手動換電設(shè)備結(jié)構(gòu)分析范文

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《機(jī)械工程與自動化雜志》2014年第二期

1結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析

1.1邊界條件的施加Hypermesh做前處理的目標(biāo)是創(chuàng)建一個可以直接提交求解器求解的文件，因此此次分析邊界條件的施加也將在Hypermesh里進(jìn)行。夾具通過夾具上的4個螺栓孔與換電設(shè)備相連接，因此選用Beam188單元、Mass21單元和Rbe3單元來模擬螺栓連接，約束Beam188單元的3個平動自由度和沿x，y方向的轉(zhuǎn)動自由度，如圖4所示。參考換電設(shè)備企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)選取結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析的工況：電池箱對夾具的作用力為沿－y方向7644N（3g過載）；電池箱對鎖止機(jī)構(gòu)的作用力為沿－x方向2548N（1g過載）。電池箱的質(zhì)量大約為260kg，電池箱對夾具的作用以分布力的方式加載在中間梁和鎖止機(jī)構(gòu)盒的相關(guān)節(jié)點(diǎn)上，分布方式如圖5所示。將相應(yīng)的cdb文件用Readinputfrom功能讀入ANSYS，并在ANSYS里添加必要的求解控制選項(xiàng)，完成求解，得到的夾具的變形和應(yīng)力云圖如圖6和圖7所示。

1.2結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析的結(jié)論由圖6、圖7可以看出，夾具的最大變形出現(xiàn)在夾具兩側(cè)的中部，最大變形量為0．690mm，這反映出夾具在z方向上的剛度相對較差。最大應(yīng)力出現(xiàn)在鎖止機(jī)構(gòu)盒處，最大應(yīng)力為181．2MPa，此外中間梁加強(qiáng)筋、框架縱梁的應(yīng)力也較大，但均未超出材料的屈服極限235MPa，因此滿足設(shè)計(jì)要求。

2夾具的模態(tài)分析

一個N自由度振動系統(tǒng)的運(yùn)動微分方程可以示為：由于模態(tài)分析是分析結(jié)構(gòu)在自由振動下的振動特性且系統(tǒng)阻尼影響較小可以忽略不計(jì)，故將式（1）簡化為：求解式（2）和式（4）的過程，就是對結(jié)構(gòu)進(jìn)行模態(tài)分析的過程，通過求解這兩個方程，可以得到結(jié)構(gòu)的固有頻率ω和固有振型。ANSYS提供了7種模態(tài)提取方法，本文利用分塊蘭索斯法（BlockLanczos）計(jì)算了夾具的固有頻率和振型，夾具的前6階固有頻率如表2所示，各階模態(tài)的振型圖如圖8～圖13所示。結(jié)合表2和圖8～圖13可知，夾具前6階模態(tài)的振型主要表現(xiàn)為夾具臺面的局部振動與夾具整體框架繞x軸的彎曲、扭轉(zhuǎn)。這再一次反映了夾具整體框架在z方向上的剛度相對較差，同時，夾具臺面中部的剛度也不理想，設(shè)計(jì)時應(yīng)注意加強(qiáng)這兩處的剛度。

3結(jié)論

（1）在企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的工況下，夾具的最大應(yīng)力出現(xiàn)在鎖止機(jī)構(gòu)盒處，最大應(yīng)力為181．2MPa，此外中間梁加強(qiáng)筋、框架縱梁的應(yīng)力也較大，但均未超出材料的屈服極限235MPa，因此滿足設(shè)計(jì)要求。（2）由最大變形出現(xiàn)的部位以及后來的模態(tài)分析可以看出，夾具在z方向上的剛度相對較差，因此，在后續(xù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)中可以適當(dāng)增加框架橫梁的數(shù)量或壁厚，以提高整體剛度。（3）由模態(tài)分析可以看出，夾具臺面中部的局部剛度較差，因此，在后續(xù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)中可以適當(dāng)布置一些加強(qiáng)筋，以提高臺面中部的局部剛度。

作者：郭亮王飛陳曉楠羅發(fā)強(qiáng)單位：山東省電力公司許繼電源有限公司