基于ABAQUS的動(dòng)中通車(chē)風(fēng)載荷有限元分析

高亮

(安徽四創(chuàng)電子股份有限公司，安徽合肥230061)

0 引言

能否滿足環(huán)境適應(yīng)性的風(fēng)載荷要求，很大程度上都體現(xiàn)出動(dòng)中通車(chē)的可靠性、安全性等性能。本文以某項(xiàng)目的ADK動(dòng)中通在環(huán)境要求的兩種風(fēng)速下為例，簡(jiǎn)要介紹了動(dòng)中通天線車(chē)的抗風(fēng)能力的計(jì)算和有限元分析。環(huán)境條件要求以GB/T16945－1997《Ku頻段衛(wèi)星電視地球接收站通用規(guī)范》規(guī)定作為輸入要求。動(dòng)中通車(chē)抗風(fēng)能力為：風(fēng)速為20 m/s(8級(jí)大風(fēng))，動(dòng)中通車(chē)正常工作;風(fēng)速為30 m/s(11級(jí)大風(fēng))，動(dòng)中通車(chē)不被破壞。

1 建立動(dòng)中通有限元模型

所選用的動(dòng)中通天線為ADK，直徑為1 200 mm，高度為580 mm，其結(jié)構(gòu)如圖1所示［1］。ADK天線的質(zhì)量為65 kg。ADK天線是通過(guò)10個(gè)M10螺栓固定在車(chē)頂?shù)陌惭b平臺(tái)上。

圖1ADK天線機(jī)構(gòu)

本項(xiàng)目所選用的車(chē)型是霸道2 700標(biāo)準(zhǔn)型，其結(jié)構(gòu)參數(shù)如表1 所示［2］。

表1 霸道車(chē)的結(jié)構(gòu)參數(shù)

由于車(chē)體的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，所以對(duì)車(chē)結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡(jiǎn)化等效處理。所得到ADK動(dòng)中通的等效模型圖如圖2所示。其等效模型的網(wǎng)格圖，如圖3所示。等效的模型不會(huì)影響風(fēng)載荷分析結(jié)果。

圖2 ADK動(dòng)中通等效模型

圖3 ADK動(dòng)中通等效模型的網(wǎng)格圖

2 動(dòng)中通的風(fēng)載荷計(jì)算

風(fēng)載荷的計(jì)算公式為［3］

式中：C為風(fēng)力系數(shù);q為基本風(fēng)壓;Kh為高度系數(shù);A為迎風(fēng)面積。

1)風(fēng)力系數(shù)

風(fēng)力系數(shù)與天線車(chē)的外形結(jié)構(gòu)和尺寸有關(guān)，根據(jù)ADK天線的結(jié)構(gòu)形式及以往經(jīng)驗(yàn)等綜合因素考慮后選取C=1.0。

2)基本風(fēng)壓

式中：ρ為空氣密度;V為風(fēng)速。

ρ取15℃時(shí)空氣密度1.25 kg/m3，取風(fēng)速V=20 m/s的情況，得q=250.0 N/m2，取風(fēng)速V=30 m/s的情況，得q=562.50 N/m2

3)高度系數(shù)

高度系數(shù)取Kh=1.0。

4)迎風(fēng)面積

迎風(fēng)面積A為動(dòng)中通車(chē)的有效面積。

式中：A1為車(chē)的迎風(fēng)有效面積2.7 m2;

A2為支架的迎風(fēng)有效面積3.2x10－4m2;

A3為ADK天線的迎風(fēng)有效面積0.696 m2。

5)兩種情況下風(fēng)載荷(表2)

