Zn/AgO一次电池段结构有限元分析
目前,伴随着潜艇发展,常规动力潜艇一般活动在200~400 m深度,核动力潜艇则在300~500 m深度。为满足当代海军反潜作战需要,攻击深潜潜艇的水中兵器也要实现大深度可靠打击。鱼雷深海作战的关键之一是保证动力能源在大深度实航条件下也能够持续稳定地给全雷提供动力电和仪表电 [1-2],故对Zn/AgO一次电池段在其大深度下激活并在额定工况下大电流放电进行仿真分析。
1 理论基础
电池段结构仿真分析运用到线性静力分析及线性屈曲分析。
小学语文主题教学是现代化新型的一种教学模式,打破了传统教学中根据教材内容设备按顺序进行教学的方式,通过教学主题的方式开展单元教学。在小学语文主题教学中,通过四位一体的教学体系,对主体整合单元以及语文课堂教学中的实际开展构建了一个具体的流程。
线性静力分析,即材料性能为线弹性,加载方式为静力加载。材料应力应变关系为线性,结构发生的是小应变、小位移、小转动,结构的刚度不因变形而变化[3]。静力是指结构受到静态载荷作用,惯性和阻尼可以忽略,结构处于静态平衡状态。线性静力分析的理论基础如下式所示:
式中:[K]为刚度矩阵;{x}为位移矢量;{F}为力矢量。
模型网格划分,建模过程中忽略螺纹孔等细微结构,对减压阀等孔进行材料填充,简化为向内凸台结构。为得到保守校核结果,采取壁厚尺寸公差下限数值进行计算。材料为铝合金,材料性能如表1所示。网格类型为solid 187,网格尺寸为30 mm,网格数量为23.5万个。
引入安全系数n,强度条件为:
使用Static Structural模块进行强度校核分析。分析设置使用系统默认控制。载荷条件为:壳体外表面施加压力2.8 MPa,壳体一端面施加轴向压力672.5 kN。约束条件为:建立柱坐标系,在壳体的另一端面施加轴向位移、及周向转动约束。后处理中提取米赛斯应力、径向和轴向位移。
式中:[K]和[S]为常量;λi为屈曲载荷乘子;{ψi}为屈曲模态。
许多结构如细长杆、压缩部件、外压容器都需要进行结构稳定性计算,这些结构在失稳开始时,结构在本质上没有变化的载荷作用下(超过一个很小的动荡),在某一方向的微小位移会使得结构发生很大的改变。屈曲分析是分析结构稳定性的方法,常用的线性屈曲分析预测的是理想线弹性结构的理论屈曲强度(分歧点)。由于材料的非理想线弹性,线性屈曲分析产生的结果通常是非保守的,但其计算简便,应当作为失稳分析的初始评估的临界载荷,为设计优化提供指导。线性屈曲分析的一般方程为:
1、叶面追肥可使作物通过叶部直接得到有效养分,而采用根部追肥时,某些养分常因被土壤固定而降低植株对它们的利用率。
某型电动力鱼雷战雷Zn/AgO一次电池段使用过程中,壳体外压3.0 MPa,内部压力为0.2~0.4 MPa。
端板材料为铝合金,单元网格采用solid 187、单元格尺寸为1.5 mm、网格数量为37.5万个。端板背向施加压力载荷0.4 MPa。由于端板和壳体间由20个均布M6螺钉连接,端板与壳体接触面不会发生相对变形,故可以将端板与壳体接触面设定为固定约束。
本文通过回顾日本职业教育中的产学合作教学发展史,希望获得其发展的经验,得到启示,为产业和学校真正结合起来提供建议。
为保证实航状态下一次电池正常工作,需对电池段关键结构部件进行仿真计算。这里将对一次电池段包括对电池段壳体、电池舱端板、电堆强度校核,以及实航状态下壳体失稳分析。
2 有限元模型建立与仿真
根据Zn/AgO一次电池段结构,采用Solid Edge V19进行三维建模,使用ANSYS Workbench 14.5 Meshing模块进行网格划分,在Static Structural模块、Linear Buckling模块下进行仿真计算。
2.1 分析边界条件
线性屈曲分析前需完成静力分析,至少有一个导致屈曲的结构载荷。某一模态下的临界载荷,即为载荷乘子乘以施加的载荷。
2.3.3 对月子期间食物禁忌的观点 关于月子期间是否应禁忌某些食物,88.5%的调查对象认为应该禁忌、2.5%认为不应该,8.9%表示不清楚,年轻女性和婆婆/妈妈在这一问题的回答上相对吻合,差异无统计学意义(P>0.05)。
因为视力不好,我只能去学汽车保养专业(汽车底盘的三级保养,给汽车底盘的若干个黄油嘴打黄油,给松动的螺丝拧紧,以及底盘清洗,等等)。这是一个很脏的工种,没有人愿意学它。上课的时候,班级的学生只有寥寥几个,而且个个心不在焉。
2.2 电池段壳体力学仿真计算
电池段壳体在使用中承受径向外压、轴向压力及舱段内部压力。其失效模式有:强度失效,失稳。因此,使用Static Structural模块对壳体进行强度校核,使用Linear Buckling模块对壳体进行失稳分析。壳体承受外压3.0 MPa,内部承受0.2 MPa,则壳体外表面承受压力2.8 MPa,水压产生的壳体轴向压力为672.5 kN。
强度分析采用第四强度理论,即:
表1 室温下材料力学性能
