汽车举升机结构承载能力分析Word文档下载推荐.docx

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生成、运行和监控作业…………………………………………………20

结果输出…………………………………………………………………21

第四章举升机托臂在上升到中间位置及最高位置时受力及变形情况………………………………………………………23

举升机托臂在上升到1m时的受力及变形情况………………………23

举升机托臂在上升到最大高度时的受力及变形情况…………24

第五章结果分析…………………………………………………26

5-1应力分析………………………………………………………………26

5-2变形分析………………………………………………………………26

5-3分析改进………………………………………………………………26

参考文献……………………………………………………………27

致谢…………………………………………………………………28

摘要

双柱式汽车举升机是一种汽车修理和保养单位常用的举升设备，广泛适用于汽车等小型车的维修和保养。

目前，全国生产汽车举升机的厂家较多，生产的举升机的形式也比较繁多，有双柱式举升机、四柱式举升机、剪式举升机、组合移动汽车式举升机等。

本文比较全面地介绍了举升机的分类，在确定了所要设计的举升机方案之后，针对举升机的结构及特点要求进行了设计与说明，然后分析了普通式双柱汽车举升机主立柱的界面特性，运用ABAQUS软件对举升机进行建模并对其承载能力进行详细的分析，详细介绍了有限元分析的步骤。

关键词：

普通式双柱举升机有限元ABAQUS

ABSTRACT

Dual-columnvehicleliftisacommonlyusedautomotiverepairandmaintenanceofliftingequipmentunits,widelyusedincarsandothersmallcarrepairandmaintenance.Atpresent,moreproductionofautomotiveliftmanufacturers,productionisalsomorevarietyintheformoflift,adouble-columnlifts,fourpostlifts,scissorlift,thecombinationofmobilevehicleweightliftinglmachines.Thisarticleintroducesamorecomprehensiveclassificationoflift,indeterminingtheliftoftheprogramtobedesignedafterthestructureandcharacteristicsfortheliftrequirementsforthedesignanddescription,andthenanalyzesthegeneralstyledouble-columnvehicleliftmachineinterfacecharacteristicsofthemaincolumn,theuseofABAQUSsoftwaretoliftthebearingcapacitymodelandadetailedanalysis,detailedfiniteelementanalysisprocedure.

Keywords:

ordinarytype;

doublecolumnlift;

finiteelement;

ABAQUS

第一章绪论

设计的依据及意义

进入21世纪，随着近几年我国的汽车行业发展，汽车举升机作为汽车保养产品的一种，在汽车维修行业有广泛的应用，也有了适用于室内和室外实现对轿车的维修，装配，检测，清洗和停车。

举升机在汽车维修养护中发挥着至关重要的作用，无论整车大修，还是小修保养，都离不开它。

在规模各异的维修养护企业中，无论是维修多种车型的综合类修理厂，还是经营范围单一的街边店（如轮胎店），几乎都配备有举升机。

举升机的重要性和普及性，决定了它是一种备受专业人士和经营管理者重视的设备。

而随着我国汽车数量的巨增，作为维修保养的须具备的一种工具，举升机有广泛的市场和应用前途。

私人购买成为购车的主流，售后市场也将得到蓬勃发展，举升机在未来的需求量也将不断增加，据业内专家预测，在未来三年内，举升机市场将维持在8％～12％的增长率。

因此，设计出一款简单实用的举升机有很大利润，也能增加汽车维修行业的工具，减少汽车维修工人体力劳动，增加维修效率。

汽车举升机的分类

汽车举升机产品种类较多，提升动力一般有液压和机械两种形式，有的二次举升采用气动。

结构类型有单柱式，双柱式，四柱式和剪式等结构（如图），双柱式有的采用门式结构，有的四柱式举升机作为四轮定位设备配套使用，剪式举升机一般为移动式的。

而选择单柱、双柱还是四柱的举升机，或是选择立式、剪式、平板式还是子母式，或是几种类型相结合的举升机，主要是根据车间结构布局和维修中的具体需要来确定，比如举升机在车间的占地面积和高度，举升机在维修和养护中的具体用途，以及是否要与四轮定位仪配套使用等。

