某扬升系统悬架结构的有限元分析

刘浩江

摘 要：本文以某扬升系统悬架为研究对象，对其工作状态进行分析，并建立了悬架的模型。考虑不同海况对悬架工作的状态影响，采用ANSYS软件建立有限元模型并进行刚强度的计算，分析悬架在不同工况下使用后的受力变形情况。分析结果对悬架的使用和优化有一定参考意义。

关键词：悬架；强度分析；有限元法

中图分类号：U463.33 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2018）14-0070-02

Finite Element Analysis of the Structure of Suspension

LIU Haojiang

（The 713 Research Institute of CSIC，Zhengzhou Henan 450015）

Abstract： In this paper， a certain type of Suspension was studied， its working characteristics were analyzed and the model was established. Considering the different working conditions of the suspension， the finite element analysis model was built by software ANSYS to study its strength. Combined with the actual situation， the different working conditions were analyzed. The results of the analysis were useful for the optimization and the use of the suspension.

Keywords： suspension；finite element analysis；strength analysis

懸架是扬升系统的重要组成部分。左右转运装置、左右升降机和传动装置均安装在悬架上。本文采用有限元法，结合试验采集的数据，对某扬升系统的悬架结构进行有限元强度分析[1-5]。

1 悬架的工作特性

1.1 某扬升系统的悬架结构

图1为该型扬升系统的悬架结构。悬架除受安装在上面的装备重力的影响外，还会受到不同海况造成的质心过载及在不同海况中装置回转时产生的惯性力的影响，故而会频繁受力。另外，悬架的工作对象是整个扬升系统，其必须在各种工况下安全、可靠地将所有部件连接在一起，因此加强对结构刚强度的研究很有必要。

1.2 悬架的受力分析

考虑到除受安装在其上的各部件重力的影响外，悬架还受到不同海况对其质心位置的影响以及火炮回转惯性力矩的影响，悬架的受力为：

[F=F1+F2+F3+F4+F5+M] （1）

式中，[F1]、[F2]为左右升降机的重力；[F3]为传动装置的重力；[F4]、[F5]为左右转运装置的重力；M为火炮回转时最大惯性力。

图1 某型悬架结构示意图

2 有限元模型的建立

2.1 计算模型的建立

基于悬架及整个扬升系统工作的特点，在不影响有限元计算结果的基本原则下进行简化分析：①忽略结构上不影响力学特性的细小特征和细小零部件；②假设悬架连结盘上平面全约束，连结盘与立柱之间、立柱与平台之间为接触，即其内部之间全约束；③在ANSYS Workbench中对悬架进行加载分析。

2.2 计算工况选择

根据结构特点及运行环境的特点，考虑不同海况下船体摇摆沉浮引起的质心过载及实际使用情况，对五级海况、九级海况下的悬架受力情况进行分析。

3 计算结果分析

3.1 五级海况下悬架的受力

在Pro/E 5.0下建立三维实体模型。五级海况时，某船体摇摆和升沉引起该舰炮质心过载系数为：

[nx=0.077ny=1.225nz=0.374] （2）

火炮最大回转加速度[α]为0.785rad/s2；悬架总转动惯量Iyy为2.98×103kg·m2，悬架受到最大惯性力矩为：

[M=Iyy×α] （3）

将上述数据带入式（3）可得出[M]为2 339.3N·m。

按五级海况时过载系数对悬架进行加载分析，应力云图见图2和图3。

然后對悬架进行网格划分，最后导入ANSYS求解可知：舰炮在五级海况下，悬架的最大应力出现在前立柱上部拐弯区域，应力值为152MPa。连接环和平台均是蓝色区域，最大应力不超过33MPa。

立柱材质选用低合金高强度结构钢，许用应力[σs=345MPa]，则安全系数为345/152=2.27。

连结盘和平台材质选用铝及铝合金轧制板材，许用应力[σp=160MPa]，则安全系数为160/33=4.85。

最大变形出现在平台边缘，变形量为1.79mm。

3.2 九级海况下悬架的受力分析

按九级海况时过载系数对悬架进行加载分析，应力云图见图5和图6。