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        有限元法在結構件強度分析中的應用

        發布于:2016-02-27 21:45
        強度分析

              傳統的艦載電子設備結構設計包括設計、制造、試驗及改進等過程,且關鍵件、重要件多是根據經驗進行設計,很少進行強度分析力學計算。這種設計方法存在的問題有:1)設計時間過長,2)結構件整體強度設計過于保守,而局部區域強度又不足。近年來,隨著CAD/CAM/CAE的推廣,以有限元分析法為核心的通用結構分析軟件己逐漸被應用。這樣,不僅可以縮短設計周期,提高效率,而且有利于優化零部件的結構、材料性能,提高設計的可靠性。本研究以定型模蓋板的設計為例,應用IDEAS軟件的有限元分析模塊建立了有限元模型,模擬蓋板的受力情況,驗證蓋板的設計是否滿足工作要求。給出了某定型模蓋板的幾何模型,長780mm,寬170mm,高35mm。
              蓋板的變形是小變形、小應變問題,屬于彈性力學研究的范疇,因此,可以用彈性空間問題有限元理論對其進行應力分析。有限元法分析計算的基本步驟可歸納如下:將彈性體離散成有限個微分體dz,任取一個來研究應力與應變的關系。彈性體在載荷的作用下,表bb體內任一點的應力狀態可由6個應力分量,模型如圖來表示。其中表示剪應力。微分體的力學所示。根據彈性力學,彈性體內任何一點處的應力、應在已建立的各個單元剛度方程的基礎上,集成得到整體剛度方程,進行整體結構分析,集成遵循的原則是各相鄰單元在共同節點處具有相同的位移。
              蓋板與定型模、蓋板與腳板分別通過螺釘連接,腳板固定在工作臺滑道上。主要受力情況有:1)來自定型模的重力。蓋板上裝有三塊定型模,總重量約為150kg,2)塑料熔體在成型過程中,與定型模內腔之間的摩擦導致定型模、蓋板、腳板三者間的連接螺釘受到剪切力作用,根據力的傳遞,蓋板上螺釘孔內壁受到壓力作用。由于后者較小,不是影響分析結果的主要因素,因此,在建立有限元模型時,暫不考慮螺釘連接,認為零件是固定連接。工況如圖所示。在對蓋板進行有限元建模前,首先根據工況將對分析影響不大的特征,諸如:蓋板與定型模、蓋板與腳板之間的安裝孔,小的倒角、倒圓抑制,因為這些特征的存在會使分析過程變得復雜。
              邊界條件的處理蓋板的材料選用合金鋼2Cr13,其彈性模量E=210GPa,泊松比u=0.25。在材料屬性命令下,輸入上述數據,完成材料屬性定義。定型模作用于蓋板上的載荷,可簡化為沿蓋板長度方向與之接觸的蓋板表面三個區域的均勻載荷。每個區域為一段,每段240mm,三段間隔如圖所示。約束加在蓋板與腳板的接觸面上。根據工況分析,將兩者之間的連接看成固定連接,則對接觸面施加全約束,限制蓋板的6個自由度。蓋板零件是一個實體,為了便于施加載荷和約束,根據工況事先用Partition命令將蓋板區分成若干塊。載荷和約束情況如圖所示。有限元網格劃分的好壞,直接影響計算結果的有效性和精度。
              劃分網格的方法有很多,諸如自由網格、映射網格、區域網格劃分等,每種方法各有利弊?紤]到蓋板結構比較復雜,這里選用自由網格劃分技術。蓋板上所有節點和單元都是由計算機根據幾何模型的特征自行計算的,所達到的精度滿足要求,并且運算速度相對較快,不易出錯。


                                                                                          專業從事機械產品設計│有限元分析│強度分析│結構優化│技術服務與解決方案
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