而汽车举升机的发展趋势也将朝着自动化，智能化发展。

机械式举升机基本被液压式举升机取代。

对汽车保养行业而言，举升机一定要安全可靠、维护简单，否则在一定程度上会影响工作效率。

而传统的机械式举升机安全性较差，所需的维护工作较多，被液压式举升机取代也是大势所趋。

据有人调查，访谈举升机生产厂商，全部转向了当前主流产品即液压式举升机，它具有安全性能好、维护周期长以及工作效率高等优点。

产品智能化将不断提高。

随着技术的发展，举升机在设计方面越来越智能化和人性化，将会向遥控、电脑控制方向发展。

同时随着技术的不断成熟，其标准也将逐步统一化。

技术先进、质量稳定的产品将占领市场。

其总的来说分类表如下表：

表举升机的分类

研究思路及方法

本课题主要是通过ABAQUS软件分析汽车举升机在举升过程中各个高度的受力变形情况，从而进一步了解举升机的性能。

在本课题中，第一步利用Part模块完成举升机的三维建模，并利用Property模块定义材料参数和截面性质。

第二步利用Assembly模块组装模型，生成装配件。

第三步利用Step模块安排分析次序，提出输出要求。

第四步利用Load模块施加载荷和边界条件。

第五步利用Mesh模块对轴承座进行有限元网格划分。

第六步利用Job模块生成一个作业并提交分析。

第七步利用Visualization模块观察分析结果。

第二章ABAQUS技术

ABAQUS简介

ABAQUS是一套功能强大的基于有限元法的工程模拟软件，其解决问题的范围从相对简单的线性分析到最富有挑战性的非线性模拟问题。

ABAQUS具备十分丰富的、可模拟任意实际形状的单元库。

并与之对应拥有各种类型的材料模型库，可以模拟大多数典型工程材料的性能，其中包括金属、橡胶、高分子材料、复合材料、钢筋混凝土、可压缩弹性的泡沫材料以及岩石和土这样的地质材料。

作为通用的模拟分析工具，ABAQUS不仅能解决结构分析中的问题（应力/位移），还能模拟和研究各种领域中的问题，如热传导、质量扩散、电子元器件的热控制（热一电耦合分析）、声学分析、土壤力学分析（渗流——应力耦合分析）和压电介质力学分析。

