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《機械工程與自動化雜志》2014年第二期

1結構強度分析

1.1邊界條件的施加Hypermesh做前處理的目標是創建一個可以直接提交求解器求解的文件，因此此次分析邊界條件的施加也將在Hypermesh里進行。夾具通過夾具上的4個螺栓孔與換電設備相連接，因此選用Beam188單元、Mass21單元和Rbe3單元來模擬螺栓連接，約束Beam188單元的3個平動自由度和沿x，y方向的轉動自由度，如圖4所示。參考換電設備企業標準選取結構強度分析的工況：電池箱對夾具的作用力為沿－y方向7644N（3g過載）；電池箱對鎖止機構的作用力為沿－x方向2548N（1g過載）。電池箱的質量大約為260kg，電池箱對夾具的作用以分布力的方式加載在中間梁和鎖止機構盒的相關節點上，分布方式如圖5所示。將相應的cdb文件用Readinputfrom功能讀入ANSYS，并在ANSYS里添加必要的求解控制選項，完成求解，得到的夾具的變形和應力云圖如圖6和圖7所示。

1.2結構強度分析的結論由圖6、圖7可以看出，夾具的最大變形出現在夾具兩側的中部，最大變形量為0．690mm，這反映出夾具在z方向上的剛度相對較差。最大應力出現在鎖止機構盒處，最大應力為181．2MPa，此外中間梁加強筋、框架縱梁的應力也較大，但均未超出材料的屈服極限235MPa，因此滿足設計要求。

2夾具的模態分析

一個N自由度振動系統的運動微分方程可以示為：由于模態分析是分析結構在自由振動下的振動特性且系統阻尼影響較小可以忽略不計，故將式（1）簡化為：求解式（2）和式（4）的過程，就是對結構進行模態分析的過程，通過求解這兩個方程，可以得到結構的固有頻率ω和固有振型。ANSYS提供了7種模態提取方法，本文利用分塊蘭索斯法（BlockLanczos）計算了夾具的固有頻率和振型，夾具的前6階固有頻率如表2所示，各階模態的振型圖如圖8～圖13所示。結合表2和圖8～圖13可知，夾具前6階模態的振型主要表現為夾具臺面的局部振動與夾具整體框架繞x軸的彎曲、扭轉。這再一次反映了夾具整體框架在z方向上的剛度相對較差，同時，夾具臺面中部的剛度也不理想，設計時應注意加強這兩處的剛度。

3結論

（1）在企業標準規定的工況下，夾具的最大應力出現在鎖止機構盒處，最大應力為181．2MPa，此外中間梁加強筋、框架縱梁的應力也較大，但均未超出材料的屈服極限235MPa，因此滿足設計要求。（2）由最大變形出現的部位以及后來的模態分析可以看出，夾具在z方向上的剛度相對較差，因此，在后續的優化設計中可以適當增加框架橫梁的數量或壁厚，以提高整體剛度。（3）由模態分析可以看出，夾具臺面中部的局部剛度較差，因此，在后續的優化設計中可以適當布置一些加強筋，以提高臺面中部的局部剛度。

作者：郭亮王飛陳曉楠羅發強單位：山東省電力公司許繼電源有限公司