基于ABAQUS的動中通車風載荷有限元分析

高亮

(安徽四創電子股份有限公司，安徽合肥230061)

0 引言

能否滿足環境適應性的風載荷要求，很大程度上都體現出動中通車的可靠性、安全性等性能。本文以某項目的ADK動中通在環境要求的兩種風速下為例，簡要介紹了動中通天線車的抗風能力的計算和有限元分析。環境條件要求以GB/T16945－1997《Ku頻段衛星電視地球接收站通用規范》規定作為輸入要求。動中通車抗風能力為：風速為20 m/s(8級大風)，動中通車正常工作;風速為30 m/s(11級大風)，動中通車不被破壞。

1 建立動中通有限元模型

所選用的動中通天線為ADK，直徑為1 200 mm，高度為580 mm，其結構如圖1所示［1］。ADK天線的質量為65 kg。ADK天線是通過10個M10螺栓固定在車頂的安裝平臺上。

圖1ADK天線機構

本項目所選用的車型是霸道2 700標準型，其結構參數如表1 所示［2］。

表1 霸道車的結構參數

由于車體的結構復雜，所以對車結構進行簡化等效處理。所得到ADK動中通的等效模型圖如圖2所示。其等效模型的網格圖，如圖3所示。等效的模型不會影響風載荷分析結果。

圖2 ADK動中通等效模型

圖3 ADK動中通等效模型的網格圖

2 動中通的風載荷計算

風載荷的計算公式為［3］

式中：C為風力系數;q為基本風壓;Kh為高度系數;A為迎風面積。

1)風力系數

風力系數與天線車的外形結構和尺寸有關，根據ADK天線的結構形式及以往經驗等綜合因素考慮后選取C=1.0。

2)基本風壓

式中：ρ為空氣密度;V為風速。

ρ取15℃時空氣密度1.25 kg/m3，取風速V=20 m/s的情況，得q=250.0 N/m2，取風速V=30 m/s的情況，得q=562.50 N/m2

3)高度系數

高度系數取Kh=1.0。

4)迎風面積

迎風面積A為動中通車的有效面積。

式中：A1為車的迎風有效面積2.7 m2;

A2為支架的迎風有效面積3.2x10－4m2;

A3為ADK天線的迎風有效面積0.696 m2。

5)兩種情況下風載荷(表2)

表2 兩種情況下風載荷數值

3 動中通的有限元結果與分析

材料屬性設置 Young’s Modulus(楊氏模量)為210 000，Poisson’s Ratio(柏松比)為0.3。

所施加的除了上述所計算的風載荷外;還有動中通的自重，在ABAQUS中需加上其重力加速度即可［4］。

兩種情況下進行風載荷的有限元分析結果，如圖4(a)，(b)，圖5(a)，(b)所示。

圖4 動中通等效模型圖

圖4中，(a)是風速為20 m/s時，動中通等效模型的Mises應力云圖，最大的應力值為259.4 MPa，此最大應力發生在迎風接觸區域。汽車的外殼材料為BH鋼板，其最大許用應力為340 Mpa。ADK天線許用最大應力為380 MPa。最大應力值在許用應力范圍內，滿足工作載荷要求。即ADK動中通車能夠正常工作。(b)是風速為30 m/s時，動中通等效模型的Mises應力云圖，最大的應力值為325.2 MPa，此最大應力發生在迎風接觸區域。汽車的外殼材料為BH鋼板，其最大許用應力為340 Mpa。ADK天線許用最大應力為380 MPa。最大應力值在許用應力范圍內。即在風速為11級時，車體安裝天線后不會被破壞。

圖5 動中通等效模型的真實應變E云圖

圖5中，(a)是風速為20 m/s時，動中通等效模型的真實應變E云圖，動中通的應變發生在迎風區域。最大真實應變值為1.243×10－3。由胡克定律可知，其最大變形量為 Δ =1.243×10－3×2 mm=2.486×10－3mm。變形量非常小。變形量在允許范圍內，所以不會影響動中通的正常工作。(b)是風速為30 m/s時，動中通等效模型的真實應變E云圖，動中通的應變發生在迎風區域。最大真實應變值為1.558×10－3。同理，由胡克定律可知，其最大變形量為Δ =1.558 ×10－3×2 mm=3.116 ×10－3mm。同樣，其變形量也非常小。所以在風速為11級時，沒有對動中通車造成破壞。

4 結語

通過兩種情況下的有限元分析可知，風速為25 m/s(8級大風)的環境條件下，動中通車能夠正常工作。在風速為30 m/s(11級大風)的環境條件下，動中通車沒有被破壞。結果說明所設計的動中通車能夠滿足風載荷的環境適用性要求。

［1］ADK天線用戶手冊.

［2］www：//霸道2700標準型_參數__愛卡汽車網.mht.

［3］馮大成.某型天線車抗傾覆能力的與計算與檢驗［J］.電子機械工程.2010(27)：2.

［4］儲超.新型移動式瀝青混凝土攪拌樓樓架的結構分析和優化［D］.南京：南京理工大學.2012.