基于Hypermesh模组安装骨架有限元分析

何灵　何啸月　陈佳文

摘 要：针对某安装有模组模块的骨架在吊装和有振动的环境安全性问题，建立骨架的实体模型，将骨架模型实体通过有限元接口技术导入有限元分析软件，基于Hypermesh软件对骨架进行强度分析和动力学分析，得到了骨架的变形数据，并提出优化方案。

关键词：有限元分析；强度；Hypermesh

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.20.132

1 引言

此骨架内安装有28个模组模块，安装完后的骨架作为储能系统主要部件。在吊装和有振动的安装平台中要承受水平、纵向和垂向多种载荷，设计中足够的强度分析至关重要 ，若强度不足，将会导致吊装中断裂和工作中疲劳破坏。

近年来，CAD、CAE逐渐成为企业提高质量的有效手段，Hypermesh作为一种高性能有限元前后处理软件，具有较高的处理速度，适应性和可定制性，与多种CAD和CAE软件有良好的接口，最重要的是还提供了多种求解器的接口 。利用Hypermesh的前后处理，对骨架进行有限元分析。

2 骨架有限元模型

本文中所讨论的骨架结构特点为方管焊接而成，包括上下安装板、底部横纵梁、支撑梁和纵横梁组成，各梁和安装板材质都为铝合金，安装板上有安装模块的固定孔。利用UG建立骨架的三维模型，然后导入到Hypermesh中，由于骨架主要是由方管组成焊接而成，因此框架主要是由梁单元，安装板离散成壳单元，模块利用加载在骨架上的载荷表示。

3 计算参数及工况分析

整体骨架重量约为1.2吨，28个模块总重量约为1吨。骨架用铝合金的抗拉强度为290MPa，屈服强度为270MPa。

在骨架的计算分析中，采用IEC61373《机车车辆设备冲击振动试验》标准，进行冲击试验仿真模拟。对被试设备施加一系列持续时间为D，峰值为A的单个半正弦脉冲。

其中冲击加速度试验分为垂向、横向和垂向，波形与峰值如表1所示，本文采用安装方式为1A级和B级车身装。

4 分析及结果

工况1为骨架在地面静止，无其他载荷时，最大位移为0.6mm，最大应力值为22.3MPa，骨架处于稳定状态。

工况2为骨架在吊装时，最大位移为1.19mm，最大应力值为37.6MPa。

工况3为骨架在受到水平方向的载荷，无其他方向的载荷的情况下，最大位移为1.43mm，最大应力值为56MPa。

工况4为骨架在受到垂向和纵向的载荷，无其他方向的载荷的情况下，最大位移为3.2mm，最大应力值为107MPa。

工况5为骨架在受到垂向、纵向和水平的载荷，最大位移为3.4mm，最大应力值为140MPa。

5 优化模型

水平刚度>纵向刚度>垂向刚度，各值受尺寸影响程度递增，在综合载荷下，最大应力值已达到140MPa，从分析中可以得出在设计中上安装板厚度要增加，并适度增强两侧上安装板的支撑刚度。

优化后的骨架在受到垂向、纵向和水平的载荷时，应力和位移如图2所示，最大位移为2mm，最大应力值为88MPa。对于优化后的设计，最大位移由3.4mm降低到2mm，安全系数由1.9提高到3，提高了整体结构的强度，满足设计的要求。

6 结束语

Hypermesh软件作为应用广泛的CAE软件的一种，最著名的特点是它所具有的强大的有限元网格划分前处理功能，并能夠与众多CAD系统和有限元求解器进行方便的数据交换的有限元前后处理工具，对于提高有限元分析工作的质量和效率具有十分重要的意义。本文对某骨架进行了模拟仿真，分析了各种工况下的变形特征，并对模型的薄弱点进行加强和优化，为今后骨架的结构设计和提供了理论依据。

参考文献：

[1]李伯虎，柴旭东等.复杂产品虚拟样机工程的研究与初步实践[J]. 系统仿真学报，2002，14（03）：336-341.

[2]于开平，周传月，谭惠丰等. Hypermesh 从入门到精通[M].北京：科学出版社，2005（05）.endprint