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傳統(tǒng)的艦載電子設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)包括設(shè)計(jì)、制造、試驗(yàn)及改進(jìn)等過(guò)程，且關(guān)鍵件、重要件多是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，很少進(jìn)行強(qiáng)度分析力學(xué)計(jì)算。這種設(shè)計(jì)方法存在的問(wèn)題有：1)設(shè)計(jì)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，2)結(jié)構(gòu)件整體強(qiáng)度設(shè)計(jì)過(guò)于保守，而局部區(qū)域強(qiáng)度又不足。近年來(lái)，隨著CAD/CAM/CAE的推廣，以有限元分析法為核心的通用結(jié)構(gòu)分析軟件己逐漸被應(yīng)用。這樣，不僅可以縮短設(shè)計(jì)周期，提高效率，而且有利于優(yōu)化零部件的結(jié)構(gòu)、材料性能，提高設(shè)計(jì)的可靠性。本研究以定型模蓋板的設(shè)計(jì)為例，應(yīng)用IDEAS軟件的有限元分析模塊建立了有限元模型，模擬蓋板的受力情況，驗(yàn)證蓋板的設(shè)計(jì)是否滿足工作要求。給出了某定型模蓋板的幾何模型，長(zhǎng)780mm，寬170mm，高35mm。
蓋板的變形是小變形、小應(yīng)變問(wèn)題，屬于彈性力學(xué)研究的范疇，因此，可以用彈性空間問(wèn)題有限元理論對(duì)其進(jìn)行應(yīng)力分析。有限元法分析計(jì)算的基本步驟可歸納如下:將彈性體離散成有限個(gè)微分體dz，任取一個(gè)來(lái)研究應(yīng)力與應(yīng)變的關(guān)系。彈性體在載荷的作用下，表bb體內(nèi)任一點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)可由6個(gè)應(yīng)力分量，模型如圖來(lái)表示。其中表示剪應(yīng)力。微分體的力學(xué)所示。根據(jù)彈性力學(xué)，彈性體內(nèi)任何一點(diǎn)處的應(yīng)力、應(yīng)在已建立的各個(gè)單元?jiǎng)偠确匠痰幕A(chǔ)上，集成得到整體剛度方程，進(jìn)行整體結(jié)構(gòu)分析，集成遵循的原則是各相鄰單元在共同節(jié)點(diǎn)處具有相同的位移。
蓋板與定型模、蓋板與腳板分別通過(guò)螺釘連接，腳板固定在工作臺(tái)滑道上。主要受力情況有：1)來(lái)自定型模的重力。蓋板上裝有三塊定型模，總重量約為150kg，2)塑料熔體在成型過(guò)程中，與定型模內(nèi)腔之間的摩擦導(dǎo)致定型模、蓋板、腳板三者間的連接螺釘受到剪切力作用，根據(jù)力的傳遞，蓋板上螺釘孔內(nèi)壁受到壓力作用。由于后者較小，不是影響分析結(jié)果的主要因素，因此，在建立有限元模型時(shí)，暫不考慮螺釘連接，認(rèn)為零件是固定連接。工況如圖所示。在對(duì)蓋板進(jìn)行有限元建模前，首先根據(jù)工況將對(duì)分析影響不大的特征，諸如：蓋板與定型模、蓋板與腳板之間的安裝孔，小的倒角、倒圓抑制，因?yàn)檫@些特征的存在會(huì)使分析過(guò)程變得復(fù)雜。
邊界條件的處理蓋板的材料選用合金鋼2Cr13，其彈性模量E=210GPa，泊松比u=0.25。在材料屬性命令下，輸入上述數(shù)據(jù)，完成材料屬性定義。定型模作用于蓋板上的載荷，可簡(jiǎn)化為沿蓋板長(zhǎng)度方向與之接觸的蓋板表面三個(gè)區(qū)域的均勻載荷。每個(gè)區(qū)域?yàn)橐欢�，每�?40mm，三段間隔如圖所示。約束加在蓋板與腳板的接觸面上。根據(jù)工況分析，將兩者之間的連接看成固定連接，則對(duì)接觸面施加全約束，限制蓋板的6個(gè)自由度。蓋板零件是一個(gè)實(shí)體，為了便于施加載荷和約束，根據(jù)工況事先用Partition命令將蓋板區(qū)分成若干塊。載荷和約束情況如圖所示。有限元網(wǎng)格劃分的好壞，直接影響計(jì)算結(jié)果的有效性和精度。
劃分網(wǎng)格的方法有很多，諸如自由網(wǎng)格、映射網(wǎng)格、區(qū)域網(wǎng)格劃分等，每種方法各有利弊。考慮到蓋板結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，這里選用自由網(wǎng)格劃分技術(shù)。蓋板上所有節(jié)點(diǎn)和單元都是由計(jì)算機(jī)根據(jù)幾何模型的特征自行計(jì)算的，所達(dá)到的精度滿足要求，并且運(yùn)算速度相對(duì)較快，不易出錯(cuò)。
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