舱体保持架分析及优化
发布时间：2021-07-04 16:17
基于NX Nastran软件以及舱体保持架的结构特点,采用梁、板、实体、质量点等多种单元创建该构件的有限元模型。使用该模型计算出通信舱保持架的变形量及最大应力,并结合实验从变形的角度验证了模型计算精度。基于仿真结果寻找出刚度较小的框架部位及应力集中点,进行结构优化并分析验证,结果表明,改进后的框架结构刚度、强度显著提高。这种多单元混合建模的方式可广泛应用于大型结构件的设计、优化等工作中,对结构方案的制定及改进提供指导依据。
【文章来源】：机械强度. 2016,38(01)北大核心CSCD
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
保持架3维图
瞻宀闹室月?1060代替。所涉及的材料性能如表1所示。Nastran单元库大致包含5类单元:0维，1维，2维，3维单元以及特殊属性单元(如刚体单元、接触单元、焊接单元等)［5］711－714［6］46－81。除实体单元外，其余单元均为对实体单元的简化，适用于不同形状及属性构件的建模，可在保证计算精度的基础上，大幅减少计算成本。此处根据通信舱保持架的结构特点，选用Beam单元(1维)、Plate单元(2维)、Solid单元(3维)建立模型。其中Beam单元为一种较为关键的单元，在该模型中大量采用。保持架外部框架采用为矩形空芯梁，如图2所示。其截面参数及主要性能如下:表1材料性能Tab．1Materialmechanicalperformance材料Materials弹性模量Elasticity/GPa泊松比Poisson’sratio屈服强度Yieldstress/MPa密度Density/(g/cm3)106068.950.3327.62.71606368.300.33502.692A12H72.400.33752.78图2矩形空芯梁截面Fig．2Rectangularhollowcrossbeam内部边长:bi=b－2t2，hi=h－2t1截面积:A=bh－bihiz轴惯性矩:Izz=bh312－bih3i12y轴惯性矩:Iyy=hb312－hib3i12抗扭惯性矩:J=2t1t2(h－t1)2(b－t2)2ht1+bt2－t21－t22其中，C、D、E、F为截面关键应力恢复点。内部通信舱多为板状结构，采用plate单元建模;连接件为不形状不规则构件，此处采用solid单元建模;外部框架为矩形管状结构，故框架采用beam单元建模［8］。其中框架结构有两种截面，100mm×100mm方梁，厚度3.5mm;90mm×60mm矩形梁，厚度3mm。而板状结构有多种，根据板厚不同，分别设定不同的属性参数。各种构件对应的单元属性详见表2。2
e/mm板厚Platethickness/mmBeamBeam_100×1006063南片北片Northandsouthframe3.5100100—Beam_90×606063东片西片Westandeastframe39060—PlatePlate_1.56063结构角条Anglebead———1.5Plate_36063接地组件Groundconnection———3Plate_86063X形梁筋板Xbeamrib———8Plate_211060水平板Horizontalplate———21Plate_25.61060南板北板Northandsouthplate———25.6Plate_261060对地板Groundplate———26Plate_606063转接板Connectingplate———60SolidSolid_2A122A12H连接组件Connectingparts————图3通信舱保持架有限元模型Fig．3ComunicationCarbinCageFiniteElementModel该模型的约束方式为保持架转接板的中心孔固定。载荷为保持架、通信舱及其余设备的自重，设定重力加速度为9.81m/s2。施加1000kg的载荷。以对地板中心为原点，建立直角坐标系101，其中x、y、z轴的指向分别与图示原始坐标系相同。在该坐标系下定义质量点1000kg，重心坐标(－16.89，30.69，－1647)，如图3中，深色区域标识位置。将质量点使用rbe3单元与通信舱面板进行联接，使得该质量载荷均布在通信舱面板上。3结果分析及实验验证3.1竖直状态0°角(竖直)状态下，保持架及通信舱舱板的整体位移云图如图4所示，最危险位置的局部应力云图如图5所示。由图4中可以看出，通信舱舱板自身发生较大的变形及位移，最大位移量0.541mm。由图5可以看出，构件中较大的应力发生在联接组件的根部，最大应力值为20.63MPa，小于材料2A12H屈服应力75MPa。工程中，对外部框架自身的刚度及强度有严格的要求，此处提取保持架的结果单独查看。保持架的位移云图如图6所示，应力云图如图7所示。由图7可以看出，保持架的最大应力位于南北片纵梁的中部角?
