船用配电箱隔振器性能数值分析

 

摘要：对船用配电箱隔振系统的有限元建模、边界条件处理作了分析与探讨.在此基玷上就紀电箱味振器进行了静 态性能分析,得到了隔振器的刚度和应力分布情况;利用该模型还得到了隔振器的固有频芈。运用该分析方法■可以较 为精确地預测隔振器的隔振性能,对于配电箱隔振器的选型■有现实的工程意义。

关键词：9&电箱；隔振系统;应力分布
中图分类号:U665.14 文猷标识码:B
当代工业领域对机电一体化设备精确控制的要 求不断提高，实时控制的精密电子技术,正迅速推广 并应用于工程实践。电子仪器、仪表等元器件设计及 部件间连接所能承受的振动过载较小，机械构件允 许的振动状态可能导致控制系统内的仪器、仪表引 脚连接失效，给振动状态下的设备工作稳定性、可靠 性带来新的问题||]。

本文基于大型数值分析工具ABAQUS有限元程 序，针对海运船舶常用的配电箱隔振系统实际工作 情况,对其性能进行仿真研究,为揭示结构性能提供 了极好的技术手段。

1隔振器结构及工况分析

隔振器作为结构的减振部件，对设备的耐久性 起着重要作用，不合适的选型所引起的过量振动将 严重降低系统工作效率，并可能引起系统有关设备 和结构的疲劳损坏，缩短有效使用寿命。

本文所分析的隔振器为金属与橡胶进行了硫化 工艺处理,在金属表面进行了橡胶蒙皮,隔振器底座 固定于基座，隔振器上部为螺栓口，用于连接设备。 配黾箱隔振系统的结构布置如图1所示，四台隔振 器水平安装于工作位置，配电箱根据设备接口垂直 安装在四台隔振器上方,配电箱重量为200 kg,载重 均布于四部相同结构的隔振器上，每部隔振器承受 50 kg的垂向载荷，基于此工况对隔振器进行数值 分析。
文章编号:1672-546X( 2012 )03-0188-02
图1蹋振器工程布置图
2隔振器的建模及数值分析

为考察隔振系统的性能，本文对隔振器进行了 1：1比例的建模,在模型中真实再现了隔振器的实际

结构尺寸。

隔振器的金属骨架采用普通碳素钢，用线弹性模 型描述其材料性能，材料杨氏模量2.06 x 10s MPa,泊 松比0.3,采用非协调模式C3D8〗八节点六面体单元 类型。橡胶属于近似不可压缩材料’在承受载荷时体积 保持不变,单元的压应力不能利用节点位移场计算,无 法使用节点的纯位移插值函数来构造单元而杂交单 元是专门为不可压缩材料构造的特殊用途单元，本模 型在划分网格时选用此单元类型。基于以上分析，对隔 振器进行了网格划分，网格分布情况见图2。

设置边界条件时，完全约束模型下板平面节点 各自由度的位移,实际工程应用中，橡胶与金属材料 进行硫化处理，因此在建立模型过程中,设置如下边 界条件:橡胶与金属连接部分定义为绑定约束，具有 相同的自由度；隔振器与工作平台的接口部分也定 义为绑定约束。

2.1橡胶隔振器的垂向刚度分析

工程实际中，垂直方向为橡胶隔振器的主要承 载方向，该方向的刚度性能是产品的一个重要参数， 反映了隔振器的承载能力和隔振特性。

进行垂向刚度性能求解时,定义一个参考点，将 其与隔振器上板进行运动耦合约束，使该参考点能 够反映隔振器上板的运动及承载情况。模拟隔振器 的实际工作情况,施加额定载荷在参考点上,输出参 考点的载荷-位移曲线，通过后处理程序得到隔振 器的垂向刚度性能。计算结果表明，隔振器在额定载 荷作用下引起的垂向变形量为2 mm,隔振器的垂向 刚度为 491.5 N/rrnn。

隔振器的垂向变形云图及刚度性能曲线见图2 和图3所示。
图3隔振器垂向刚度曲线图

2.2橡胶隔振器的固有频率分析

隔振器的固有频率和振型是元件的基本特性， 也是分析元件动态性能的重要指标，为避免其过分
接近于工作频段，需要计算结构的固有频率。

固有频率由隔振系统和系统的等效质量共同决 定的，而隔振系统的等效质量由隔振器本身和隔振 器上承载物体两部分组成％为真实模拟隔振系统， 建模时在隔振器的上板定义质量单元并加载重力载 荷，使其量值等效于额定工作载荷,分析过程应用有 限元程序的频率提取模块，分析得到该橡胶隔振器 的第一阶固有频率为12.3 Hz。

2.3橡胶隔振器的应力分析

在额定载荷的垂向作用下，对隔振器橡胶弹性 部件的应力分布情况进行了分析，检查网格单元发 生畸变和体积自锁的程度,均保持良好的单元形态， 应力数值是可靠的，其分布情况较为均匀合理。弹性 体部件的最大应力值为0.833 MPa,小于设计许用应 力，满足隔振器的性能要求。

3结束语

本文通过对船用配电箱隔振系统实际工作情况 的分析,运用数值方法建立了隔振器的有限元模型， 对隔振器承受载荷状态下的性能进行了求解，得到 了隔振器的额载变形量、隔振器的垂向刚度、隔振器 的固有频率和应力分布情况。

计算结果表明，隔振器在全工况下的垂向刚度 性能较为稳定,橡胶部件的应力分布较为合理,本文 的分析工作，对于隔振器的选型具有一定的工程指 导意义。