铰接式对开泥驳铰链系统受力分析及优化设计(2)
【作者】网站采编
【关键词】
【摘要】FW=5.0(d-a)2LP=25 kN 使半体打开闭合力矩: M=FSh2-FWh3+Δb1-WLb2-WSb3= 533.51 kN·m 液压水平静力: 甲板铰链水平静力: 当铰链臂顶部受到液压缸施加的水平静力为
FW=5.0(d-a)2LP=25 kN
使半体打开闭合力矩:
M=FSh2-FWh3+Δb1-WLb2-WSb3=
533.51 kN·m
液压水平静力:
甲板铰链水平静力:
当铰链臂顶部受到液压缸施加的水平静力为222.30 kN,此时处于满载状态,铰链臂和铰链支撑两半体及整船重量,为铰链臂受力最大处。笔者对该状态进行静力分析。
4 有限元分析
4.1 模型简介
分别建立整体式铰链臂模型和原铰链臂模型,如图9,采用ANSYS进行有限元分析,应力单位为N/mm2,位移单位为mm。
整体式铰链臂顶端留有铰链孔与液压油缸铰接,与原铰链臂相比底端留有铰链孔与甲板铰链铰接,并增加了纵向的加强筋。底端面均焊接在船体甲板,通过液压油缸推、拉实现对开泥驳的打开闭合。该铰链臂为空心结构,壁厚20 mm,采用加强筋增强强度和刚性,减轻重量,降低成本。
图9 铰链臂模型Fig. 9 Hinge arm model
4.2 材料属性
采用线性静态结构分析,需要给出弹性模量和泊松比,铰链臂为Q235普通碳素结构钢,如表1。
表1 模型材料属性Table 1 Model material properties模型材料密度/(kg·m-3)弹性模量/GPa泊松比屈服强度/MPa抗拉强度/GPaQ235普通碳素结构钢7 .
4.3 网格划分
采用默认单元尺寸,划分自由有限元网格,如图10。
图10 有限元网格划分Fig. 10 Finite element mesh generation
4.4 施加载荷并计算
顶端圆孔施加水平沿X轴负方向为222.30 kN的压力,将底端面约束,3个方向的平动自由度和旋转自由度均为0,得到整体式铰链臂和原铰链臂的应力云图和位移云图,如图11、图12。
图11 应力云图Fig. 11 Stress nephogram
图12 位移云图Fig. 12 Displacement nephogram
4.5 结果及分析
从图11、图12中可以看出,整体式铰链臂应力分布较为均匀,没有出现集中应力区域,最大应力仅为31.99 MPa,远小于铰链臂屈服强度235 MPa。整体式铰链臂位移主要发生在铰链臂与液压缸铰接处,越往下位移越小,最大位移为0.307 2 mm。原铰链臂最大应力为154.6 MPa,虽然小于铰链臂的屈服强度235 MPa,但由于结构设计不合理,仍有可能出现铰链卡死,使得支座受力超过了它的极限强度,从而发生断裂。原铰链臂最大位移为3.640 6 mm,同样发生在顶部与液压缸铰链铰接处,远大于整体式结构的形变。
通过分别建立原铰链臂和整体式铰链臂的有限元模型对比分析得出,在施加同样液压水平推力的条件下,改进后的结构承受应力和应变的能力远大于原结构,且结构更为合理。
5 结 语
笔者对一小型60 m3内河对开泥驳在航行和作业过程中遇到的数次甲板铰链和铰链臂撕裂的故障进行研究,从结构型式和受力两方面对该故障进行分析,并对对开泥驳的铰链结构及布置进行优化设计,将两种铰链系统的结构布置进行了对比,最后用有限元的方法对整体式铰链臂和原铰链臂进行强度计算分析。计算结果表明,将铰链和铰链臂设计成整体结构更为合理,且满足强度规范要求。
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文章来源:《船舶工程》 网址: http://www.cbgczzs.cn/qikandaodu/2021/0225/364.html
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