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集控中心主体结构强度仿真

  • 集控中心主体结构强度仿真

    集控中心主体结构强度仿真

    客户：航天电液      服务：CAE仿真

    客户：航天电液
    服务：CAE仿真

    • 项目背景

    The Background

    根据客户要求，集控中心主体结构强度按照以下方面进行分析，分析过程将简化模型，建立有限元分析模型，并基于有限元分析模型，施加边界条件求解：1、分析100KG重物（煤块）从1M高位置落下，结构不能有明显的变形；2、分析计算控制台安装状态的变形量；3、分析计算上下吊耳在吊装过程中的强度满足要求；4、分析叉车装载过程中满足装载要求。

    集控中心主体结构强度分析输入

    模型前处理

    鉴于模型的复杂性与实际分析目标，对模型做简化处理，在不影响分析结果的前提下，只保留与分析目标相关的部分

    材料参数设定

    • 材料名称
      Q345
    • 密度（g/cm3）
      7.8
    • 弹性模量（MPa）
      210000
    • 泊松比
      0.32
    • 屈服强度 （MPa）
      345
    • 材料名称
      铸造合金钢
    • 密度（g/cm3）
      7.8
    • 弹性模量（MPa）
      210000
    • 泊松比
      0.32
    • 屈服强度 （MPa）
      355
    • 材料名称
      Q345
    • 密度（g/cm3）
      7.8
    • 弹性模量（MPa）
      210000
    • 泊松比
      0.32
    • 屈服强度 （MPa）
      345
    • 材料名称
      铸造合金钢
    • 密度（g/cm3）
      7.8
    • 弹性模量（MPa）
      210000
    • 泊松比
      0.32
    • 屈服强度 （MPa）
      355

    网格划分与边界条件设定

    主体结构采用shell单元，总单元数403327，总节点数400542

    煤块结构图

    煤块采用实体单元，煤块尺寸600*400*400（长*宽*高），总质量100KG

    分析工况设定

    A：分析100KG重物（煤块）从1M高位置落下
    煤块施加：速度4.427m/s^2，固定约束框架底部，计算跌落时间0.2s

    分析工况设定

    B：分析计算控制台安装状态的变形量
    约束框架底部，整体施加重力加速度1G，查看控制台变形

    分析工况设定

    C：分析计算上下吊耳在吊装过程中的强度满足要求
    简化单个吊耳受力：（1800*0.25+（100+100+120+120+140）*0.5）*9.8*2=14504N

    分析工况设定

    D：分析叉车装载过程中满足装载要求
    约束插车臂，整体施加1.5G重力加速度

    计算结果与分析

    下吊耳计算结果

    下吊耳起吊最大应力128.5MPa，小于345MPa，满足要求

    上吊耳计算结果

    上吊耳起吊最大应力342.5MPa，小于355MPa，满足要求

    叉车装运计算结果

    叉车装运最大应力197.2MPa，小于345MPa，满足要求

    操作台变形计算结果

    操作台最大安装状态变形量1.158mm

    1M高煤块跌落计算结果

    主体结构最大应力小于345MPa，满足要求

    结论

    计算结果

    上下吊耳起吊强度

    • 编号
      01
    • 计算工况
      上吊耳起吊强度
    • 计算结果
      128.5MPa
    • 备注
      建议顶部垂直起吊，焊接状态良好前提下，结构起吊过程满足要求
    • 编号
      02
    • 计算工况
      下吊耳起吊强度
    • 计算结果
      342.5MPa
    • 备注
      建议顶部垂直起吊，焊接状态良好前提下，结构起吊过程满足要求
    • 编号
      01
    • 计算工况
      上吊耳起吊强度
    • 计算结果
      128.5MPa
    • 备注
      建议顶部垂直起吊，焊接状态良好前提下，结构起吊过程满足要求
    • 编号
      02
    • 计算工况
      下吊耳起吊强度
    • 计算结果
      342.5MPa
    • 备注
      建议顶部垂直起吊，焊接状态良好前提下，结构起吊过程满足要求

    计算结果

    叉车装运及操作台变形量

    • 编号
      01
    • 计算工况
      叉车装运
    • 计算结果
      197.2MPa
    • 备注
      强度满足要求
    • 编号
      02
    • 计算工况
      操作台变形量
    • 计算结果
      变形量1.158mm
    • 备注
      强度满足要求
    • 编号
      01
    • 计算工况
      叉车装运
    • 计算结果
      197.2MPa
    • 备注
      强度满足要求
    • 编号
      02
    • 计算工况
      操作台变形量
    • 计算结果
      变形量1.158mm
    • 备注
      强度满足要求

    计算结果

    煤块跌落

    • 编号
      01
    • 计算工况
      1M高100KG煤块跌落
    • 计算结果
      结构无大面积屈服(不可恢复变形)现象出现
    • 备注
      满足要求
    • 编号
      01
    • 计算工况
      1M高100KG煤块跌落
    • 计算结果
      结构无大面积屈服(不可恢复变形)现象出现
    • 备注
      满足要求

    结论及建议

    • 结构满足要求
    • 但由于矩管焊接的地方较多，焊接后容易弯曲变形，建议焊接的时候局部增加焊接加强版、焊接过程制作工装夹具、平行焊接位置需要加坡口，保证焊接质量，降低变形量
    • 1M高100KG煤块跌落，结构不会出现明显的不可恢复变形，但局部的焊接位置会出现失效（这种失效与焊接质量直接相关，后续实际产品使用过程中关注顶部焊接局部位置）
    • 关于吊耳起吊装运，建议制造专用吊装工具（如果需要从顶部起吊）垂直起吊，或优先采用底部吊耳吊装的方式
    • 顶部钢板厚度≥6mm，计算中采用的是6mm，主体框架材料为Q345
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