关于救生舱加强肋布局合理性的有限元分析.pdf

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编号:20181110215920298111    类型:共享资源    大小:1.06MB    格式:PDF    上传时间:2019-02-16
  
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救生舱 有限元 救生舱的 有限元分析 的分析
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2013年第19期 SCⅢNCE&砸a矾0LOGYⅨF黜1r10N 0科教前沿O 科技信息 关于救生舱加强肋布局合理性的有限元分析 周晴晴景子龙程甘霖 (安徽理工大学机械工程学院,安徽淮南232001) 【摘要】本文运用solidworks软件对两种具有不同加强肋布局的救生舱进行了建模,通过有限元方法对其进行求解计算.得出两种不同布 局模型6的应力云图和位移云图:分析结果表明,在救生舱外围合理的布局加强肋,不仅可以提高救生舱的稳定性和可靠性,还能减少加强肋 的数量,节约制造成本。 【关键词】救生舱;加强肋;稳定性 0引言 本文运用solidworks软件中的实体建模功能建立两种具有不同 外围加强肋布局的救生舱模型.通过有限元的方法对两种布局形式的 结果进行了计算,最后得到了较为合理的的加强肋布局,为合理设计 救生舱整体结构提供了参考依据。 1救生舱简介 可移动式救生舱是指可通过牵引、吊装等方式实现移动.能适应 井下采掘作业地点变化要求的避险设施,其具备安全防护、氧气供给 保障、有害气体去除、环境监测、通讯、照明、人员生存保障等基本功 能,在无任何外界支持的情况下额定防护时间不低于96小时。 救生舱由三部分组成,分别是过渡舱、生存舱和设备舱。救生舱一 般不是整体的.而是由多个外形基本相似的分体组合而成.它们之间 依靠法兰螺栓连接.如图1所示. ,÷;t: 图1救生舱结构图 2救生舱模型的建立 蝴 过葭托琶封n 因为救生舱是分体式的,为便于分析计算,只选取其中的一部分 作为研究对象并建立模型,文章建立的两种不同的模型.它们外围的 加强肋数量和布局不用。如图2和图3所示。图2在舱体的上侧均匀 布置了四根加强肋,而两侧均匀布置了五根加强肋。图3在舱体的上 侧均匀布置三根加强肋,两侧没有变化,分别称之为模型一和模型二。 图2加强肋布局一 作者简介:周晴晴,男,安徽理工大学机械工程学院2010级硕士研究生。 图3加强肋布局二 3不同加强肋布局救生舱部件有限元分析 3.1模型材料的选取 目前全国生产制造救生舱的厂家将近30家.产品类型和型号很 多,根据调查显示救生舱材料多为Q345,其材料特性如表l: 密度 屈服极限 强度极限 弹性模量 泊松比 7.8×l 03k∥m3 345MPa 3.2前处理 为缩短计算时间,在划分网格之前对模型进行了适当的简化.选 择了大小合适的网格,这样即可以减小运算时间又能够使运算结果更 精确。模型在舱体的底端及法兰上的螺纹孔位置施加了全约束用以限 制舱体及法兰的移动。根据矿用可移动式救生舱的相关标准.在除底 部外的其他三个面上均匀施加2MPa的静载荷。 3.3求解及结果分析 本文通过solidworks中的simulation功能进行有限元计算.得到 了两种模型的应力及位移云图,计算结果如图4和图5所示. 嬲秘 囊:= 簟}曼 图4模型一位移云图 f下转第66页 万方数据 2013年第19期 SCⅢNCE&1tECl矾0LOGYⅡ盯0RMAll0N 0科教前沿O 科技信息 否会与其安装支架分离或以危险的方式分离。它应用于应急着陆期间 与安装支架分离后可能危及乘员、燃油系统或应急撤离装置安全的设 备。按设备在飞机上的安装方位,沿飞机的三个坐标轴,6个方向进行 坠撞安全冲击试验。其中,持续加速度试验时间为每方向至少3秒钟, 试验量值见表l。 持续加速度试验量值表 有关试验方法、控制、容差等相关要求具体详见RTCA—D0160。 3.2动强度设计 航电系统供应商通常选择试验的方式来验证航电系统设备的动 强度。 a)振动、冲击和坠撞安全试验 按照RTcA—DOl60《机载设备机械环境试验大纲》的第七章“冲击 和坠撞安全”和第八章“振动”来进行鉴定试验。 1)冲击和坠撞安全环境试验包括:功能冲击试验和坠撞安全试验; 2)振动环境试验包括:功能振动试验、耐久振动试验和高量值振 动试验。 具体的试验内容和试验量值由系统设备的安全等级和安装位置 确定。有关试验方法、控制、容差等相关要求具体详见RTcA—D0160。 这里需要注意.对于一些影响飞机继续安全飞行及着陆的至关重要的 航电系统设备.需要进行高量值振动试验.以满足在发动机发生FBO 状态下的强度要求。 