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式中:σs为材料屈服应力。
应力云图如图1(a)、图1(b)所示,壳体最大应力为174.44 MPa。最大应力发生在电池壳体与其他部位连接沟槽处,此外在安全阀凸台的根部由于结构突变存在一定的应力集中。变形结果如图1(c)、图1(d)所示,最大径向变形0.46 mm,加强筋变形0.29 mm,即壳体内径减小0.58 mm;轴向最大变形0.95 mm,这是由轴向载荷引起的;最大总变形1.00 mm。
再说还有工钱问题,工地上干活账是清楚的,半天5块,一天10块。小本子上记下来,都有个盼头。这钱什么时候能发,却说不准。拖个一年半载都是常有的,有的工人拖不起了,老板打发个路费就算了事,这一两年就白干了。
图1 壳体仿真结果
在静力学校核基础上,使用Linear Buckling模块进行线性屈曲分析。继承静力分析的模型、载荷及约束条件设置,设定求取六阶模态,进行计算。
由计算结果得到,第一阶屈曲载荷因子1.657 9,由于施加载荷为外压2.80 MPa,可知组合壳体的屈曲压力为2.8×1.657 9=4.64 MPa。图2给出了一阶屈曲变形云图,失稳波数为1。因此,在承受3 MPa时电池壳体不会发生失稳。
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图2 壳体一阶屈曲变形云图
2.3 电池舱端板力学仿真计算
由于第一临界阶载荷为屈曲载荷的最低值,因此理论上载荷达到第一阶临界载荷结构将发生失稳。
端板应力和变形云图如图3(a)、图3(b)所示。由计算结果可以得到,端板最大应力239.54 MPa,最大变形2.98 mm。对端板与壳体装配体进行强度校核,端板与壳体接触面受背压贴合并由20个均布螺钉固定,在接触面施加绑定接触。装配体校核考虑壳体径向受压对端板影响,以及端板与壳体接触面的变形对端板应力、形变的影响。
端板与壳体装配体模型材料采用如前所示,端板和壳体采取不同网格密度,按300 m深度施加壳体外压载荷、轴向载荷,端板背压0.4 MPa。组合体中端板应力与形变如图3(c)、图3(d)所示。端板最大应力为231.88 MPa,最大轴向变形3.54 mm。组合壳体中,端板与壳体接触面发生较小变形(0.16 mm),接触面变形导致端板最大应力降低7.7 MPa,轴向变形增加0.3 mm。考虑端板与壳体接触面变形如图3(d)所示。接触面内外边缘相对变形0.06 mm,此变形加到O形密封圈上,O形密封圈不会发生密封失效。
图3 端板仿真结果
2.4 电堆力学仿真计算
考虑壳体轴向、径向变形对电堆的影响,电堆周边包缠环氧布,电堆本身也采用环氧浇注固定,将电堆简化为环氧树脂材料进行受力分析。
10月25日,本刊记者来到永定区法院,试图找到法院再次要求收监的原因。但该案的审判长林灿岗拒绝了本刊记者的采访请求,表示相关情况以法院办公室的口径为准。而法院办公室的工作人员则表示,由于该案件存在争议,法院将在官方微信作出正面回应。
对二分之一电堆进行建模分析。材料为环氧树脂,其力学性能如表1所示。单元网格采用solid 187、单元格尺寸30 mm、网格数量为5.2万个。模型对称面施加固定约束,在电堆与壳体接触弧面施加压力载荷。载荷施加采用插值法,如图4(a)、图4(b)。在产生0.3 mm变形时,电堆所受应力为2.63 MPa,远小于材料的屈服强度。由计算结果可知,壳体径向变形对电堆影响很小。
图4 电堆仿真结果
分析壳体轴向变形对电堆的影响,模型及网格划分如前。电堆轴向一端采取固定约束,一端施加压力载荷。如图4(c)、图4(d)所示,在产生0.95 mm轴向变形时,电堆所受应力1.01 MPa,远小于材料的屈服强度。
3 结论
通过模拟Zn/AgO一次电池段大深度实航条件下的有限元仿真,进行结果分析与对比,得到结论如下:(1)壳体压缩变形后接触到电堆的可能性较小。壳体强度和变形都处于安全范围内。壳体外压载荷小于临界失稳载荷,不会发生失稳;(2)电池段端板不会发生强度失效和密封失效;(3)电堆及外围材料均为环氧树脂具有较大弹性,壳体轴向和径向变形对其影响较小。即使壳体与电堆接触,电堆本身也不会产生较大应力,即电堆不会损坏。
因此,通过ANSYS Workbench中Static Structural模块、Linear Buckling模块可实现对于电动力鱼雷Zn/AgO一次电池段复杂结构多应力工况下的安全性进行有限元分析与研究,验证其满足大深度工作需求。
参考文献:
[1]党建军,李代金,黄闯.鱼雷电动力技术[M].西安:西北工业大学出版社,2015.
[2]张宇文.鱼雷总体设计理论与方法[M].西安:西北工业大学出版社,2015.
[3]黄志新,刘成柱.ANSYS Workbench 14.0超级学习手册[M].北京:人民邮电出版社,2013.
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