手动换电设备结构分析范文

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《机械工程与自动化杂志》2014年第二期

1结构强度分析

1.1边界条件的施加Hypermesh做前处理的目标是创建一个可以直接提交求解器求解的文件，因此此次分析边界条件的施加也将在Hypermesh里进行。夹具通过夹具上的4个螺栓孔与换电设备相连接，因此选用Beam188单元、Mass21单元和Rbe3单元来模拟螺栓连接，约束Beam188单元的3个平动自由度和沿x，y方向的转动自由度，如图4所示。参考换电设备企业标准选取结构强度分析的工况：电池箱对夹具的作用力为沿－y方向7644N（3g过载）；电池箱对锁止机构的作用力为沿－x方向2548N（1g过载）。电池箱的质量大约为260kg，电池箱对夹具的作用以分布力的方式加载在中间梁和锁止机构盒的相关节点上，分布方式如图5所示。将相应的cdb文件用Readinputfrom功能读入ANSYS，并在ANSYS里添加必要的求解控制选项，完成求解，得到的夹具的变形和应力云图如图6和图7所示。

1.2结构强度分析的结论由图6、图7可以看出，夹具的最大变形出现在夹具两侧的中部，最大变形量为0．690mm，这反映出夹具在z方向上的刚度相对较差。最大应力出现在锁止机构盒处，最大应力为181．2MPa，此外中间梁加强筋、框架纵梁的应力也较大，但均未超出材料的屈服极限235MPa，因此满足设计要求。

2夹具的模态分析

一个N自由度振动系统的运动微分方程可以示为：由于模态分析是分析结构在自由振动下的振动特性且系统阻尼影响较小可以忽略不计，故将式（1）简化为：求解式（2）和式（4）的过程，就是对结构进行模态分析的过程，通过求解这两个方程，可以得到结构的固有频率ω和固有振型。ANSYS提供了7种模态提取方法，本文利用分块兰索斯法（BlockLanczos）计算了夹具的固有频率和振型，夹具的前6阶固有频率如表2所示，各阶模态的振型图如图8～图13所示。结合表2和图8～图13可知，夹具前6阶模态的振型主要表现为夹具台面的局部振动与夹具整体框架绕x轴的弯曲、扭转。这再一次反映了夹具整体框架在z方向上的刚度相对较差，同时，夹具台面中部的刚度也不理想，设计时应注意加强这两处的刚度。

3结论

（1）在企业标准规定的工况下，夹具的最大应力出现在锁止机构盒处，最大应力为181．2MPa，此外中间梁加强筋、框架纵梁的应力也较大，但均未超出材料的屈服极限235MPa，因此满足设计要求。（2）由最大变形出现的部位以及后来的模态分析可以看出，夹具在z方向上的刚度相对较差，因此，在后续的优化设计中可以适当增加框架横梁的数量或壁厚，以提高整体刚度。（3）由模态分析可以看出，夹具台面中部的局部刚度较差，因此，在后续的优化设计中可以适当布置一些加强筋，以提高台面中部的局部刚度。

作者：郭亮王飞陈晓楠罗发强单位：山东省电力公司许继电源有限公司