(biāo)，直接或間接影響了整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、停放車輛安全、總體成本、使用能耗等諸多指標(biāo)。例如，在保證強(qiáng)度的前提下，外緣質(zhì)量越小，旋轉(zhuǎn)能耗越小，變形也越小。 F架屬于本立體車庫(kù)的正面，從美觀角度講，F(xiàn)架結(jié)構(gòu)更約

13、規(guī)則對(duì)稱，桿件布局越合理，外形美觀度就越高，產(chǎn)品的銷售就會(huì)越好。第18頁(yè)/共34頁(yè)研究對(duì)象和設(shè)計(jì)方法 前支撐架F架的設(shè)計(jì)過程2、F架結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì) 根據(jù)前面所敘述的，F(xiàn)架不可以采用右圖所示的桁架結(jié)構(gòu)，需要細(xì)致分析其中存在的矛盾，有針對(duì)性地提出新的結(jié)構(gòu)方案。F架的總體設(shè)計(jì)思路如下： 初選進(jìn)出車位置，分析結(jié)構(gòu)干涉情況，確定主支撐桿件； 利用結(jié)構(gòu)間隙，構(gòu)建剩余吊廂支撐桿件，完成F架骨架； 利用結(jié)構(gòu)間隙，增設(shè)桿件、加強(qiáng)筋等加強(qiáng)元件，生產(chǎn)F架雛形； 對(duì)F架進(jìn)行工況及受力分析，確定影響結(jié)構(gòu)參數(shù)的關(guān)鍵工況。第19頁(yè)/共34頁(yè)研究對(duì)象和設(shè)計(jì)方法 前支撐架F架的設(shè)計(jì)過程 設(shè)計(jì)過程圖解：確定主支撐桿件確定結(jié)構(gòu)間隙

14、確定待支撐吊廂第20頁(yè)/共34頁(yè)研究對(duì)象和設(shè)計(jì)方法 前支撐架F架的設(shè)計(jì)過程 設(shè)計(jì)過程圖解：第21頁(yè)/共34頁(yè)研究對(duì)象和設(shè)計(jì)方法 前支撐架F架的設(shè)計(jì)過程 設(shè)計(jì)過程圖解：這種狀態(tài)下可允許3輛車同時(shí)進(jìn)出，雖然比原來選定的進(jìn)出4輛車少了一輛，但是，鑒于結(jié)構(gòu)穩(wěn)固性和實(shí)際使用的綜合考慮，這種方案已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了立體車庫(kù)的功能。第22頁(yè)/共34頁(yè)研究對(duì)象和設(shè)計(jì)方法 前支撐架F架的設(shè)計(jì)過程 設(shè)計(jì)過程圖解：中圈B進(jìn)出車狀態(tài)內(nèi)、外圈進(jìn)出車狀態(tài)轉(zhuǎn)過30 第23頁(yè)/共34頁(yè)研究對(duì)象和設(shè)計(jì)方法 前支撐架F架的設(shè)計(jì)過程 設(shè)計(jì)過程圖解：利用結(jié)構(gòu)間隙，增設(shè)桿件、加強(qiáng)筋等加強(qiáng)元件 圖3-10 可布置范圍可布置范圍S1可布置范圍S2圖

15、中陰影所示范圍為加強(qiáng)元圖中陰影所示范圍為加強(qiáng)元件可布置范圍件可布置范圍第24頁(yè)/共34頁(yè)研究對(duì)象和設(shè)計(jì)方法 前支撐架F架的設(shè)計(jì)過程 設(shè)計(jì)過程圖解：兩個(gè)范圍求交集交集便是整個(gè)F架的加強(qiáng)元件可布置范圍，即在這個(gè)范圍內(nèi)布置任何元件都不會(huì)影響兩種進(jìn)出車狀態(tài)下車輛的進(jìn)出。至此，F(xiàn)架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的分析過程已完成。 圖3-10 可布置范圍加強(qiáng)元件可布置范圍S示意圖第25頁(yè)/共34頁(yè)研究對(duì)象和設(shè)計(jì)方法 前支撐架F架的有限元仿真設(shè)計(jì)過程 設(shè)計(jì)過程圖解： 圖3-10 可布置范圍確定F架主要結(jié)構(gòu)尺寸在UG NX 7.5中建立F架的三維主模型建立優(yōu)化處理模型第26頁(yè)/共34頁(yè)研究對(duì)象和設(shè)計(jì)方法 前支撐架F架的有限元仿真

16、設(shè)計(jì)過程 設(shè)計(jì)過程圖解：設(shè)計(jì)過程圖解： 圖3-10 可布置范圍槽鋼構(gòu)件結(jié)構(gòu)槽鋼截面尺寸優(yōu)化參數(shù)截面尺寸：寬度、高度、厚度等形狀尺寸：楔形梁的楔形度等第27頁(yè)/共34頁(yè)研究對(duì)象和設(shè)計(jì)方法 前支撐架F架的有限元仿真設(shè)計(jì)過程 設(shè)計(jì)過程圖解： 圖3-10 可布置范圍梁內(nèi)加強(qiáng)元件梁間加強(qiáng)筋示意圖第28頁(yè)/共34頁(yè)研究對(duì)象和設(shè)計(jì)方法 前支撐架F架的有限元仿真設(shè)計(jì)過程 設(shè)計(jì)過程圖解： 圖3-10 可布置范圍F架有限元仿真模型F架網(wǎng)格劃分結(jié)果示意圖第29頁(yè)/共34頁(yè)研究對(duì)象和設(shè)計(jì)方法 前支撐架F架的有限元仿真設(shè)計(jì)過程 設(shè)計(jì)過程圖解： 圖3-10 可布置范圍模型變形位移云圖（取1/6結(jié)構(gòu)體）馮氏應(yīng)力云圖（取1/

17、6結(jié)構(gòu)體）第30頁(yè)/共34頁(yè)研究對(duì)象和設(shè)計(jì)方法 前支撐架F架的有限元仿真設(shè)計(jì)過程 設(shè)計(jì)過程圖解： 圖3-10 可布置范圍最終優(yōu)化模型示意最終裝配示意圖第31頁(yè)/共34頁(yè)總結(jié) 圖3-10 可布置范圍 本文根據(jù)現(xiàn)有立體車庫(kù)方案，提出了一種新的旋轉(zhuǎn)式立體車庫(kù)的設(shè)計(jì)方案，并通過利用UG/NX三維建模和高級(jí)仿真相結(jié)合的設(shè)計(jì)手段，對(duì)新方案進(jìn)行全面分析與優(yōu)化，從理論和實(shí)踐中得出了一種新型立體車庫(kù)模型和一種具有一定綜合性的有限元仿真設(shè)計(jì)方法，這兩者均具有一定的推廣應(yīng)用價(jià)值。第32頁(yè)/共34頁(yè) 圖3-10 可布置范圍謝謝各位評(píng)委！預(yù)祝本次答辯會(huì)圓滿成功！預(yù)祝本次答辯會(huì)圓滿成功！第33頁(yè)/共34頁(yè)感謝您的觀看！第34頁(yè)/共34頁(yè)