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        封閉式腔體結(jié)構(gòu)反向熱變形設(shè)計(jì)

        2020-11-10 16:57:18朱坤魏浩
        機(jī)電信息 2020年30期

        朱坤 魏浩

        摘要:采用結(jié)構(gòu)反向熱變形設(shè)計(jì)解決某型腔體結(jié)構(gòu)在高溫環(huán)境下向腔體內(nèi)側(cè)凹陷的問(wèn)題,提高了高溫環(huán)境下信號(hào)傳遞效率。

        關(guān)鍵詞:腔體;熱變形;約束

        0? ? 引言

        現(xiàn)有的某型封閉式腔體結(jié)構(gòu),在溫度達(dá)到30 ℃以上或者陽(yáng)光長(zhǎng)時(shí)間照射時(shí),腔體前后兩層柔性泡沫板會(huì)發(fā)生熱變形,向腔內(nèi)凹陷,甚至貼合到一起,阻礙內(nèi)部聲學(xué)信號(hào)傳輸,影響聲學(xué)傳感器信號(hào)檢測(cè),甚至使信號(hào)無(wú)法正常傳輸。針對(duì)此問(wèn)題,需要設(shè)計(jì)出一種新型腔體結(jié)構(gòu),在高溫或者陽(yáng)光長(zhǎng)時(shí)間照射下,前后兩層柔性泡沫板不發(fā)生向腔內(nèi)的凹陷變形,保證聲學(xué)信號(hào)的有效傳輸。

        1? ? 問(wèn)題分析

        某型封閉式腔體由柔性泡沫板、木襯條組成,通過(guò)木襯條將兩層柔性泡沫板相對(duì)固定,一端面用柔性泡沫板固定,另一端面開(kāi)口的密封空腔,如圖1所示。

        對(duì)柔性泡沫板進(jìn)行有限元網(wǎng)格劃分,靠近內(nèi)腔的單元格由于左右被木襯條約束,所以內(nèi)側(cè)的網(wǎng)格單元熱能量只能上下釋放,另外兩個(gè)方向的熱能量釋放對(duì)腔體凹陷不產(chǎn)生影響,可以不考慮。腔體外側(cè)的單元格左右方向和上下方向沒(méi)有約束,所以各個(gè)方向都可以釋放熱能量。內(nèi)側(cè)單元格上下方向的熱能量釋放比外側(cè)單元格上下方向的熱能量釋放占比大,所以柔性泡沫板都會(huì)向內(nèi)腔凹陷。

        2? ? 解決方案

        針對(duì)該問(wèn)題,可以通過(guò)改變?nèi)嵝耘菽宓募s束部位或者在柔性泡沫板內(nèi)腔側(cè)增加約束,使大部分熱能量向外側(cè)釋放,保證腔體向外鼓代替向內(nèi)側(cè)凹陷。

        2.1? ? 改變泡沫板的約束部位

        泡沫板在無(wú)約束條件下,單元格6個(gè)方向的熱能量釋放應(yīng)該是相同的,在形成腔體后,熱能量釋放具有的方向性與約束有關(guān)。

        如圖2所示,本方法將木襯條對(duì)泡沫板的約束改到腔體外側(cè),腔體內(nèi)側(cè)的單元格左右方向和上下方向沒(méi)有約束,所以各個(gè)方向都可以釋放熱能量。外側(cè)單元格上下方向的熱能量釋放比內(nèi)側(cè)單元格上下方向的熱能量釋放占比大,所以柔性泡沫板都會(huì)向外側(cè)鼓。

        2.2? ? 在泡沫板的內(nèi)側(cè)面上粘貼玻璃布

        原有結(jié)構(gòu)由于泡沫板內(nèi)腔側(cè)釋放的熱能量占比大,考慮在內(nèi)腔側(cè)粘貼玻璃布,如圖3所示,增加約束強(qiáng)度,引導(dǎo)熱能量向外側(cè)釋放。玻璃布帶膠粘貼后硬化,內(nèi)側(cè)約束加強(qiáng),溫度升高后,熱能量向外側(cè)釋放,腔體向外側(cè)鼓。

        3? ? 驗(yàn)證試驗(yàn)

        改變結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)后,進(jìn)行高溫和聲學(xué)信號(hào)傳遞試驗(yàn),如圖4所示,試驗(yàn)結(jié)果跟理論分析基本一致。

        3.1? ? 改變泡沫板的約束部位

        高溫試驗(yàn)后,腔體向外側(cè)變形,變形量比較小,此時(shí)在腔體中心區(qū)域放置聲學(xué)信號(hào)源,進(jìn)行聲學(xué)信號(hào)傳遞測(cè)試,波形良好,未出現(xiàn)明顯干擾,能滿足使用要求,如圖5所示。

        3.2? ? 在泡沫板的內(nèi)側(cè)面上粘貼玻璃布

        高溫試驗(yàn)后,腔體向外側(cè)變形,變形量比較大,此時(shí)在腔體中心區(qū)域放置聲學(xué)信號(hào)源,進(jìn)行聲學(xué)信號(hào)傳遞測(cè)試,波形良好,未出現(xiàn)明顯干擾,能滿足使用要求,如圖6所示。

        4? ? 結(jié)語(yǔ)

        本文通過(guò)熱變形的定性分析,采用改變約束部位和增強(qiáng)部位約束的設(shè)計(jì)方法,消除了某型封閉式腔體熱變形凹陷、信號(hào)傳遞效率差的缺點(diǎn),保證了設(shè)備整機(jī)在高溫環(huán)境下能夠正常運(yùn)行。

        收稿日期:2020-08-31

        作者簡(jiǎn)介:朱坤(1981—),男,江蘇泰州人,工程師,研究方向:機(jī)械設(shè)計(jì)及理論。

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