ABAQUS为用户提供了广泛的功能，且使用起来又十分简明。

最复杂的问题也可以很容易地建立模型。

例如复杂的多部件问题可以通过对每个部件定义材料模型和几何形状，然后再把它们组装起来而构成。

在大部分模拟分析问题中，甚至在高度非线性问题中，用户也只需要提供结构的几何形状、材料性能、边界条件和荷载工况这样的工程数据就可以进行分析。

在非线性分析中，ABAQUS能自动选择合适的荷载增量和收敛精度。

不仅能选择这些参数值，而且能在分析过程中不断地调整参数来保证有效地得到高精度的解，很少需用户去定义这些参数。

ABAQUS分析模型的组成

ABAQUS模型通常由若干不同的部件组成，它们共同描述了所分析的物理问题和所得到的结果。

一个分析模型至少要具有如下的信息：

几何形状、单元特性、材料数据、荷载和边界条件、分析类型和输出要求。

几何形状

有限单元和节点定义了ABAQUS要模拟的物理结构的基本几何形状。

每一个单元都代表了结构的离散部分，许多单元依次相连就组成了结构，单元之间通过公共节点彼此相互连结，模型的几何形状由节点坐标和节点所属单元的联结所确定。

模型中所有的单元和节点的集成称为网格。

通常，网格只是实际结构几何形状的近似表达。

网格中单元类型、形状、位置和单元的数量都会影响模拟计算的结果。

网格的密度越高（在网格中单元数量越大），计算结果就越精确。

随着网格密度增加，分析结果会收敛到唯一解，但用于分析计算所需的时间也会增加。

通常，数值解是所模拟的物理问题的近似解答，近似的程度取决于模型的几何形状、材料特性、边界条件和载荷对物理问题的仿真程度。

单元特性

ABAQUS拥有广泛的单元选择范围，其中许多单元的几何形状不能完全由它们的节点坐标来定义。

例如，复合材料壳的叠层或工字型截面梁的尺度划分就不能通过单元节点来定义。

这些附加的几何数据由单元的物理特性定义，且对于定义模型整体的几何形状是非常必要的。

材料数据

对于所有单元必须确定其材料特性，然而高质量的材料数据是很难得到的，尤其是对于一些复杂的材料模型。

ABAQUS计算结果的有效性受材料数据的准确程度和范围的限制。

加载和边界条件

加载使结构变形和产生应力。

大部分加载的形式包括：

·

点载荷

表面载荷

体力，如重力

热载荷

边界条件是约束模型的某一部分保持固定不变（零位移）或移动规定量的位称（非零位移）。

在静态分析中需要足够的边界条件以防止模型在任意方向上的刚体移动；

否则，在计算过程中求解器将会发生问题而使模拟过程过早结束。

在计算过程中一旦查出求解器发生了问题，ABAQUS将发出错误信息，非常重要的一件事情是，用户要知道如何解释这些ABAQUS发出的错误信息。

如果在静态应力分析时看见警告信息“numericalsingularity”（数值奇异）或“zeropivot”（主元素为零），必须检查模型是否全部或部分地缺少限制刚体平动或转动的约束。

在动态分析中，由于结构模型中的所有分离部分都具有一定的质量，其惯性力可防止模型产生无限制的瞬时运动，因此，在动力分析时，求解过程中的警告通常提示其它的问题，如过度塑性问题。

分析类型

大多数模拟问题的类型是静态分析，即在外载作用下获得结构的长期响应。

在有些情况下，可能令人感兴趣的是加载结构的动态响应：

例如，在结构部件上突然加载的影响，像冲击载荷的发生，或在地震时建筑物的响应。

ABAQUS可以实现许多不同类型的模拟，但是这本指南只涵盖两种最一般的分析类型：

静态和动态的应力分析。

输出要求

ABAQUS的模拟计算过程会产生大量的输出数据。

为了避免占用大量的磁盘空间，用户可限制输出数据的数量，只要它能说明问题的结果即可。

通常用ABAQUS/CAE作为前处理工具来定义构成模型所必需的部件。

ABAQUS/CAE简介

ABAQUS/CAE是ABAQUS进行操作的完整环境，在这个环境中，可提供简明，一致的界面来生成计算模型，可交互式地提交和监控ABAQUS作业，并可评估计算结果。