表2 兩種情況下風(fēng)載荷數(shù)值

3 動(dòng)中通的有限元結(jié)果與分析

材料屬性設(shè)置 Young’s Modulus(楊氏模量)為210 000，Poisson’s Ratio(柏松比)為0.3。

所施加的除了上述所計(jì)算的風(fēng)載荷外;還有動(dòng)中通的自重，在ABAQUS中需加上其重力加速度即可［4］。

兩種情況下進(jìn)行風(fēng)載荷的有限元分析結(jié)果，如圖4(a)，(b)，圖5(a)，(b)所示。

圖4 動(dòng)中通等效模型圖

圖4中，(a)是風(fēng)速為20 m/s時(shí)，動(dòng)中通等效模型的Mises應(yīng)力云圖，最大的應(yīng)力值為259.4 MPa，此最大應(yīng)力發(fā)生在迎風(fēng)接觸區(qū)域。汽車(chē)的外殼材料為BH鋼板，其最大許用應(yīng)力為340 Mpa。ADK天線許用最大應(yīng)力為380 MPa。最大應(yīng)力值在許用應(yīng)力范圍內(nèi)，滿足工作載荷要求。即ADK動(dòng)中通車(chē)能夠正常工作。(b)是風(fēng)速為30 m/s時(shí)，動(dòng)中通等效模型的Mises應(yīng)力云圖，最大的應(yīng)力值為325.2 MPa，此最大應(yīng)力發(fā)生在迎風(fēng)接觸區(qū)域。汽車(chē)的外殼材料為BH鋼板，其最大許用應(yīng)力為340 Mpa。ADK天線許用最大應(yīng)力為380 MPa。最大應(yīng)力值在許用應(yīng)力范圍內(nèi)。即在風(fēng)速為11級(jí)時(shí)，車(chē)體安裝天線后不會(huì)被破壞。

圖5 動(dòng)中通等效模型的真實(shí)應(yīng)變E云圖

圖5中，(a)是風(fēng)速為20 m/s時(shí)，動(dòng)中通等效模型的真實(shí)應(yīng)變E云圖，動(dòng)中通的應(yīng)變發(fā)生在迎風(fēng)區(qū)域。最大真實(shí)應(yīng)變值為1.243×10－3。由胡克定律可知，其最大變形量為 Δ =1.243×10－3×2 mm=2.486×10－3mm。變形量非常小。變形量在允許范圍內(nèi)，所以不會(huì)影響動(dòng)中通的正常工作。(b)是風(fēng)速為30 m/s時(shí)，動(dòng)中通等效模型的真實(shí)應(yīng)變E云圖，動(dòng)中通的應(yīng)變發(fā)生在迎風(fēng)區(qū)域。最大真實(shí)應(yīng)變值為1.558×10－3。同理，由胡克定律可知，其最大變形量為Δ =1.558 ×10－3×2 mm=3.116 ×10－3mm。同樣，其變形量也非常小。所以在風(fēng)速為11級(jí)時(shí)，沒(méi)有對(duì)動(dòng)中通車(chē)造成破壞。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)兩種情況下的有限元分析可知，風(fēng)速為25 m/s(8級(jí)大風(fēng))的環(huán)境條件下，動(dòng)中通車(chē)能夠正常工作。在風(fēng)速為30 m/s(11級(jí)大風(fēng))的環(huán)境條件下，動(dòng)中通車(chē)沒(méi)有被破壞。結(jié)果說(shuō)明所設(shè)計(jì)的動(dòng)中通車(chē)能夠滿足風(fēng)載荷的環(huán)境適用性要求。

［1］ADK天線用戶手冊(cè).

［2］www：//霸道2700標(biāo)準(zhǔn)型_參數(shù)__愛(ài)卡汽車(chē)網(wǎng).mht.

［3］馮大成.某型天線車(chē)抗傾覆能力的與計(jì)算與檢驗(yàn)［J］.電子機(jī)械工程.2010(27)：2.

［4］儲(chǔ)超.新型移動(dòng)式瀝青混凝土攪拌樓樓架的結(jié)構(gòu)分析和優(yōu)化［D］.南京：南京理工大學(xué).2012.