大型军用方舱结构设计的有限元分析
某特大型筒仓侧壁压力有限元分析3
・专家专稿・文章编号:100926825(2006)022*******某特大型筒仓侧壁压力有限元分析3收稿日期:2005208214 3高等学校博士学科点专项科研基金(项目编号:No.20040003095);教育部科学技术研究重点(重大)项目资助(项目编号:No.704003)作者简介:陆新征(19782),男,博士,讲师,清华大学土木工程系,北京 100084陈 勇(19742),男,硕士,工程师,常州泰盈决策有限公司,江苏常州 213000陆新征 陈 勇摘 要:借助非线性有限元程序对筒仓内部压力进行了考虑接触非线性和材料非线性的分析,分析结果表明,有限元得到的筒仓内部压力和经验公式吻合良好,且可以深入研究某些特殊部位的受力情况以及物料流动性能。
关键词:筒仓,侧壁压力,接触,有限元中图分类号:TU311.4文献标识码:A1 概述某大型筒仓由一个直径达40m 的圆柱形存储空间和两个80°顶角圆锥形出料口组成,筒仓总高度达到65m 。
设计需要对筒仓侧壁的压力进行深入分析,并了解筒仓内部物料可能的流动性能。
由于该筒仓体积太大且形状比较复杂,因此传统设计方法可能存在难度,需要借助非线性有限元分析进行深入研究。
2 有限元模型采用大型通用有限元软件MSC.MARC 2003[1]建立有限元模型并进行分析。
由于内部物料和筒仓侧壁之间的相互作用是研究的重点,因此必须细致考虑物料和筒仓之间的接触面。
此研究采用MSC.MARC 2003提供的库仑接触摩擦模型(Coulomb Friction Model )来模拟筒仓和内部物料之间的相互作用关系。
理想的库仑摩擦模型计算公式可以表示为:F t ≤μF N (1)其中,F t 为摩擦力;F N 为法向压力;μ为摩擦系数。
从式(1)可知,对于理想的库仑摩擦,其摩擦力和相对滑移之间的关系是一个不光滑的间断曲线。
这样的间断曲线对于非线性有限元分析而言是十分不利的,因为目前常用的非线性分析方法大多基于牛顿法,希望目标函数尽可能的光滑连续以便得到一个收敛的结果。
军用方舱舱体的设计计算
方舱舱体的设计计算一、舱体的基本结构与设计计算1、外部尺寸与最大总质量的确定2、夹芯板的结构及厚度确定1）、夹芯板的结构2）、夹芯板抗弯强度Ef——蒙皮材料的弹μf ——蒙皮材料的h——芯层的厚度t ——蒙皮的厚度D正比于(h+t)2，优化h、t可达到所需强度和最轻结构重量。
3、舱体的基本结构®骨架结构——类似于固定厢式车。
®板式结构——六块大板拼装而成。
4、舱体的设计计算方舱的吊装和跌落是两种最大载荷工况。
以吊装为例。
1）、舱体结构承载能力的确定¶包角及底板夹芯中加强筋的临界应力1~4；Jmin：包角或筋最小截面惯性矩；L：包角或筋的长度；imin：包角或筋最小回转半径；A：包角或筋的横截面积。
蒙皮局部临界应力：Q：相关系数，取0.2~0.5；EF：蒙皮弹性模量；ES：芯层的弹性模量GS：芯层的剪切模量。
2）、舱体整体强度计算（受力简图如下）：假设方舱仅由外蒙皮（厚度 ）承受载荷。
弯曲强度纵向弯矩产生的最大法向应力：——舱体截面系数扭转强度位于横断面内纯扭矩所产生的最大切向力：¦弯、扭组合按第三强度理论有数。
3）、舱体刚度计算j弯曲刚度：设载荷全部集中在舱体中部。
舱体中部最大挠度：式中：Ef——夹芯板蒙皮的弹性模量。
JX——舱体惯性矩。
其中：JX=[H4-（H-2 )4]/12 O扭转刚度：舱体在位于横截面内纯抟时，两端相对的最大转角：MK——扭矩，且MK=P2H；G——夹芯板蒙皮的剪切弹性模量；JK——极惯性矩，JX=2JX (仅对于正方形）。