【参考文献】：
期刊论文
[1]大展弦比机翼屈曲及后屈曲分析[J]. 夏盛来,何景武,海尔瀚. 机械强度. 2011(06)
[2]基于NX Nastran的液压换管机关键零件有限元分析与优化[J]. 徐毅,原思聪,朱秋菊,樊菲. 起重运输机械. 2011(06)
[3]基于NX Nastran的TWS600S柱塞泵泵头有限元分析[J]. 姜培昌,王好臣,卢军霞. 机械工程师. 2010(03)
[4]运用NASTRAN进行波浪载荷作用下船体强度分析[J]. 刘俊,汪庠宝,韩继文. 上海交通大学学报. 2005(05)
[5]通信卫星有效载荷设计技术综述[J]. 张中亚. 航天器工程. 2000(03)
本文编号：3265118
【文章来源】：机械强度. 2016,38(01)北大核心CSCD
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
保持架3维图
瞻宀闹室月?1060代替。所涉及的材料性能如表1所示。Nastran单元库大致包含5类单元:0维，1维，2维，3维单元以及特殊属性单元(如刚体单元、接触单元、焊接单元等)［5］711－714［6］46－81。除实体单元外，其余单元均为对实体单元的简化，适用于不同形状及属性构件的建模，可在保证计算精度的基础上，大幅减少计算成本。此处根据通信舱保持架的结构特点，选用Beam单元(1维)、Plate单元(2维)、Solid单元(3维)建立模型。其中Beam单元为一种较为关键的单元，在该模型中大量采用。保持架外部框架采用为矩形空芯梁，如图2所示。其截面参数及主要性能如下:表1材料性能Tab．1Materialmechanicalperformance材料Materials弹性模量Elasticity/GPa泊松比Poisson’sratio屈服强度Yieldstress/MPa密度Density/(g/cm3)106068.950.3327.62.71606368.300.33502.692A12H72.400.33752.78图2矩形空芯梁截面Fig．2Rectangularhollowcrossbeam内部边长:bi=b－2t2，hi=h－2t1截面积:A=bh－bihiz轴惯性矩:Izz=bh312－bih3i12y轴惯性矩:Iyy=hb312－hib3i12抗扭惯性矩:J=2t1t2(h－t1)2(b－t2)2ht1+bt2－t21－t22其中，C、D、E、F为截面关键应力恢复点。内部通信舱多为板状结构，采用plate单元建模;连接件为不形状不规则构件，此处采用solid单元建模;外部框架为矩形管状结构，故框架采用beam单元建模［8］。其中框架结构有两种截面，100mm×100mm方梁，厚度3.5mm;90mm×60mm矩形梁，厚度3mm。而板状结构有多种，根据板厚不同，分别设定不同的属性参数。各种构件对应的单元属性详见表2。2
e/mm板厚Platethickness/mmBeamBeam_100×1006063南片北片Northandsouthframe3.5100100—Beam_90×606063东片西片Westandeastframe39060—PlatePlate_1.56063结构角条Anglebead———1.5Plate_36063接地组件Groundconnection———3Plate_86063X形梁筋板Xbeamrib———8Plate_211060水平板Horizontalplate———21Plate_25.61060南板北板Northandsouthplate———25.6Plate_261060对地板Groundplate———26Plate_606063转接板Connectingplate———60SolidSolid_2A122A12H连接组件Connectingparts————图3通信舱保持架有限元模型Fig．3ComunicationCarbinCageFiniteElementModel该模型的约束方式为保持架转接板的中心孔固定。载荷为保持架、通信舱及其余设备的自重，设定重力加速度为9.81m/s2。施加1000kg的载荷。以对地板中心为原点，建立直角坐标系101，其中x、y、z轴的指向分别与图示原始坐标系相同。在该坐标系下定义质量点1000kg，重心坐标(－16.89，30.69，－1647)，如图3中，深色区域标识位置。将质量点使用rbe3单元与通信舱面板进行联接，使得该质量载荷均布在通信舱面板上。3结果分析及实验验证3.1竖直状态0°角(竖直)状态下，保持架及通信舱舱板的整体位移云图如图4所示，最危险位置的局部应力云图如图5所示。由图4中可以看出，通信舱舱板自身发生较大的变形及位移，最大位移量0.541mm。由图5可以看出，构件中较大的应力发生在联接组件的根部，最大应力值为20.63MPa，小于材料2A12H屈服应力75MPa。工程中，对外部框架自身的刚度及强度有严格的要求，此处提取保持架的结果单独查看。保持架的位移云图如图6所示，应力云图如图7所示。由图7可以看出，保持架的最大应力位于南北片纵梁的中部角?
【参考文献】：
期刊论文
[1]大展弦比机翼屈曲及后屈曲分析[J]. 夏盛来,何景武,海尔瀚. 机械强度. 2011(06)
[2]基于NX Nastran的液压换管机关键零件有限元分析与优化[J]. 徐毅,原思聪,朱秋菊,樊菲. 起重运输机械. 2011(06)
[3]基于NX Nastran的TWS600S柱塞泵泵头有限元分析[J]. 姜培昌,王好臣,卢军霞. 机械工程师. 2010(03)
[4]运用NASTRAN进行波浪载荷作用下船体强度分析[J]. 刘俊,汪庠宝,韩继文. 上海交通大学学报. 2005(05)
[5]通信卫星有效载荷设计技术综述[J]. 张中亚. 航天器工程. 2000(03)
本文编号：3265118
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