ABAQUS/CAE分为若干个功能模块，每一个功能模块定义了建模过程中的一个逻辑方面；

例如，定义几何形状、定义材料性质、生成网格等等。

通过功能模块到功能模块之间的切换，同时也就完成了建模。

一旦建模完成，ABAQUS/CAE会生成一个输入文件，用户可把它提交给ABAQUS/Standard或ABAQUS/Explicit求解器。

求解器读入输入文件进行分析计算，同时发送信息给ABAQUS/CAE以便对作业的进程进行监控，并产生输出数据。

最后，用户可使用可视化模块阅读输出数据，观察分析结果。

用户与ABAQUS/CAE交互时，会产生一个命令执行文件，它用命令方式记录了操作的全过程。

ABAQUS/CAE功能模块

Part（部件）

用户在Part模块里生成单个部件，可以直接在ABAQUS/CAE环境下用图形工具生成部件的几何形状，也可以从其它的图形软件输入部件。

Property（特性）

截面（Section）的定义包括了部件特性或部件区域类信息，如区域的相关材料定义和横截面形状信息。

在Property模块中，用户生成截面和材料定义，并把它们赋于（Assign）部件。

Assembly（装配件）

所生成的部件存在于自己的坐标系里，独立于模型中的其它部件。

用户可使用Assembly模块生成部件的副本（instance），并且在整体坐标里把各部件的副本相互定位，从而生成一个装配件。

一个ABAQUS模型只包含一个装配件。

Step（分析步骤）

用户用Step模块生成和配置分析步骤与相应的输出需求。

分析步骤的序列提供了方便的途径来体现模型中的变化（如载荷和边界条件的变化）。

在各个步骤之间，输出需求可以改变。

Interaction（相互作用）

在interaction模块里，用户可规定模型的各区域之间或模型的一个区域与环境之间的力学和热学的相互作用，如两个表面之间的接触关系。

其它的相互作用包括诸如绑定约束，方程约束和刚体约束等约束。

若不在Interaction模块里规定接触关系，ABAQUS/CAE不会自动识别部件副本之间或一个装配件的各区域之间的力学接触关系。

只规定两个表面之间相互作用的类型，对于描述装配件中两个表面的边界物理接近度是不够的。

相互作用还与分析步相关联，这意味着用户必须规定相互作用所在的分析步。

Load（载荷）

在Load模块里指定载荷，边界条件和场。

载荷与边界条件跟分析步相关，这意味着用户必须指定载荷和边界条件所在的分析步。

有些场变量与分析步相关，而其它场变量仅仅作用于分析的开始。

Mesh（网格）

Mesh模块包含了有限元网格的各种层次的自动生成和控制工具，从而用户可生成符合分析需要的网格。

Job（作业）

一旦完成了模型生成任务，用户便可用Job模块来实现分析计算。

用户可用Job模块交互式地提交作业、进行分析并监控其分析过程，可同时提交多个模型进行分析并进行监控。

Visualization（可视化）

可视化模块提供了有限元模型的图形和分析结果的图形。

它从输出数据中获得模型和结果信息，用户可通过Step模块修改输出需求，从而控制输出文件的存贮信息。

Sketch（绘图）

在ABAQUS/CAE中，先绘出二维的轮廓线有助于生成部件的形状。

用Skcteh模块可直接生成平面部件，生成梁或一个子区域，也可以先生成二维轮廓线，然后用拉伸、扫掠、旋转的方式生成三维部件。

汽车举升机的承载能力分析会将按次序进入以下功能模块进行操作：

Part

绘制三维维几何形状，并生成框架部件

Property

定义材料参数和框架的截面性质

Assembly

组装模型，生成装配件。

Step

安排分析次序，提出输出要求

Load

施加载荷和边界条件

Mesh

对框架进行有限元网格剖分

Job

生成一个作业并提交分析

Visualization

观察分析结果

附：

双柱汽车举升机简化CAD图

图2-1举升机整体图

第三章举升机托臂在底部时受力及变形情况

简化处理：

此设计重在分析其承载能力，所以很多细节都做了简化

（1）省略了举升机的驱动装置——液压系统

（2）非对称式托臂的结构进行较规则的对称简化处理

（3）整个结构采用焊接，忽略了螺钉等连接的受力情况

（4）受力均匀

启动ABAQUS/CAE

要启动ABAQUS/CAE则键入

abaquscae

在操作系统中，abaqus是一条命令，它在用户的系统中运行ABAQUS。

下一步是从出现的StartSession对话框中选择CreatModelDatabase。

定义模型的几何形状

建立模型的第一步总是定义它的几何形状，首先建立举升机立柱的三维变形实体。

其步骤是先绘制出举升机立柱的二维轮廓图，然后进行拉伸。

再通过Createsolid:

Extrude命令绘制其他部件的二维图，并进行拉伸。

在建模前需要确定使用哪种量纲，建议用米、秒和千克的SI量纲，但如果愿意使用另一种量纲也可以，我们这里使用SI量纲。

创建部件

1.从工具栏的Module表中选择Part项进入部件（Part）模块。

2.从主菜单栏中选择PartCreate来创建一个新部件。

部件命名为jushengji，并接收CreatePart对话框中三维、变形实体和拉伸基本特征的默认设置，在Approximatesize文本栏中键入，点击Continue退出CreatePart对话框。

3．用图3-1中给定的尺寸绘制连接环的轮廓图，可用下面的方法：

a．使用绘图工具栏右上角的CreateLine:

Connected工具，创建如图所示的轮廓，然后使用AddDimension工具按照图中的尺寸进行尺寸标注，修改。

b.使用CteateIsolatedPoint工具，在距离图最左端处任一位置画一个点，并使用CreateConstruction:

