【案例分析】發(fā)動機前懸置有限元分析

2016-12-30 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

關(guān)鍵字:有限元分析沖擊載荷

本文通過對某款發(fā)動機前懸置在垂直方向,側(cè)向和軸向上受到的反作用力進行計算,計算結(jié)果表明懸置在工況載荷下應(yīng)力小于低周疲勞強度限值,瞬時沖擊載荷下應(yīng)力小于屈服強度限值。前言

某款發(fā)動機現(xiàn)用前懸置在導入兩種不同應(yīng)用的發(fā)動機中時與空壓機回油管干涉,重新設(shè)計了新的前懸置,需對新設(shè)計的前懸置進行FEA分析,判斷新的前懸置是否滿足設(shè)計要求。

分析假設(shè)

發(fā)動機前懸置會受到多種載荷,發(fā)動機點火時會對發(fā)動機懸置產(chǎn)生動態(tài)力,這些力可以通過設(shè)計合適的隔振墊使之最小化,外力如懸浮載荷,挖掘力,沖擊等會導致支撐發(fā)動機及附件的結(jié)構(gòu)出現(xiàn)偏轉(zhuǎn),隔振墊應(yīng)該允許這些偏轉(zhuǎn)而不會使發(fā)動機支撐受載,也就是說,發(fā)動機及附件應(yīng)該可以允許獨立偏轉(zhuǎn)。此分析假設(shè)無明顯的由這些因素導致的發(fā)動機支撐的應(yīng)力。

任務(wù)來源及判定依據(jù)

1、安裝載荷計算,計算懸置在垂直方向,側(cè)向和軸向上受到的反作用力。

2、利用算得的反作用力作為有限元分析的輸入進行應(yīng)力分析,有限元分析得出的模型應(yīng)力必須在材料限值范圍內(nèi),要求懸置在工況載荷下應(yīng)力必須小于低周疲勞強度限值,瞬時沖擊載荷下應(yīng)力必須小于屈服強度限值。

瞬時沖擊載荷如下:

向上10g,向下8g,向右5g,向左5g,向前9g和向后9g

工況載荷如下:

向上6g,向下4g,向右2g,向左2g,向前4g和向后4g

懸置支反力計算

前懸置支反力與發(fā)動機重量及發(fā)動機附接設(shè)備的總重量相關(guān)。上下方向自由體受力圖見下圖。在此前懸置的應(yīng)用中前懸置上下方向支反力RF及左右方向支反力RS與發(fā)動機重量及變速箱重量相關(guān),懸置支反力計算輸入:

圖1 上下方向自由體受力圖

發(fā)動機重量We=362×9.8N

應(yīng)用一

L1=1149mm L2=175mm L3=882mm Wt=156×9.8N

應(yīng)用二

L1=1010mm L2=146mm L3=853mm Wt=130×9.8N

表1 懸置系統(tǒng)在前后方向的靜剛度

前懸置支反力計算公式:

根據(jù)靜剛度的定義:靜載荷下抵抗變形的能力稱為靜剛度,靜剛度是力-位移曲線中力的變化量與位移變化量的比值,其計算公式為:

K=(F1-F2)/(S1-S2)

發(fā)動機及變速箱總成產(chǎn)生的前后作用力由前后減振墊承受,與前后減振墊的軸向靜剛度成正比,通常更希望后減振墊的軸向剛度比前減振墊的軸向剛度大。

假定所有減振墊在軸向力作用下變形量相同。前懸置前后方向支反力Ra,RT代表尾部支撐支反力

則:Ra=KFAxDA

RT=KRAxDA

在1G軸向力作用下:2Ra+2RT=WE+Wt

由于Rt/Ra=KFR/KFA

RT=(KFR/KFA)Ra,

所以2Ra+2(KFR/KFA)Ra=WE+Wt

Ra(2+2(KFR/KFA)=WE+Wt,

前后方向1G加速度下:

Ra=(WE+Wt)/(2+2(KFA/KRA))

前懸置支反力計算結(jié)果:表2 前懸置支反力計算結(jié)果

注:此表中X為發(fā)動機水平方向,Y為發(fā)動機垂直方向,Z為發(fā)動機軸向方向

按上表結(jié)果,前懸置在X、Y方向受力,應(yīng)用二發(fā)動機應(yīng)用高于應(yīng)用一發(fā)動機應(yīng)用,而Z方向受力應(yīng)用二發(fā)動機應(yīng)用低于應(yīng)用一發(fā)動機應(yīng)用,接最惡劣工況計算,則X、Y方向受力采用應(yīng)用二發(fā)動機應(yīng)用受力,而Z方向受力采用應(yīng)用一發(fā)動機應(yīng)用受力。

則有限元分析采用的懸置支反力結(jié)果如下:表3 懸置支反力計算結(jié)果