b)风车载荷鉴定试验 对于一些影响飞机继续安全飞行及着陆的至关重要的航电系统 设备.为满足在发动机发生风车状态下的强度要求.除了要进行 RTcA—D0160所规定的机械环境试验外.还要进行风车载荷鉴定试 验。需要进行风车载荷鉴定的系统设备清单根据设备的安全性等级确 定。风车载荷鉴定试验的目的是考核设备在风车振动环境条件下能否 满足功能要求。风车载荷鉴定试验要在振动台上进行。如果设备通过 减振装置连接在结构上.那么设备要同减振器一起进行试验。 3.3设备安装支架静强度校核 民用飞机的航电系统设备一般通过安装支架与飞机结构连接。因 此.对于航电系统.除了考虑系统设备本身的强度设计之外,还需校核 设备安装支架的静强度。通常。航电系统设备安装支架结构形式较为 简单,其静强度校核的主要校核对象和校核要点如表2所示。 表2航电系统设备安装支架静强度校核对象和校核要点 ;安装支架 支架与设备连援处鬃崮件及紧崮 …●’…_。…’………T’_,’一-紧固件拉力×接头系数拉伸许用值: 件孔 紧固件孔挤压应力x接头系数挤压许用值 支架与飞机结构连接处紧固件及 紧固件剪力×接头系数剪切许用值:紧固件拉力×接头系数拉伸许用值: 紧固件孔 紧固件孔挤压应力×接头系数挤压许用值 支架接头(部分支架采用接头形式) 接头应力×接头系数材料许用强度 4结论 本文以某型航电系统的强度设计为例.说明了民用飞机航电系统 的强度设计要求及校核、验证方法。通过本文总结的航电系统强度设 计方法,验证其系统设备及安装满足强度要求,符合适航条款。此外, 航电系统一般是由供应商设计.主制造商则负责设备安装集成。本文 总结的航电系统强度设计思路.也可以作为主制造商在强度专业对于 系统供应商监控工作的参考。e 【参考文献】 [1]Feded Aviation AdIllinistration.FAR25.Airworthine8s st锄dards:Thnsport category Airplanes[s】.2008. (2]Europe锄Avi砒ion safety Agency. cs25.cert珩cation specmc撕ons and Acc。ptable Means of compliance for I丑’ge Aeroplane8【司.20l 1. f 3]中国民航总局:ccAR25一R4.中国民用航空规章第25部——运输类飞机适 航标准【s】.2011. [4]Federal Aviation Ad面nistration.Ac25—24 sustained En舀ne IlIlb山nce阎. 2000. [5]Environmental En舀neering consideradons锄d Labomtory Tests.Mn—S1D一 810G..Dep埘ment Of Defense Test Method St粕dard【S】.2008. [6]Envir0啪ental condiⅡons and TeSt Proced叫es for Airbome EqIlipmem.R1℃A DO一160G R1rcA[s].2010. (上接第64页)鼹驴 图5模型二位移云图 摹;兰 。li基 本文对两种具有不同加强肋布局的舱体进行了有限元分析.对比 应力及位移云图可得以下结论:两种救生舱模型的两侧因为加强肋的 的数量和布局相同.所以其应力及位移分布结果基本一致。但模型二 的上侧明显减少了应力集中现象:对比位移云图可以发现.两种模型 中产生最大位移的位置均处于其上侧中间位置.最大位移量见表2。 表2两种模型最大位移量对比 模型r—一一一 模型一 模型二 最大位移量 7.08m 6.47rrun [责任编辑:王迎迎] 通过表2可以看到救生舱上侧的最大位移并没有因为加强肋数 量的减少而变大,反而模型二要比模型一的最大位移减少0.6l一。由 此可见合理的布局加强肋不仅能够增强救生舱的稳定性.还能够减少 使用材料、节约成本。 4结论 通过对两种具有不同加强肋布局的救生舱部件有限元分析.得出 两种模型的应力及位移云图。对比结果可以看到,如果能够合理布局加 强肋的位置.就可以用较少的加强肋数量达到更理想的效果。这样不 仅能够提高救生舱的稳定性还能够降低救生舱的制造成本.所以本次 分析具有很大的现实意义,可以为技术人员提供一定的理论支持。l叁 ’, 【参考文献l [1]徐黄.矿井救生舱应急救援系统研究[D】.北京:北京科技大学,2009. [2]高广伟,张禄华.煤矿井下移动救生舱的设计思路们.中国安全生产科学技术, 2009(4):162—164. f3]金亮亮,杨旭东.煤矿救生舱的设计与分析fJl.煤矿机械,201l,32(“):12一14. [责任编辑:王静] 万方数据
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