自动雨棚模型结构如图1所示:
图1 雨棚模型结构示意图
雨棚的主要功能为让被遮盖设备防水、防雨,且具备自动控制功能。
雨棚有限元网格模型如图2所示:
图2 雨棚有限元网模型
网格类型:导轨、旋转台等:3D六面体;网格大小:10~20mm。
其余部件:中面四边形;网格大小:6~8mm。
雨棚材料物性如表1所示:
表1 雨棚材料物性
约束:设备转台底部固定约束;
载荷:台风等级12级,即风速V=35m/s。
风压计算公式:风压 P=0.5×ρ×V2 (ρ为空气密度,V为风速)
重度 γ=ρ×g
说明:标准状态下,气压=1013KPa,温度为15℃,空气重度γ=0.01225KN/m3,维度45°处的重力加速度g=9.8m/s2。
所以,12级风压P=V2/1600=0.766KN/m2=766N/m2=766Pa。
接触:篷布与曲杆模组接触,各个组件之间的装配关系采用焊接、节点重合、刚性连接的方式定义。
台风等级12级风速下有限元分析结果如图3所示:
图3 台风等级12级风速下有限元分析结果
由图3可知,曲杆模组最大变形量=26.3mm,最大应力=1004 Mpa ,超出材料拉伸强度550MPa,主体结构出现裂纹或断裂。
冰雹工况下有限元分析结果如图4所示:
图4 台冰雹工况下有限元分析结果
由图4可以看出,金属部件最大应力=286 Mpa 低于材料拉伸强度393MPa,主体结构满足要求。篷布最大应力=90.4 Mpa ,超出材料拉伸强度43MPa,篷布有被撕裂的风险。
因此,为了设计出能够满足目标的雨棚,需要对其结构进行加强,通过尺寸优化可以满足目标。
控制条件:材料强度极限,取安全系数1.4。
约束条件:钢管壁厚:2~6mm;
曲杆厚度:6~20mm;
篷布厚度:1~5mm。
目标:总质量最小。
雨棚尺寸优化结果如图5所示:
图5 雨棚优化结果
由图5可以看出,为了使雨棚满足12级台风及冰雹载荷,钢管壁厚须达到5.3mm,曲杆厚度须达到6.0mm,篷布厚度须达到4.0mm。
雨棚尺寸优化位移及应力云图如图6所示:
图6 雨棚尺寸优化位移及应力云图
由图6可以看出,篷布、曲杆模组、金属部件等均低于其材料拉伸强度,满足目标要求。
HyperWorks中的尺寸优化不仅可以实现轻量化目标,同时可以使产品满足功能指标。
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