某特种车辆方舱结构有限元分析及优化

摘要

方舱是一种应用在特殊的环境下的特种车厢，广泛应用于工程抢险、野外勘探、医疗、供电和部队作战指挥等情况下，要求其能够防风、防雨、防腐、防蛀、承受太阳辐射、温度冲击、电磁干扰等特殊要求；最重要的是要求在方舱正常工作状况下，能够具有一定的结构刚强度，可以保证方舱内仪器和人员的正常工作，并能够具有一定的抗爆炸冲击载荷的能力。 本文首先研究了国内外方舱技术的应用和发展，对方舱大板的结构特点、性能和大板成型工艺等进行了介绍；并对目前国内方舱的标准要求，设计和制造工艺等方面进行了探讨，深入分析了大板式方舱的结构特点。 由于方舱结构的特殊性，在初始设计阶段对它进行试制和实验费用较高，并且难于进行冲击等动力学响应性能的实验。本文分析比较了目前针对大板方舱及类似结构的有限元建模方法，应用等效梁方法，结合壳单元和实体单元模拟方舱结构的方法，利用CAE软件HyperMesh、MSC．Patran、MSC．Nastran和OptiStruct对某特种车辆方舱结构进行了有限元建模和分析：进行静力分析，以校核该方舱结构的刚强度；进行爆炸冲击载荷的瞬态响应动力学分析；在分析的基础上引入了拓扑优化的方法对方舱底板进行拓扑结构优化，得到结构的最佳传力路径，为下阶段的方舱改进设计和结构轻量化提出了参考依据和改进建议。 本文所给出的模型和数据可供其他方舱或类似结构系统分析作参考，具有一定的理论意义和应用价值。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1引言

1.2各相关领域的研究现状

1.2.1国内外方舱技术发展现况

1.2.2有限元技术发展现状

1.3本课题的意义及其主要研究内容

2.方舱结构设计概述

2.1方舱的结构组成与性能要求

2.2方舱复合大板

2.2.1复合大板结构与性能

2.2.2复合大板成型工艺

2.3某特种车辆方舱的设计

2.3.1方舱的主要设计内容

2.3.2某特种车辆方舱的结构模型

3方舱的有限元建模及静力分析

3.1有限元分析基本原理和过程

3.1.1有限元法的基本思想

3.1.2有限元法的一般过程

3.1.3计算模型中数据

3.1.4建立有限元模型的过程

3.2有限元软件的选择

3.2.1前后处理软件

3.2.2有限元分析软件

3.3方舱有限元建模和分析

3.3.1用HyperMesh进行有限元网格的划分

3.3.2网格质量检

3.3.3材料属性的定义

3.3.4边界条件及载荷定义

3.3.5方舱的静力结果分析

4方舱的模态分析

4.1模态分析理论

4.2应用MSC.Nastran进行有限元模态分析

4.2.1模态求解方法介绍

4.2.2模态分析及结果

4.2.3有限元模态分析及结果

4.3结论

5方舱的瞬态响应动力学分析

5.1瞬态响应动力学分析基础理论

5.1.1瞬态响应动力学分析的定义

5.1.2瞬态响应求解方法

5.1.3瞬态响应分析过程

5.1.4瞬态响应求解过程中的时间

5.2方舱动力学瞬态分析

5.2.1载荷定义

5.2.2计算结果分析与小结

6方舱的结构拓扑优化

6.1拓扑优化理论基础

6.1.1拓扑优化概念

6.1.2拓扑优化方法

6.1.3拓扑优化求解方法

6.1.4拓扑优化步骤及关键点

6.2方舱底板的拓扑结构优化

6.2.1底板的优化模型

6.2.2底板优化参数设定

6.2.3拓扑优化结果分析

6.3几点讨论与小结

7总结与展望

7.1全文总结

7.2课题展望

致谢

参考文献