基于ABAQUS技術(shù)的連接件分析與改進設(shè)計

趙建榮

（中國船舶重工集團公司第七一○研究所，湖北宜昌 443003）

基于ABAQUS技術(shù)的連接件分析與改進設(shè)計

趙建榮

（中國船舶重工集團公司第七一○研究所，湖北宜昌 443003）

運用三維機械設(shè)計軟件Creo Parametric 2.0完成了連接件的三維造型，將其導(dǎo)入到ABAQUS軟件中，根據(jù)實際工況對其進行了有限元仿真分析。結(jié)果表明強度、剛度存在問題，根據(jù)薄弱環(huán)節(jié)對其進行了改進，改良結(jié)果符合指標(biāo)要求。

ABAQUS；強度；剛度

0 引言

在火箭發(fā)射裝置的設(shè)計過程中，左框架、右框架的功能是支撐定向器和火箭彈。連接件為通過螺栓連接左、右框架的部件，其強度和剛度對發(fā)射裝置在發(fā)射狀態(tài)下的性能和功能起著相當(dāng)重要的作用[1]。

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ABAQUS被廣泛地認(rèn)為是功能最強的有限元軟件之一，可以分析復(fù)雜的固體力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)系統(tǒng)，特別是能夠駕馭非常龐大、復(fù)雜的問題和模擬高度非線性問題[2]。ABAQUS軟件的有限元分析功能雖然強大，但它的實體造型功能相對薄弱，用它創(chuàng)建具有復(fù)雜特征的零件是相當(dāng)繁瑣和困難的。運用Creo Parametric 2.0軟件來建立三維實體模型，將其導(dǎo)入到ABAQUS環(huán)境中進行有限元仿真力學(xué)分析。

1 建模及簡化

圖1 連接件結(jié)構(gòu)

應(yīng)用Creo Parametric 2.0軟件建立三維模型，根據(jù)分析的需要，去除小特征，對模型進行必要的簡化處理，如圖1所示，將其另存為Parasolid(*. x_t*)格式，然后在ABAQUS環(huán)境下，點擊主菜單File→Import→Assembly，即可將模型導(dǎo)入。

2 ABAQUS分析計算

（2）定義接觸、邊界條件及載荷

（3）提交分析及后處理

師：同學(xué)們我們再來看，文章寫了花開的四種形態(tài)來表現(xiàn)廣玉蘭旺盛的生命力，這四句話為我們展現(xiàn)了一幅幅生動的畫面。聽老師讀，你們好好體會畫面感，待會交流你的所見。

連接件由3個part組成，在實際情況下，3個零件是通過焊接方式連接在一起，在ABAQUS環(huán)境下，將各個部分通過Tie連接。將連接件的左端面固定，右端面施加一轉(zhuǎn)矩。由于轉(zhuǎn)矩是施加在一個參考點上，故需要在右端面的中心建立一個參考點，同時將其與右端面耦合在一起，如圖2所示，然后施加實際工況下的轉(zhuǎn)矩。

（1）創(chuàng)建材料屬性及劃分網(wǎng)格

Wolverine銷售和營銷副總裁Suzanne Johnson表示： “我們看到許多使用不含PFC的服裝產(chǎn)品。消費者現(xiàn)在正在尋找其他用于皮革防水劑的技術(shù)。將我們的高性能豬正絨面革與用于皮革的HeiQ DuPont ECO-LED無氟撥水劑相結(jié)合，為我們提供了滿足消費者需求的途徑。我們渴望為我們的品牌合作伙伴提供具環(huán)保防水性能的皮革”。HeiQ北美Brandforce副總裁Colin Lantz補充道：“這種非PFC防水處理的創(chuàng)新技術(shù)實現(xiàn)了Wolverine以HeiQ標(biāo)誌性環(huán)保永續(xù)配方聞名的行業(yè)領(lǐng)先防水性能”。

圖2 參考點與右端面耦合圖

設(shè)定模型的網(wǎng)格大小為2 mm進行網(wǎng)格劃分，對模型的各個部分進行分割后，采用二次六面體單元進行掃掠網(wǎng)格劃分，具有較高的計算精度和效率，減小計算代價。最終劃分為C3D8R的六面體結(jié)構(gòu)網(wǎng)格，材料為Q235鋼，彈性模量為2.16×105MPa ， 泊 松 比 為 0.3， 密 度 為7.8×10-6kg/mm3。

根據(jù)云圖結(jié)果：中間梁的最大等效應(yīng)力為285.0 MPa，綜合最大變形量為4.234 mm，如圖3、圖4所示。Q235鋼的許用屈服強度為235 MPa，根據(jù)GJB1810-1993的射擊試驗標(biāo)準(zhǔn)要求，沖點最大變形量不大于0.5 mm，故上述結(jié)構(gòu)不能滿足強度、剛度要求。

3 改進設(shè)計

綜合觀察最大應(yīng)力和變形處，薄弱環(huán)節(jié)發(fā)生在圍板處，因此需要對圍板進行加固，在圍板的下部增加加強筋板，筋板尺寸為292 mm×20 mm× 5 mm，如圖5所示。

圖3 等效應(yīng)力云紋圖

圖4 綜合變形量云紋圖

圖5 連接件改進結(jié)構(gòu)

對于改進后的連接件重新建模，在約束和載荷都不改變的情況下，對其再進行有限元分析，計算結(jié)果為：中間梁的最大等效應(yīng)力為167.6 MPa，綜合最大變形量為1.753 mm。由于Q235鋼的許用屈服強度為235 MPa，根據(jù)材料力學(xué)理論，在實際工況下，該部件處于彈性變形階段。故該結(jié)構(gòu)件能滿足強度、剛度要求。

4 結(jié)論

ABAQUS作為一種新型的設(shè)計手段，改變了以往“畫、加、打”的傳統(tǒng)軍工產(chǎn)品的設(shè)計方法，降低了試制產(chǎn)品的成本。根據(jù)連接件的最大應(yīng)力云圖和變形云圖，為改進設(shè)計提供了依據(jù)。根據(jù)GJB1810-1993的射擊試驗標(biāo)準(zhǔn)，改進后的連接件的試驗結(jié)果充分說明強度和剛度符合試驗指標(biāo)要求。

［1］李軍，馬大為，曹聽榮，等.火箭發(fā)射系統(tǒng)設(shè)計［M］.北京：國防工業(yè)出版社，2008.

［2］趙騰倫.ABAQUS6.6在機械工程中的應(yīng)用［M］.北京：中國水利水電出版社，2007.

Analysis and Improved Design of Linked Assembly Based on ABAQUS Technology

ZHAO Jian-rong
（710 Research&Development Institute，Yichang 443003，China）

Three dimension design of linked assembly is built by 3D mechanic design software Creo Parametric 2.0，and imported to ABAQUS software，the finite-element emulation analysis is processed by actual working instance.the problem is occurred by the result of the intensity and rigidity，the assembly is improved by unsubstantial aspect，the result of improved assembly is up to the mustard.

ANSYS Workbench；intensity；rigidity

TP391.7

A

1009－9492(2014)08－0082－02

10.3969/j.issn.1009-9492.2014.08.024

趙建榮，男，1981年生，陜西西安人，碩士，工程師。研究領(lǐng)域：發(fā)射裝置設(shè)計。

(編輯：向 飛)

2014－02－15