基于ABAQUS的动中通车风载荷有限元分析

2013-10-20高亮

机械制造与自动化 2013年6期

高亮

(安徽四创电子股份有限公司，安徽合肥230061)

0 引言

能否满足环境适应性的风载荷要求，很大程度上都体现出动中通车的可靠性、安全性等性能。本文以某项目的ADK动中通在环境要求的两种风速下为例，简要介绍了动中通天线车的抗风能力的计算和有限元分析。环境条件要求以GB/T16945－1997《Ku频段卫星电视地球接收站通用规范》规定作为输入要求。动中通车抗风能力为：风速为20 m/s(8级大风)，动中通车正常工作;风速为30 m/s(11级大风)，动中通车不被破坏。

1 建立动中通有限元模型

所选用的动中通天线为ADK，直径为1 200 mm，高度为580 mm，其结构如图1所示［1］。ADK天线的质量为65 kg。ADK天线是通过10个M10螺栓固定在车顶的安装平台上。

图1ADK天线机构

本项目所选用的车型是霸道2 700标准型，其结构参数如表1 所示［2］。

表1 霸道车的结构参数

由于车体的结构复杂，所以对车结构进行简化等效处理。所得到ADK动中通的等效模型图如图2所示。其等效模型的网格图，如图3所示。等效的模型不会影响风载荷分析结果。

图2 ADK动中通等效模型

图3 ADK动中通等效模型的网格图

2 动中通的风载荷计算

风载荷的计算公式为［3］

式中：C为风力系数;q为基本风压;Kh为高度系数;A为迎风面积。

1)风力系数

风力系数与天线车的外形结构和尺寸有关，根据ADK天线的结构形式及以往经验等综合因素考虑后选取C=1.0。

2)基本风压

式中：ρ为空气密度;V为风速。

ρ取15℃时空气密度1.25 kg/m3，取风速V=20 m/s的情况，得q=250.0 N/m2，取风速V=30 m/s的情况，得q=562.50 N/m2

3)高度系数

高度系数取Kh=1.0。

4)迎风面积

迎风面积A为动中通车的有效面积。

式中：A1为车的迎风有效面积2.7 m2;

A2为支架的迎风有效面积3.2x10－4m2;

A3为ADK天线的迎风有效面积0.696 m2。

5)两种情况下风载荷(表2)

表2 两种情况下风载荷数值

3 动中通的有限元结果与分析

材料属性设置 Young’s Modulus(杨氏模量)为210 000，Poisson’s Ratio(柏松比)为0.3。

所施加的除了上述所计算的风载荷外;还有动中通的自重，在ABAQUS中需加上其重力加速度即可［4］。

两种情况下进行风载荷的有限元分析结果，如图4(a)，(b)，图5(a)，(b)所示。

图4 动中通等效模型图

图4中，(a)是风速为20 m/s时，动中通等效模型的Mises应力云图，最大的应力值为259.4 MPa，此最大应力发生在迎风接触区域。汽车的外壳材料为BH钢板，其最大许用应力为340 Mpa。ADK天线许用最大应力为380 MPa。最大应力值在许用应力范围内，满足工作载荷要求。即ADK动中通车能够正常工作。(b)是风速为30 m/s时，动中通等效模型的Mises应力云图，最大的应力值为325.2 MPa，此最大应力发生在迎风接触区域。汽车的外壳材料为BH钢板，其最大许用应力为340 Mpa。ADK天线许用最大应力为380 MPa。最大应力值在许用应力范围内。即在风速为11级时，车体安装天线后不会被破坏。

图5 动中通等效模型的真实应变E云图

图5中，(a)是风速为20 m/s时，动中通等效模型的真实应变E云图，动中通的应变发生在迎风区域。最大真实应变值为1.243×10－3。由胡克定律可知，其最大变形量为 Δ =1.243×10－3×2 mm=2.486×10－3mm。变形量非常小。变形量在允许范围内，所以不会影响动中通的正常工作。(b)是风速为30 m/s时，动中通等效模型的真实应变E云图，动中通的应变发生在迎风区域。最大真实应变值为1.558×10－3。同理，由胡克定律可知，其最大变形量为Δ =1.558 ×10－3×2 mm=3.116 ×10－3mm。同样，其变形量也非常小。所以在风速为11级时，没有对动中通车造成破坏。