基于NX Nastran軟件以及艙體保持架的結(jié)構(gòu)特點,采用梁、板、實體、質(zhì)量點等多種單元創(chuàng)建該構(gòu)件的有限元模型。使用該模型計算出通信艙保持架的變形量及最大應(yīng)力,并結(jié)合實驗從變形的角度驗證了模型計算精度。基于仿真結(jié)果尋找出剛度較小的框架部位及應(yīng)力集中點,進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化并分析驗證,結(jié)果表明,改進(jìn)后的框架結(jié)構(gòu)剛度、強度顯著提高。這種多單元混合建模的方式可廣泛應(yīng)用于大型結(jié)構(gòu)件的設(shè)計、優(yōu)化等工作中,對結(jié)構(gòu)方案的制定及改進(jìn)提供指導(dǎo)依據(jù)。 

【文章來源】：機械強度. 2016,38(01)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：6 頁

【部分圖文】：

保持架3維圖

瞻宀鬧室月?1060代替。所涉及的材料性能如表1所示。Nastran單元庫大致包含5類單元:0維，1維，2維，3維單元以及特殊屬性單元(如剛體單元、接觸單元、焊接單元等)［5］711－714［6］46－81。除實體單元外，其余單元均為對實體單元的簡化，適用于不同形狀及屬性構(gòu)件的建模，可在保證計算精度的基礎(chǔ)上，大幅減少計算成本。此處根據(jù)通信艙保持架的結(jié)構(gòu)特點，選用Beam單元(1維)、Plate單元(2維)、Solid單元(3維)建立模型。其中Beam單元為一種較為關(guān)鍵的單元，在該模型中大量采用。保持架外部框架采用為矩形空芯梁，如圖2所示。其截面參數(shù)及主要性能如下:表1材料性能Tab．1Materialmechanicalperformance材料Materials彈性模量Elasticity/GPa泊松比Poisson’sratio屈服強度Yieldstress/MPa密度Density/(g/cm3)106068.950.3327.62.71606368.300.33502.692A12H72.400.33752.78圖2矩形空芯梁截面Fig．2Rectangularhollowcrossbeam內(nèi)部邊長:bi=b－2t2，hi=h－2t1截面積:A=bh－bihiz軸慣性矩:Izz=bh312－bih3i12y軸慣性矩:Iyy=hb312－h(huán)ib3i12抗扭慣性矩:J=2t1t2(h－t1)2(b－t2)2ht1+bt2－t21－t22其中，C、D、E、F為截面關(guān)鍵應(yīng)力恢復(fù)點。內(nèi)部通信艙多為板狀結(jié)構(gòu)，采用plate單元建模;連接件為不形狀不規(guī)則構(gòu)件，此處采用solid單元建模;外部框架為矩形管狀結(jié)構(gòu)，故框架采用beam單元建模［8］。其中框架結(jié)構(gòu)有兩種截面，100mm×100mm方梁，厚度3.5mm;90mm×60mm矩形梁，厚度3mm。而板狀結(jié)構(gòu)有多種，根據(jù)板厚不同，分別設(shè)定不同的屬性參數(shù)。各種構(gòu)件對應(yīng)的單元屬性詳見表2。2

e/mm板厚Platethickness/mmBeamBeam_100×1006063南片北片Northandsouthframe3.5100100—Beam_90×606063東片西片Westandeastframe39060—PlatePlate_1.56063結(jié)構(gòu)角條Anglebead———1.5Plate_36063接地組件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對地板Groundplate———26Plate_606063轉(zhuǎn)接板Connectingplate———60SolidSolid_2A122A12H連接組件Connectingparts————圖3通信艙保持架有限元模型Fig．3ComunicationCarbinCageFiniteElementModel該模型的約束方式為保持架轉(zhuǎn)接板的中心孔固定。載荷為保持架、通信艙及其余設(shè)備的自重，設(shè)定重力加速度為9.81m/s2。施加1000kg的載荷。以對地板中心為原點，建立直角坐標(biāo)系101，其中x、y、z軸的指向分別與圖示原始坐標(biāo)系相同。在該坐標(biāo)系下定義質(zhì)量點1000kg，重心坐標(biāo)(－16.89，30.69，－1647)，如圖3中，深色區(qū)域標(biāo)識位置。將質(zhì)量點使用rbe3單元與通信艙面板進(jìn)行聯(lián)接，使得該質(zhì)量載荷均布在通信艙面板上。3結(jié)果分析及實驗驗證3.1豎直狀態(tài)0°角(豎直)狀態(tài)下，保持架及通信艙艙板的整體位移云圖如圖4所示，最危險位置的局部應(yīng)力云圖如圖5所示。由圖4中可以看出，通信艙艙板自身發(fā)生較大的變形及位移，最大位移量0.541mm。由圖5可以看出，構(gòu)件中較大的應(yīng)力發(fā)生在聯(lián)接組件的根部，最大應(yīng)力值為20.63MPa，小于材料2A12H屈服應(yīng)力75MPa。工程中，對外部框架自身的剛度及強度有嚴(yán)格的要求，此處提取保持架的結(jié)果單獨查看。保持架的位移云圖如圖6所示，應(yīng)力云圖如圖7所示。由圖7可以看出，保持架的最大應(yīng)力位于南北片縱梁的中部角?

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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