二、方舱的密封性设计1、密封设计的内容：淋雨、透光、泄风量、涉水、电磁屏蔽等。
2、密封原理：(1)、造成泄漏的原因：一是密封面上有间隙，二是密封件两侧有压力差。
(2)、密封原理：消除（或减轻）上述任一因素，均可阻止（或减少）泄漏。
二、方舱的密封性设计3、密封的含义：阻止泄漏，即防止接触内、外的物质相互传递。
(1)、相对静止的结合面间的密封为静密封。
某冷却设备方舱结构有限元分析
某冷却设备方舱结构有限元分析作者：暂无来源：《专用汽车》 2016年第3期万峻麟丁有永赵德高中国电子科技集团公司第二十八研究所江苏南京 210000摘要：论述了某冷却设备方舱的结构设计；运用等效方法建立舱体结构的有限元模型，对舱体结构在特定工况下进行静力学分析，得出其应力和应变状态，确保方舱结构设计满足系统刚度和强度的指标要求。
关键词：冷却设备方舱结构设计有限元分析中图分类号：U469.6+93.02文献标识码：A文章编号：1004_0226(2016)03-0090-04第一作者：万峻麟，男，1983年生，高级工程师，现从事指挥信息系统的结构设计与系统研究。
冷却设备方舱是用于承载雷达等系统的冷却设备。
随着冷却技术的发展，冷却设备对舱体结构具有如下两点要求：一是冷却设备自重大，舱体四周布置了大量的通风门窗，舱体的设计强度必须满足吊装和运输等工况要求；二是冷却设备中各种大跨度硬管连接精度要求越来越高，作为承载体的方舱必须具有足够的刚度，避免舱体底板变形过大给冷却设备带来损害。
针对上述要求，在冷却设备方舱设计时引进有限元分析技术，通过分析计算验证设计的合理性，并对结构进行优化设计”。
1某冷却设备方舱结构设计1.1方舱使用概况某冷却设备方舱的外形尺寸（长×宽×高）：6058x2 438x2 438，mm；舱内安装各种冷却设备，设备总质量约St。
设备布置示意图如图1所示。
为了满足冷却通风要求，方舱四周设置了多扇门窗，如图2所示。
方舱所装载的主要设备及自重见表1。
方舱满载吊装时，起吊瞬间会产生过载，舱体所承受的静载荷最大，工况影响严重。
因此，满载吊装前应校核舱体所受应力是否满足安全使用要求；同时该工况下舱体底板静挠度也达到了最大，应保证此时底板静挠度变形不会对冷却管路造成破坏，并且舱体的变形也不能对门窗造成挤压损害而影响门窗的正常开启。
1.2方舱的结构设计根据方舱的使用要求和方舱现有的成熟工艺，该方舱采用骨架式大板方舱结构，舱体由六块复合大板、铸钢角件、包边和滑撬等组装而成。
特种方舱及承载平台结构有限元分析(1例)
设计·讲技术Special Vehicle &Spare Parts and Components 57特种方舱及承载平台结构有限元分析(1例)由于方舱结构的特殊性，在初始设计阶段对它进行试制和实验费用较高。
为了研究某特种重载方舱的静力学特性，运用ANSYS有限元分析软件建立了方舱及其承载平台的整体结构等效有限元模型，并对舱体及其承载平台结构在特定工况下进行静力学模拟计算，得出其应力和应变状态。
结果表明，该重载及其承载平台方舱最大应力值小于许用应力，且最大变形也完全符合要求，为同类方舱设计提供参考。
文_吕路 章琦 王新由于特种方舱结构比较复杂，而且此类方舱在使用过程中所处的环境要求也比较复杂，因此在研制阶段很难计算方舱的受力状态，而这一点在方舱结构设计阶段显得至关重要。
该特种方舱额定载荷非常大，且舱体四周及斜顶板上布置了大量通风门窗，同时舱体的设计刚强度必须满足吊装及运输的要求。
因此针对此种特种重载方舱，利用有限元建模分析，通过分析得出设计结构的合理性及可靠性就显得尤为重要。
