机械式立体停车设备有限元分析.pdf

机电工程技木2011年第40卷第(04期
制造业信息化
机械式立体停车设备有限元分析
戴紫孔
(长沙有色治金设计研究院,湖南长沙410011)
摘要:以升降横移式立体车库为研究对象,利用NX- -Ideas软件对立体车库的主要结构件在雪荷载工况下进行了静力学分析。对立
体车库轮轨接触的弹性与弹塑性进行了有限元分析。在满足强度、刚度和稳定性的基础上,对台板进行了优化设计。通过优化分
析,减轻了台板的重量,减少了钢材的消耗,降低了制造成本
关键词:立体车库;主要结构件;轮轨接触;有限元分析;设计优化
中图分类号:TP391.72
文献标识码:A文章编号:1009-9492(2011)04-0053-04
1引言
为2。根据《建筑结构荷载规范》计算得立体车位承受的
利用机械来存取停放车辆的整个停车设施叫做机械式
雪荷载为4kN
停车库,以立体化存放的机械式停车库叫做机械式立体停
车库。机械式立体车库经过几十年的发展,已广泛地应用
台板立柱
于各大城市。立体车库是一个复杂、高冗余度的空间钢结
台板
构系统,其在使用寿命期内承受自重载荷,起重载荷以及
存取汽车时对结构系统产生的动载荷影响。另外,当结构
高度超过一定范围时,风荷载、雪荷载、地震载荷的作用
立柱
轨道
都将非常突出,因而在设计优化阶段必须考虑所有载荷以
及结构的抗风、抗雪和抗震能力。由于各结构在系统内所
起的作用和重要性不同,对各钢结构系统的可靠度要求也
移动箱体
不一样,因此,客观上要求对钢结构系统的可靠性进行全
轨枕
面系统的分析研究和优化设计,从而使结构获得更高的安
左前移动
全性、良好的使用性、较高的经济性,达到结构系统可靠
左后移动
支架
性与经济性的最优匹配2。
支架
本文通过有限元分析软件对立体车位的重要结构部件
包括台板、立柱、台板立柱、移动箱体、移动支架等部件
图1立体车位的三维模型
进行雪荷载工况下的静力学分析。升降、移动滚轮的接触
及局部应力的有限元计算。根据分析结果对台板的结构进
2.1台板的强度分析
行了优化设计。
台板应力应变云图如图2和图3所示,从图中可以看
2主要结构件的有限元分析
出,雪荷载发动机前置车型工况,台板的最大应力为
利用三维软件Pro/E4.0建立分析对象的三维模型,见
453MPa,位于台板与台板立柱连接处,最大应变为
图1。通过接口将立体车位的实体模型导入NX- Ideas软件
22.2mm
中,并在此基础上对立体车位的实体模型进行几何清理、2.2合板立柱的强度分析
网格划分等操作以建立立体车位的有限元模型1。本分析
台板立柱应力云图如图4所示,从图中可以看出,在
采用十节点四面体单元,材料为60钢,弹性模量E
雪荷载的发动机前置车型工况下,立体车库台板立柱的最
2.068e11Pa,泊松比μ=0.29,密度p=7820kg/m2。假设载荷
大应力为685MPa。
收稿日期:2011-03-01
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制造业信息化
机史工程技术2011年第40卷第()4期
图2台板应力云图
图3台板应变云图
Diaplay a
B.C. A STRS3 3 LOAD SET I
4.70E+0s
160t+0s
Ma aasr ars te
,9+05
Mint 0.008400 F
2。12E+0
.20405
1,000s
1.63=405
4,47EC
4,00404
6。s4m04
490E404
327E+04
图4台板立柱应力云图
图5立柱应力云图
2.3立柱的强度分析
雪荷载的发动机前置车型工况下,移动箱体的最大应力为
立柱应力云图如图5所示,从图中可以看出,在雪荷
278MPA
载的发动机前置车型工况下,立体车库立柱的最大应力为
2.5移动支架的强度分析
327MPa。
移动支架应力云图如图7所示,从图中可以看出,在
雪荷载的发动机前置车型工况下,移动支架的最大应力为
42OMPa。
1,0305
1. 908405
D. C. 4.STRE33 0LOAD SET 1
,60E405
1,00s
L50E+0
8,04o4
7,0B4
图6移动箱体应力云图S
1,00404
2.4移动箱体的强度分析
移动箱体应力云图如图6所示,从图中可以看出,在
图7移动支架应力云图
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制造业信息化
2.6防坠落机构的强度分析
防坠落机构应力云图如图8所示,从图中可以看出,
在雪荷载的发动机前置车型工况下,防坠落机构的最大应
力为408MPa。
190205
1,0E05
C.1,雪5_, LOAD SET
1708+05
(a)加载20%(b)加载40%
(c)加载60%
L, 6OF+0
B,e,1
1,403
MENT AT
MHin1,09E-02M129400
,10E0s
0.00E.04
7,0E404
6,00E+4
3,00404
(d)加载80%(e)100%(f)随荷载变化的法向接触力
0,0"Q
图10轮轨弹性接触的法向力分布图
图8防坠落机构应力云图
2.7小结
立体车位各重要结构部件的材料为60钢,其弹性模
量为210000MPa,屈服应力为745MPa,许用应力大约为
630MPa,从前面几节的分析结果可以看到,各部件最大应
カ基本小于材料的许用应力,满足安全要求。
3立体车库轮轨接触的弹性与弹塑性有限元
(a)纵向断面(b)a-a断面应力(e)断面应力(2m)
分析
fie
3.1有限元模型的建立
建立轮轨接触有限元模型如图9所示。
(d)断面应力(4mm)(e)断面应力(6mm)(f)断面应力(8mm)
图11轮轨弹性接触的 Mises应力分布
3.3轮轨接触的弹塑性计算结果分析
3.3.1轮轨弹塑性接触力
经分析得到轮轨弹塑性接触的法向力分布图如图12
所
3.3.2轮轨应力
图13沿钢轨长度方向给出了满载时接触斑范围内5
图9轮轨接触的有限元模型
个轮轨横断面的 Mises应力分布。
3.2轮轨接触的弹性计算结果分析
3.4小结
3.2.1轮轨弹性接触力
分析结果表明,满载时按弹塑性材料模型计算得到的
经分析得到轮轨弹性接触的法向力分布图如图10所
结果与实际使用情况相吻合。在弹塑性材料模型分析中,
接触应力的增长与载荷增长呈现出抛物线型的关系,轮轨
3.2.2轮轨应力
未被破坏。因此,从强度角度看,现行的立体车库钢轨在
图11沿钢轨长度方向给出了满载时接触斑范围内5
恶劣的天气下能够承载2吨以下轿车室外正