劉浩江

摘 要：本文以某揚升系統(tǒng)懸架為研究對象，對其工作狀態(tài)進行分析，并建立了懸架的模型?？紤]不同海況對懸架工作的狀態(tài)影響，采用ANSYS軟件建立有限元模型并進行剛強度的計算，分析懸架在不同工況下使用后的受力變形情況。分析結(jié)果對懸架的使用和優(yōu)化有一定參考意義。

關(guān)鍵詞：懸架；強度分析；有限元法

中圖分類號：U463.33 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-5168（2018）14-0070-02

Finite Element Analysis of the Structure of Suspension

LIU Haojiang

（The 713 Research Institute of CSIC，Zhengzhou Henan 450015）

Abstract： In this paper， a certain type of Suspension was studied， its working characteristics were analyzed and the model was established. Considering the different working conditions of the suspension， the finite element analysis model was built by software ANSYS to study its strength. Combined with the actual situation， the different working conditions were analyzed. The results of the analysis were useful for the optimization and the use of the suspension.

Keywords： suspension；finite element analysis；strength analysis

懸架是揚升系統(tǒng)的重要組成部分。左右轉(zhuǎn)運裝置、左右升降機和傳動裝置均安裝在懸架上。本文采用有限元法，結(jié)合試驗采集的數(shù)據(jù)，對某揚升系統(tǒng)的懸架結(jié)構(gòu)進行有限元強度分析[1-5]。

1 懸架的工作特性

1.1 某揚升系統(tǒng)的懸架結(jié)構(gòu)

圖1為該型揚升系統(tǒng)的懸架結(jié)構(gòu)。懸架除受安裝在上面的裝備重力的影響外，還會受到不同海況造成的質(zhì)心過載及在不同海況中裝置回轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的慣性力的影響，故而會頻繁受力。另外，懸架的工作對象是整個揚升系統(tǒng)，其必須在各種工況下安全、可靠地將所有部件連接在一起，因此加強對結(jié)構(gòu)剛強度的研究很有必要。

1.2 懸架的受力分析

考慮到除受安裝在其上的各部件重力的影響外，懸架還受到不同海況對其質(zhì)心位置的影響以及火炮回轉(zhuǎn)慣性力矩的影響，懸架的受力為：

[F=F1+F2+F3+F4+F5+M] （1）

式中，[F1]、[F2]為左右升降機的重力；[F3]為傳動裝置的重力；[F4]、[F5]為左右轉(zhuǎn)運裝置的重力；M為火炮回轉(zhuǎn)時最大慣性力。

圖1 某型懸架結(jié)構(gòu)示意圖

2 有限元模型的建立

2.1 計算模型的建立

基于懸架及整個揚升系統(tǒng)工作的特點，在不影響有限元計算結(jié)果的基本原則下進行簡化分析：①忽略結(jié)構(gòu)上不影響力學(xué)特性的細(xì)小特征和細(xì)小零部件；②假設(shè)懸架連結(jié)盤上平面全約束，連結(jié)盤與立柱之間、立柱與平臺之間為接觸，即其內(nèi)部之間全約束；③在ANSYS Workbench中對懸架進行加載分析。

2.2 計算工況選擇

根據(jù)結(jié)構(gòu)特點及運行環(huán)境的特點，考慮不同海況下船體搖擺沉浮引起的質(zhì)心過載及實際使用情況，對五級海況、九級海況下的懸架受力情況進行分析。

3 計算結(jié)果分析

3.1 五級海況下懸架的受力

在Pro/E 5.0下建立三維實體模型。五級海況時，某船體搖擺和升沉引起該艦炮質(zhì)心過載系數(shù)為：

[nx=0.077ny=1.225nz=0.374] （2）

火炮最大回轉(zhuǎn)加速度[α]為0.785rad/s2；懸架總轉(zhuǎn)動慣量Iyy為2.98×103kg·m2，懸架受到最大慣性力矩為：

[M=Iyy×α] （3）

將上述數(shù)據(jù)帶入式（3）可得出[M]為2 339.3N·m。

按五級海況時過載系數(shù)對懸架進行加載分析，應(yīng)力云圖見圖2和圖3。

然后對懸架進行網(wǎng)格劃分，最后導(dǎo)入ANSYS求解可知：艦炮在五級海況下，懸架的最大應(yīng)力出現(xiàn)在前立柱上部拐彎區(qū)域，應(yīng)力值為152MPa。連接環(huán)和平臺均是藍(lán)色區(qū)域，最大應(yīng)力不超過33MPa。

立柱材質(zhì)選用低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼，許用應(yīng)力[σs=345MPa]，則安全系數(shù)為345/152=2.27。

連結(jié)盤和平臺材質(zhì)選用鋁及鋁合金軋制板材，許用應(yīng)力[σp=160MPa]，則安全系數(shù)為160/33=4.85。

最大變形出現(xiàn)在平臺邊緣，變形量為1.79mm。

3.2 九級海況下懸架的受力分析

按九級海況時過載系數(shù)對懸架進行加載分析，應(yīng)力云圖見圖5和圖6。