1 方舱及承载平台结构设计1.1 方舱基本要求方舱和车辆改造是为车载特种设备提供安装和运输平台，方舱通过方舱旋锁固定于承载平台上，承载平台与越野车辆为刚性连接固定，方舱既是车载特种设备的保护体也是其运输承载体(见图1)。
该方舱外形尺寸为8 058 mm×2 438 mm×2 080 mm(见图2)，方舱舱体质量≤4 000 kg，方舱的额定装载质量为10 500 kg，承载平台自质量≤1 600 kg。
为了满足冷却通风要求，方舱四周及斜顶板上设置了多扇门窗。
1.2 方舱骨架结构设计舱体为削角异形大板方舱，舱体骨架分为前壁骨架、后壁骨架、左壁骨架、右壁骨架、顶壁骨架和底架等几大片(见图3)，除顶壁骨架采用60 mm×4 mm和40 mm×4 mm 方钢管组焊成片，底壁骨架采用120 mm×60 mm×6 mm、80 mm×60 mm×6 mm的矩形钢管和60 mm×4 mm方钢管组焊成片外，其他骨架均采用80 mm×60 mm×6 mm的矩形钢管和60 mm×4 mm的方钢管组焊成片。
特种车辆方舱结构的有限元分析
Ｖ０ ． ２ １ ３ ຫໍສະໝຸດ Ｎｏ． ６ Ｄｅ ．２０ ８ ｃ ０
特 种 车辆 方舱 结构 的有 限元 分 析
王 良模 ， 长风 ， 晨 至 吴 王
（ 京理工大学 机械工程学 院， 苏 南京 ２０９ ） 南 江 １０ ４
摘
要 ： 了研 究 某特种 车辆 方舱 的静 力学特 性 ， 文 应 用 Ｈ ｐ ｒ ｓ 为 该 ｙ ｅＭｅｈ和 ＭＳ ． ａ ａ Ｃ Ｐ ｔ ｎ软件 建 立 ｒ
殊环 境下 ， 方舱 以其灵 活 的转 移 性 、 靠 的 电磁兼 可 容性 、 良好 的气密性 和保 温性等特点 在 国民经济各
重要 领域得到 广泛 应用 。 由于方舱 的结构 较 为 复
收 稿 日期 ：０ ７—１ ０ ２０ ０— ９ 修 回 日期 ：０ ８～ ８— ０ ２０ ０ ３
方舱是 一种 特殊 的 汽车 车厢 ， 在工 程抢 险 、 管 道维 修 、 医疗 保障 、 生活储备 、 电和军 队作 战等 特 供
杂， 是蒙皮 、 架 和聚氨 酯 泡沫 夹层 等 组成 的复合 骨
结构 ， 在其设 计 和研制 过 程 中样机 试 验难 以进行 ， 用传统 的经典 方 法或 工 程板梁 理 论来 分析 方 舱 的
关键词 ： 方舱 ； 力 学 ； 限元 ； 静 有 刚度 ； 强度
中 图分 类号 ： ８ ． Ｏ３３３ 文章 编号 ：０ ５— ８ ０ ２ ０ ） ６— ７ ７—０ １０ ９ ３ （ ０ ８ ０ ０ ０ ３
Ｆｉ ｉｅ Ｅｌｍ ｅ ｔＡｎ ｌ ｓｓｏ ｐ ｃａ ｈ ｃｅ Ｓ ｌｅ ｔｕ ｔ ｒ ｎ ｔ ｅ ｎ ａｙ ｉ ｆＳ ｅ ｉｌＶｅ ｉｌ ｈｅｔ ｒ Ｓ ｒ ｃ ｕ ｅ
第３ ２卷 第 ６期 ２０ ０ ８年 １ ２月
特种车辆方舱结构的有限元模态分析
中图分类 号 ：Ｈ１ 。 ３３ 文 献标识 码 ： Ｔ ６ ０ ８． ３ Ａ
模态分析技术是现代机械产品结构动态设计和分析的基础 ， 问层填充硬聚氨酯泡沫板。通过硬聚氨脂泡沫夹芯层预制 ， 用特 是近年来迅速发展起来的分析系统结构动态特性 的强有力工具 。 殊粘接胶将各部分粘接在一起 的干式制板工艺 。 方舱 由数块大小
王 良模 吴长风 王晨至
（ 南京理 工大学 机械 工程 学院 ， 南京 ２ ０９ ） １０４
Ｆ ｎｔ ｌｍｅ ｔ ｉｉ ｅｅ ｅ ｎ ｄ ｎ ｌｓｓ ｏ ｐ ｃａ ｅ ｉｌ ｑｕ ｒ ａ ｉ ｍｏ ｅ ａ ａｙ ｉ ｆ ｓ ｅ ｉｌ ｈｃｅ ｓ ａ ｅ ｃ ｂ ｎ ａ ｖ
机 械 设 计 与 制 造
