文档介绍：铰链支架静不定结构的有限元分析
摘要:铰链支架结构通常以集中力的形式传递结构所受的载荷,对铰链支架结构进行拓扑优化、尺寸优化和形状优化,可使结构在满足强度、刚度要求的条件下重量达到较轻的水平。优化后的铰链支架结构多为较复杂的静不定结构,在结构分析中,由于多余的约束反力及相应的变形协调条件较多,工程计算方法较为复杂,对计算方法进行简化后难以保证方法的准确性和可靠性。该文采用有限单元法对结构进行分析计算,并求出结构的应力分布及薄弱剖面的内力,对铰链支架静不定结构的强度校核工作具有典型意义。
关键词:静不定结构有限单元法铰链支架
中图分类号:V229 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2014)08(b)-0081-02
铰链支架结构形式复杂,工程计算方法需要进行大量工程简化,在无法进行大量试验验证的情况下,采用有限单元法对结构进行分析,可大大节省分析工作量,加快研发进度,降低研发成本。有限元模型必须真实反映实际结构的几何构型,材料属性,载荷传递路径及边界约束条件,才能保证有限元计算和分析结果的正确性。利用PATRAN建立有限元模型,进行网格划分,定义边界条件和载荷;利用NASTRAN进行加载计算,求出结构的应力分布及薄弱剖面的内力并进行强度校核。
1 结构简介
铰链支架结构主要用于结构的安装和拆卸,通常用来承受较高的集中载荷,因而普遍采用双剪接头。优化后的铰链支架结构示意图如图1所示。
支架与接头耳片通过一个螺栓组连接,集中载荷由接头耳片通过螺栓组传递到支架上。支架和接头耳片通常采用金属材料。
坐标系原点位于接头耳片孔中心点,Z轴沿接头耳片转轴方向,X轴垂直于梁平面,Y轴垂直于XOZ平面。铰链支架结构所承受的集中载荷通常为XY平面内的载荷,承受侧向载荷时,载荷方向沿Z轴方向。
2 有限元模型
根据铰链支架结构的结构形式和传力特点,对结构各部位进行有限元模型单元选取。铰链支架结构和接头耳片结构采用三维实体单元模拟,螺栓采用梁单元模拟。在支架端部施加约束,加载点取在接头耳片中心处并施加单位载荷,剖面部位定义局部坐标系用来选取结构剖面的内力。
根据以上单元和边界约束条件的选取,建立铰链支架结构有限元模型。
3 结果分析
式中:P――接头耳片所受的集中载荷;
α――载荷与X方向的夹角;
A――所选取局部剖面面积;
kx,k