基于SolidWorks建模的方舱角件优化设计

副标题#e#    1引言
   
    方舱作为地面移动掩体，在军事方面得到越来越广泛的应用。方舱技术的发展促使方舱舱体朝着强度更好、质量更轻和有效负荷更大的方向前进，方舱的结构、工艺和材料在不断的改进和发展。目前，国内生产的5m方舱，重量约为1100kg,4m方舱质量约为800kg左右。普通方舱的角件位于方舱的8个角点，是起连接角柱、骨架和板件作用的构件，也是装卸和运输方舱时的系固点，国内生产厂家的方舱角件质量范围约在7~16kg之向，一般采用铸钢制造。普通方舱每台需使用8个角件，这样计算下来，仅角件的质量就要占到方舱质量的约10%，故对于轻型越野方舱车来讲，减轻角件质量能有效提高方舱的载重能力。方舱角件在方舱结构中属于重要件，有严格的试验技术要求，故对方舱角件进行优化设计，从而确定更好的结构形式具有很重要的意义。
   
    角件的结构较为复杂，使用传统的计算方法不够精确，且工作量很大。本文使用SolidWorks软件对方舱角件建模并使用附属的COSMOSXpress分析程序对角件进行受力分析。
   
    2工况分析
   
    方舱角件按工作状态不同可分为以下工况:
   
    a)公路运输时与方舱旋锁装置相配合，对方舱起限位作用;
   
    b)铁路或公路运输时使用系吊组件使角件与运输平台拉紧起系固限位作用;
   
    c)空运时使用系吊组件进行吊装;
   
    d)方舱使用升降机构支撑。
   
    工况a)和工况b)对方舱角件的要求为限位，本身对方舱重量不承载，仅受运输中的冲击力作用;工况d)仅受静载荷作用，工况c)则对方舱角件的要求更为严酷，不仅要求限位和承载，还要求能承受更大冲击的要求。根据GJB2093-94 《军用方舱通用实验方法》方法205的要求，试验时方舱角件采用逐级加载，被测试角件任一垂直方向上的加载值均为2.25 G(代号G为方舱的最大总质量)。对于无直升机吊运要求的方舱，其加载值为1.30G。
   
    军用方舱车在指挥、通信、医疗、维修、发射控制等方面有广泛的应用。对角件的抗拉强度要求略有不同，为适应战时恶劣环境恶劣的应变能力，对方舱车一般都有直升机吊运要求，故本文只需分析角件在工况c)下的承载能力，满足直升机吊运要求的角件也适合于无直升机吊运的要求。
   
    目前，通用的军用越野车辆的越野载质量为3.5t和5t两种，故方舱(含舱体)最大总质量一般不超过5t。为增加安全系数，本文受力分析中假定方舱的最大总重量为6t，则方舱角件在有直升机吊运要求时，其加载值为2.25*6000*9.8=132300N，为方便计算，取为135kN。
   
    根据GJB2410-95《军用方舱角件规范》，方舱角件共有两种类型,A类采用铝合金材料，B类采用钢合金材料，A类是用于盐雾条件恶劣的地区，主要使用的是B类角件，本文只对B类角件进行分析。B类角件的最大外形尺寸相同，每类角件共四种类型，两两对称，顶右角件和底右角件的区别仅是开孔的形状略有变化，开孔尺寸越大对角件的影响程度越恶劣，故在下文分析中是取开口大些的钢合金顶右角件为研究对象。
   
    3建模及分析
   
    3.1模型结构
   
    如图1所示，角件的结构由内衬、裙边和基体三部分组成，角件外形尺寸国军标中并未严格限定，仅对开孔的形位尺寸作了规定。角件各部位厚度的不同影响着角件质量，在这三个部分中，基体部分是主要受力要素，其厚度应适当，其余部分起连接和密封作用，其厚度只需要满足连接强度即可。

    假设模型的内衬厚度设计为8mm，裙边厚度设计为8mm，基体厚度设计为15mm,按照图示的外形尺寸建模，材料选择为ZG270-450。
   
    3. 2角件危险面分析
   
    角件的3个受力面施加的试验载荷一致，通过安全系数的不同可以判断出哪一个受力面最为危险。角件建模后使用COSMOSXpress元件分析，沿垂直与各面的方向向外施加135kN的静拉力，其计算结果如表1所示。