９ ２ 文章编号 ：０ １ ３ ９ （ ０ ８ １ － ０ ２ ０ １０ — ９ ７ ２ ０ ） ０ ９ — ２ １ Ｍ ａ ｈ ｎ ｒ Ｄｅ ｉ ｎ ｃ ｉｅｙ ｓｇ ＆ Ｍａ ｕ ａ ｔ ｒ ｎ ｆｃｕｅ
第 １ 期 １ ２０ 年 １ ０８ １月
特种车辆方舱结构的有限元模 态分析 术
３ 方舱模态分析
解析模态分析从机械 、 结构 的几何特 胜与材料特性等原始参 数出发 ， 采用有 限单元法形成系统的离散数学模型一 质量矩 阵和
来划分 ，中间一些不规则的区域采用三节点三角形单 元 ｔ ３ ｒ 和 ｉ ａ
六节点五面体单元 ｐ ｎａ 来 过渡划分 。根据方舱 中的加强筋 主 ｅｔ６ 要受轴 向拉压及弯 曲作用 ， 将其视 为纯 弯曲梁 ， 利用等效截 面抗
将单元的全部质量按静力等效原则分配到单元 的所有节点上 ， 可
式 中： 、 一弹性模 量 ； ｜ ，一两梁截 面对 中性轴 的惯性矩。 ｒ２ Ｉ 、 对其进行等效。 将加强筋等效成与其 自己有相 同截面尺寸 的
28000 t多用途船首楼加强结构有限元强度分析
28000 t多用途船首楼加强结构有限元强度分析本文将针对一艘28000 t多用途船的首楼加强结构进行有限元强度分析。
首先，介绍该船的基本情况和首楼结构设计方案，然后，给出有限元模型和边界条件。
接着，进行计算，并分析其结果。
最后，提出一些建议和结论。
一、船舶基本情况该船为中国造船集团公司设计研究院设计，船长度为190.00m，船宽为32.26m，型深为18.10m，设计总吨位为28000t。
该船为多用途船，可用于散货运输、集装箱运输、油船等不同类型的货物运输。
首楼位于船头部分，是船体结构中较为重要的部分，需要进行加强以达到防护和支撑作用。
二、首楼结构设计方案为了提高首楼强度和稳定性，在船体设计中需要对首楼进行加强。
首先，在原有首楼结构基础上加装侧板，提高侧部强度；其次，加装绞刀柱和纵梁，提高纵向支撑能力；再次，加固首楼底板，增加底部强度。
三、有限元模型和边界条件在进行有限元分析前，需要建立一个精细的有限元模型。
首先，对整个船体进行数值化建模，包括船体的各个结构部分。
然后，按照首楼加强结构设计方案，对首楼部分进行加固，建立新的有限元模型。
接着，需要确定边界条件。
在进行有限元计算时，需要确定边界条件，以便进行一个完整的力学分析。
由于首楼位于船体的前部，处于海浪和风浪影响较大的区域，需要考虑风浪载荷的影响。
同时，还需要考虑船体的移动和弯曲等因素。
四、计算与分析在确定有限元模型和边界条件后，进行了有限元计算和强度分析。
在计算过程中，考虑了船体在不同风浪条件下的载荷，进行了强度分析和振动分析。
根据计算结果可以得出：首楼加强结构设计方案符合设计要求，能够提高船体的强度和稳定性。
在不同风浪条件下，首楼结构都有足够的强度和稳定性，能够保证船舶在航行时的安全性和稳定性。
五、建议和结论针对以上计算和分析结果，提出如下建议和结论：(1) 首楼加强结构设计方案符合设计要求，能够提高船体的强度和稳定性。
(2) 在进行船体设计时，需要综合考虑船舶的航行条件和使用要求，以便确定最佳的结构设计方案。
大型集装箱船整船有限元分析计算技术研究
大型集装箱船整船有限元分析计算技术研究
陈庆强;朱胜昌
【期刊名称】《船舶力学》
【年(卷),期】2006(010)001
【摘要】本文在研究大型集装箱船整船分析的基础上,总结研究和发展了二种集装箱船整船有限元分析时调整节点力和惯性平衡的处理方法.对于正确地进行大型集装箱船整船结构强度直接计算具有指导作用和实用价值.同时本文提出了对集装箱船整船结构强度分析的分工况计算和应力合成技术,可应用于集装箱船的整船结构有限元计算分析.