VerticalLineThruPoint工具过此点做一条辅助线。

然后使用Mirror工具将图3-1轮廓通过上面的辅助线进行镜像操作。

图3-1立柱轮廓

c.完成绘制轮廓图后，在提示区点击Done，EditBaseExtrusion对话框弹出，为了完成部件的定义，必须给出轮廓拉伸的长度。

d.在对话框中键入拉伸长度，点击OK退出ABAQUS/CAE绘图环境，并显示部件。

4.生成立柱底部的固定部分的拉伸

a.使用Createsolid:

Extrude工具在立柱底部添加底座，选择底面，然后选择底面的任一条边，进入二维绘图模块，绘制底座轮廓，在另一个立柱的底面绘制同样的图。

b.完成绘制轮廓图后，，在提示区点击Done，EditBaseExtrusion对话框弹出，在对话框中键入拉伸长度，点击Flip,选择拉伸方向为向上，点击OK退出ABAQUS/CAE绘图环境，并显示部件。

4.绘制立柱顶部覆盖面

a.在立柱顶部添加覆盖面，使用Createsolid:

Extrude工具，选择顶面，然后选择顶面的任意一条边，进入编辑模块，完成立柱顶面的绘制，同样在另一个立柱绘制同样的图形。

b.完成绘制轮廓图后，在提示区点击Done，EditBaseExtrusion对话框弹出，在对话框中键入拉伸长度，点击Flip,选择拉伸方向为向下，点击OK退出ABAQUS/CAE绘图环境，并显示部件。

5.绘制工字梁

a.在立柱顶部添加工字梁，使用Createsolid:

Extrude工具，选择立柱顶面，选择任意一条边，进入编辑模块，绘制工字梁底面轮廓。

完成绘制轮廓图后，在提示区点击Done，EditBaseExtrusion对话框弹出，在对话框中键入拉伸长度，，点击OK退出ABAQUS/CAE绘图环境，并显示部件。

b.使用Createsolid:

Extrude工具选择顶部面，选择任意一条边，进入编辑模块，绘制工字梁中间部位轮廓。

c.使用Createsolid:

Extrude工具选择顶部面，选择任意一条边，进入编辑模块，绘制工字梁顶面轮廓。

6．绘制最低位置情况下的托臂

（1）绘制左托臂

a.使用Createsolid:

Extrude工具，绘制托臂中间部分轮廓，完成绘制轮廓图后，在提示区点击Done，EditBaseExtrusion对话框弹出，在对话框中键入拉伸长度，点击flip，将拉伸方向改为向外，点击OK退出ABAQUS/CAE绘图环境，并显示部件。

b.使用Createsolid:

Extrude工具，绘制托臂两侧部分轮廓，完成绘制轮廓图后，在提示区点击Done，EditBaseExtrusion对话框弹出，在对话框中键入拉伸长度，点击OK退出ABAQUS/CAE绘图环境，并显示部件。

c.使用Createsolid:

Extrude工具，选择托臂的上表面及任一条边，进入绘图模块，绘制托臂端部轮廓绘制，完成绘制轮廓图后，在提示区点击Done，EditBaseExtrusion对话框弹出，在对话框中键入拉伸长度，点击flip，点击OK退出ABAQUS/CAE绘图环境，并显示部件。

（2）绘制右托臂，与左托臂绘制方法完全相同。

双柱举升机的简单三维模型就建成了如图3-2：

图3-2举升机三维图

定义材料和截面属性

建立模型的下一步包括给部件定义材料和截面属性并赋于部件，变形体的每个区域必须给定一个含有材料定义的截面属性。

在举升机模型中，选择材料为铸钢，其弹性模量E=200GPa，泊松比=。

定义材料属性

1．从工具栏的Module列表中选择Property进入属性模块.

2．从主菜单中选择MaterialCreate创建一个新材料的定义，并命名为

Material-1，点击Continue。

3．在弹出的EditMaterial对话框中选择Mechanical--Elasticity--Elastic，在Young'