舰用铸铝密闭机柜的刚强度设计(3)

原作者:[标签:作者] 添加时间:2007-06-28 原文发表时间:2007-06-29 人气:1

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经过试计算，在保证有限元计算精度的前提下，得出机柜有限元模型如图2所示。整个模型采用10种梁截面，共846个梁单元，9642个板单元，8675个节点。

经过计算，机柜的前五阶固有频率为：f1=34.3819；f2=55.5980；f3=72.6645；f4=73.2612；f5=85.4119和振型图如图3所示。

在前面划分的有限元网格模型的基础上，加上结构载荷，对模型进行静力分析。根据机柜在实际使用过程中承受载荷情况分析，一般的机柜电子设备装在各种插箱里，插箱通过两侧的滚珠导轨将受力传导到机柜骨架上，因此可以将设备的结构载荷加载到模型骨架上的部分节点上，在这个模型计算中，假设从上到下有五层插箱，分别加有60kg、40kg、40kg、60kg、10kg的载荷（这是该产品中最为恶劣的载荷情况），每根导轨通过前后2点与骨架连接，因此将每个载荷平均分配到导轨骨架连接点处的节点上，机柜背后的热交换器重27kg，其载荷也被均匀分配到连接处的节点上，见图2。通过对模型的静力计算得到以下结果（见图4）。

3.3.3计算结果分析及优化

从上面的计算结果可以看出，铸铝机柜的一阶固有频率为34.4Hz，大于30Hz的设计值，机柜内部在静态下的最大应力为2.96Mpa，远小于许用值，因此可以认为机柜的刚强度设计是成功的。但是过高的刚强度将导致机柜过重，造成舰上不必要的资源浪费，因此应该对样品机柜做优化设计，在满足加工工艺性的情况下，将壁厚减小到4mm，优化机柜内加强筋的布局和截面重新分析，得到前五阶固有频率为：f1=30.9818；f2=52.0567；f3=65.6853； f4=67.9787；f5=78.2893和振型图如图5所示。

从结果可以看出机柜的一阶固有频率有所下降，但仍然在30Hz以上，优化前机柜重量为150kg，优化后机柜重量为120kg，达到了设计目标。

参考文献
1 海军装备部电子部. 舰艇电子设备抗恶劣环境设计要求. 1998.12（内部发行）
2 王勋成等. 有限元基本原理与数值方法. 北京：清华大学出版社，1998
3 O.C监凯维奇著，尹泽勇等译. 有限元法. 北京：科学出版社，1985
4 赵松年等. 现代设计方法. 北京：机械工业出版社，1996 (

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