【总页数】12页(P80-91)
【作者】陈庆强;朱胜昌
【作者单位】中国船舶科学研究中心,上海,200011;中国船舶科学研究中心,上海,200011
【正文语种】中文
【中图分类】U661.43
【相关文献】
1.35000DTWT散货船整船结构有限元分析计算模型浅析 [J], 马广宗;郑莎莎
2.船舶强度直接计算中的有限元分析模块和在整船分析中的应用 [J], 朱胜昌;陈庆强;郭列;江南
3.大开口船波浪载荷长期预报和弯扭强度整船有限元分析 [J], 顾永宁
4.支线集装箱船整船强度和疲劳有限元分析 [J], 徐敏;汤明文;王旌生;宋夏;童晓旺
5.大型集装箱船绑扎桥快速搭载的关键技术研究 [J], 吕松;张蔷
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大型军用方舱结构设计的有限元分析
1. 引言
随着电子计算机的迅猛发展，有限元分析技术在军用方舱的设计，尤其是在非标、异型、扩展等方舱的结构稳定性分析方面得到了广泛的应用，取得了显著的成效。
某大型军用方舱（以下简称方舱）属非标方舱，长×宽×高为6000 mm×3100 mm×2100 mm（军用标准方舱宽度的最大值为2438 mm），方舱内无隔墙，方舱自重不允许超标，这就为方舱的强度和刚度设计增加了难度。
为了保证该方舱能够在各种使用条件下，具有足够的强度和刚度满足使用要求，在方舱的结构设计完成后，必须对其进行应力分析。
本文的有限元计算是在大型通用分析软件IDEAS在SGI工作站上完成的。
2. 方舱的结构设计及载荷要求
2.1 方舱的结构设计
根据方舱的自重要求，结合工厂成熟的生产工艺装备特点，方舱仍采用大板式结构，整个舱体主要由六块夹层复合板、滑橇、铸钢角件和内、外角型件组装而成。
复合板为夹筋夹层结构，外蒙皮为硬铝合金板2A12-T4，内蒙皮为冷轧钢板Q235A，内、外蒙皮之间为硬质聚氨酯泡沫塑料。
方舱外形见图1。
为了保证该方舱有足够的强度和刚度，在结构设计中主要采取以下措施：
a.在每块夹层板内增加圈梁。
圈梁采用抗扭性好的方形管材料，并与板内的加强筋可靠地连接在一起，形成骨架式夹层板。
b.底板的骨架材料采用优质碳素结构钢，以增加其抗弯性和承载性。
c.加大滑橇断面尺寸，并在滑橇内部沿长度方向增加V型加强筋，以增加滑橇的抗弯性能。
d.加大底板和侧板的聚氨酯发泡密度，在重量增加相对不多的情况下，能有效提高夹层板的机械性能。
2.2 方舱的载荷要求
a.方舱应能够承受5000 kg的载荷。
b.方舱承载后，应满足空中吊运的要求。
c.方舱承载后，应能够承受3根直径为50 mm的滚杠上的支撑和移动。
考虑到实际中，3根滚杠有可能不会同时受力，为了安全，下面按2根滚杠进行计算分析。
3. 方舱的有限元分析
根据方舱的载荷要求，需要按三种工况进行有限元分析：即平台支撑工况、整体起吊工况和整体滚杠工况。
有限元分析的流程为：选取单元、建立模型、定义约束条件、求解设置、求解运算、输出结果和分析汇总。
3.1 有限元模型的建立
根据方舱工程设计图的尺寸和结构形式，可对部分结构进行适当简化，将上边的电源门与下边的开关门合并，视为一扇大门，对其它尺寸较小的孔口的影响忽略不计。
