何靈　何嘯月　陳佳文

摘 要：針對某安裝有模組模塊的骨架在吊裝和有振動的環(huán)境安全性問題，建立骨架的實體模型，將骨架模型實體通過有限元接口技術(shù)導(dǎo)入有限元分析軟件，基于Hypermesh軟件對骨架進行強度分析和動力學(xué)分析，得到了骨架的變形數(shù)據(jù)，并提出優(yōu)化方案。

關(guān)鍵詞：有限元分析；強度；Hypermesh

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.20.132

1 引言

此骨架內(nèi)安裝有28個模組模塊，安裝完后的骨架作為儲能系統(tǒng)主要部件。在吊裝和有振動的安裝平臺中要承受水平、縱向和垂向多種載荷，設(shè)計中足夠的強度分析至關(guān)重要 ，若強度不足，將會導(dǎo)致吊裝中斷裂和工作中疲勞破壞。

近年來，CAD、CAE逐漸成為企業(yè)提高質(zhì)量的有效手段，Hypermesh作為一種高性能有限元前后處理軟件，具有較高的處理速度，適應(yīng)性和可定制性，與多種CAD和CAE軟件有良好的接口，最重要的是還提供了多種求解器的接口 。利用Hypermesh的前后處理，對骨架進行有限元分析。

2 骨架有限元模型

本文中所討論的骨架結(jié)構(gòu)特點為方管焊接而成，包括上下安裝板、底部橫縱梁、支撐梁和縱橫梁組成，各梁和安裝板材質(zhì)都為鋁合金，安裝板上有安裝模塊的固定孔。利用UG建立骨架的三維模型，然后導(dǎo)入到Hypermesh中，由于骨架主要是由方管組成焊接而成，因此框架主要是由梁單元，安裝板離散成殼單元，模塊利用加載在骨架上的載荷表示。

3 計算參數(shù)及工況分析

整體骨架重量約為1.2噸，28個模塊總重量約為1噸。骨架用鋁合金的抗拉強度為290MPa，屈服強度為270MPa。

在骨架的計算分析中，采用IEC61373《機車車輛設(shè)備沖擊振動試驗》標(biāo)準(zhǔn)，進行沖擊試驗仿真模擬。對被試設(shè)備施加一系列持續(xù)時間為D，峰值為A的單個半正弦脈沖。

其中沖擊加速度試驗分為垂向、橫向和垂向，波形與峰值如表1所示，本文采用安裝方式為1A級和B級車身裝。

4 分析及結(jié)果

工況1為骨架在地面靜止，無其他載荷時，最大位移為0.6mm，最大應(yīng)力值為22.3MPa，骨架處于穩(wěn)定狀態(tài)。

工況2為骨架在吊裝時，最大位移為1.19mm，最大應(yīng)力值為37.6MPa。

工況3為骨架在受到水平方向的載荷，無其他方向的載荷的情況下，最大位移為1.43mm，最大應(yīng)力值為56MPa。

工況4為骨架在受到垂向和縱向的載荷，無其他方向的載荷的情況下，最大位移為3.2mm，最大應(yīng)力值為107MPa。

工況5為骨架在受到垂向、縱向和水平的載荷，最大位移為3.4mm，最大應(yīng)力值為140MPa。

5 優(yōu)化模型

水平剛度>縱向剛度>垂向剛度，各值受尺寸影響程度遞增，在綜合載荷下，最大應(yīng)力值已達到140MPa，從分析中可以得出在設(shè)計中上安裝板厚度要增加，并適度增強兩側(cè)上安裝板的支撐剛度。

優(yōu)化后的骨架在受到垂向、縱向和水平的載荷時，應(yīng)力和位移如圖2所示，最大位移為2mm，最大應(yīng)力值為88MPa。對于優(yōu)化后的設(shè)計，最大位移由3.4mm降低到2mm，安全系數(shù)由1.9提高到3，提高了整體結(jié)構(gòu)的強度，滿足設(shè)計的要求。

6 結(jié)束語

Hypermesh軟件作為應(yīng)用廣泛的CAE軟件的一種，最著名的特點是它所具有的強大的有限元網(wǎng)格劃分前處理功能，并能夠與眾多CAD系統(tǒng)和有限元求解器進行方便的數(shù)據(jù)交換的有限元前后處理工具，對于提高有限元分析工作的質(zhì)量和效率具有十分重要的意義。本文對某骨架進行了模擬仿真，分析了各種工況下的變形特征，并對模型的薄弱點進行加強和優(yōu)化，為今后骨架的結(jié)構(gòu)設(shè)計和提供了理論依據(jù)。

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