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本文基于對沖擊試驗臺臺面的固有頻率及動力強(qiáng)度的有限元分析，擬通過建立起臺面的有限元模型，運(yùn)用模態(tài)實驗和有限元計算，識別出臺面的振型、固有頻率，為沖擊試驗臺臺面基于有限元模擬設(shè)計提供一定的依據(jù)。
首先，對已有臺面樣機(jī)進(jìn)行了試驗?zāi)B(tài)測量，分析其結(jié)構(gòu)的動態(tài)特性，為進(jìn)一步改進(jìn)提供依據(jù)。緩沖墊提供脈寬為6 ms到20 ms的半正弦沖擊力，沖擊速度為3.5 m/s，提供的加速度從5 g到100 g不等。脈沖力含有不同的頻率成分，因此需要對臺面進(jìn)行模態(tài)分析，檢驗臺面和脈沖力的頻率成分，如果頻率耦合程度強(qiáng)，則需要修正臺面結(jié)構(gòu)設(shè)計。
對本沖擊試驗系統(tǒng)而言，最惡劣的環(huán)境條件為D=6 ms。當(dāng)D=6 ms時，要保證工作臺面產(chǎn)生的波形不失真，工作臺面的固有周期應(yīng)小于0.0006 s，工作臺面的固有頻率應(yīng)大于1 667 Hz。要保證波形失真小于10%，工作臺面的固有周期應(yīng)小于0.0027 s，工作臺面的固有頻率應(yīng)大于370 Hz。實際應(yīng)用中，要保證工作臺面的固有頻率大于1667 Hz是十分困難的，因此只要保證工作臺面的固有頻率大于370 Hz，在工程應(yīng)用中可以滿足需求。臺面受到?jīng)_擊時，近似自由邊界條件，因此計算時采用自由邊界條件。
臺面結(jié)構(gòu)主要由上下平板和橫縱肋板構(gòu)成，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，按照設(shè)計圖紙，采用Pro/E準(zhǔn)確建立模型后，導(dǎo)入有限元通用計算軟件ANSYS進(jìn)行計算。
結(jié)構(gòu)網(wǎng)格模型及坐標(biāo)，單元選用solid45，共劃分成20306個節(jié)點(diǎn)，83521個單元。圖1為臺面有限元模型。
脈寬為6 ms的沖擊激勵包括的主要頻率成分都遠(yuǎn)離臺面的固有頻率成分，滿足沖擊試驗要求。這對進(jìn)行瞬態(tài)動力響應(yīng)求解，動強(qiáng)度校核也是有利的，說明結(jié)構(gòu)設(shè)計是比較合理的。臺面的一階固有頻率為442.39 Hz，遠(yuǎn)大于保證波形失真小于10%的臺面最小頻率370 Hz，可滿足波形失真要求。
臺面承受沖擊響應(yīng)，主要進(jìn)行動強(qiáng)度校核。但靜強(qiáng)度分析對動強(qiáng)度分析也具有參考作用。動強(qiáng)度校核按最不利設(shè)計要求的100個重力加速度，最大負(fù)載3噸作用下校核。動強(qiáng)度校核方法，結(jié)構(gòu)自重1噸，負(fù)載通過螺釘與臺面連接，在短暫的碰撞過程中，認(rèn)為負(fù)載通過螺釘對臺面的沖擊為最危險情況，緩沖器近似認(rèn)為臺面的約束條件，進(jìn)行瞬態(tài)動力學(xué)分析。
靜強(qiáng)度分析
縱邊方向?qū)U約束，3噸負(fù)載作用在臺面中心時強(qiáng)度校核，按四個螺釘、四個集中力處理從表2看出，在非沖擊狀態(tài)下，應(yīng)力值遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于許用應(yīng)力值175 Mp(2)動強(qiáng)度校核臺面結(jié)構(gòu)有許多肋板加強(qiáng)結(jié)構(gòu)承載能力，在相同負(fù)載情況下，螺釘布置應(yīng)均勻分布，充分利用肋板的加強(qiáng)作用，這樣能夠承受更大的沖擊載荷。碰撞過程中，負(fù)載臺面接觸位置，面積的大小直接確定著瞬態(tài)分析過程中載荷施加的方式與大小，對結(jié)構(gòu)強(qiáng)度校核具有重要意義。沖擊力大小可近似按有效接觸面積均布。沖擊過程的脈沖力時程曲線按脈寬為6 ms的半正弦波如圖描述，沖擊力幅值按負(fù)載獲得100 g加速度的慣性力施加。
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