根据方舱的结构特点，结构离散采用了梁单元和板单元，夹层板中的门框按梁单元考虑，其中梁单元8种，板单元1种，经过等刚度变换，将复合夹层板等效为15 mm厚的铝板，通过网络划分，共划分了7963个节点和13498个单元，其中梁单元11020个，板单元2478个。
结构离散图见图2。
3.2 约束条件的建立
a.平台支撑工况：平台的四个角限制方舱在X、Y、Z方向上的平移。
载荷均布在舱内地板上。
b.整体起吊工况：方舱顶部的四角为起吊位置，其中一角限制方舱在X、Y、Z方向上的平移，另外三个角只限制方舱在Z方向上的平移。
载荷均布在舱内地板上。
c.整体滚杠工况：方舱底部的3根滑橇与2根滚杠有6个点接触，这6个点限制方舱在X、Y、Z方向上的平移。
载荷均布在舱内地板上。
3.3 方舱组成材料的特性参数
方舱的外蒙皮材料为硬铝合金板2A12-T4，内蒙皮、滑橇材料为冷轧钢板
Q235A，由于采取了等刚度变换，内、外蒙皮之间的硬质聚氨酯泡沫塑料不予考虑。
材料的特性参数见表1。
3.4 计算结果及分析
a.平台支撑工况：其应力图见图3，变形云图见图4。
由图3看出，当舱内地板上均布5000 kg载荷时，其最大应力出现在底板的滑橇上，最大应力值为53.1 MPa，小于材料的屈服强度，在材料的弹性变形范围之内。
由图4看出，其最大位移发生在底板上，最大位移量为0.399 mm，变形量很小。
b.整体起吊工况：方舱的整体吊运，是为了便于方舱的装车运输。
在起吊过程中，方舱的受力状图5整体起吊工况应力图况和变形程度将直接影响到方舱的使用要求。
起吊工况的应力图见图5，变形云图见图6。
由图5、图6可知，配载后的起吊，其最大应力值为177 MPa，发生在底板的滑橇上，在材料的弹性变形范围之内；而其最大位移为20.5 mm，发生在底板的中心部位，文献[3]中对纵向刚度的要求是纵向挠曲不大于25 mm，因此，该工况最大位移满足电子行业军用标准。
c.整体滚杠工况：其应力图见图7，变形云图见图8。
由图7看到，在滚杠过程中，底板的滑橇上产生的应力最大，为225 MPa，虽然也在材料的弹性变形范围之内，但已接近材料的屈服强度，显然是由于滑橇与滚杠接触点处的压强增大所至。
由图8看到，在滚杠过程中，最大位移量为1.49 mm，发生在底板上，变形量较小。
为了便于比较，将三种工况下的最大应力和变形进行汇总，得表2。
a.由以上计算分析可知，在三种工况下，位移最大的工况是方舱的起吊工况，最大位移量为20.5 mm，符合相关标准，其余两种工况的位移量都很小；应力最大的工况是方舱的滚杠工况，最大应力值为225 MPa，在材料的弹性变形范围之内，其余两种工况的应力都较小。
因此，方舱的结构设计能够满足方舱的强度和刚度的要求。
b.从表2可以看到，起吊工况、滚杠工况的安全系数偏低，这里未考虑方舱内、外角形件和铸钢角件的加强作用，而且滚杠工况是按2根滚杠计算分析的。
c.该方舱的试验结果表明，其各项性能指标均达到了设计标准，完全符合使用要求，说明本文的有限元分析的结果合理、可信，同时也可为今后同类产品的研制设计提供一定的参考。