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轮毂分析中如何确定冲击试验的载荷  

2010-11-11 08:38:49|  分类: 问与答 |  标签: |举报 |字号 订阅

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    最近为一个设计、生产轮毂的企业做了有关轮毂分析所使用软件的培训。最后,客户提出在做轮毂分析中的冲击试验分析时如何确定冲击载荷的问题。过去我为一些客户做轮毂分析时,都是客户提供的分析载荷。这次,针对这个客户的问题,做了一些分析推导,现将有关内容发布于此,给需要的朋友分享。

轮毂分析中冲击试验载荷的确定 

    在对轮毂进行分析时,需要根据轮毂冲击试验标准来确定施加到轮毂上的冲击载荷,以下对此提供一些建议。

基本参数和假设:

    冲头质量 m  冲头下落高度 H = 230 mm

    假设从冲头与轮毂接触开始,由于二者之间的相互作用力,使冲头逐渐减速到 0,持续时间为 T (一般取 0.05”)

由此计算出:

    冲头与轮毂接触时的速度 (自由落体)

  V0 = sqrt(2*g*H) = 2.1232 m/s                              (1)

    冲头与轮毂之间的作用力:

       F = m*a(t)                                                 (2)

    该作用力应使冲头在时间 T 中速度降为零,即:

        V(T) = V0 -∫(时间从 0 -> T) a(t) dt = 0                   (3)

这里的加速度 a(t) 是随时间变化的,其变化规律最好通过试验进行测定。在没有试验数据的情况下,可以人为假定 a(t) 的形式,但假定的 a(t) 的形式不一样,会导致不同的结果。

下面是两个 a(t) 的例子:

1 假设在冲击过程中,加速度为常数:

由此得到:

       a = V0 / T

       F = m * sqrt(2*g*H) / T

2 假设在冲击过程中,加速度为半正弦波变化:

       a = a0 * sin(ωt)

    其中:

       a0 为加速度幅值,后面用来计算冲击载荷;

       ω = 2πf = 2π/(2 * T) = π/ T - 圆频率

    (f 为频率 = 1/周期;因为半正弦波的持续时间为 T,则周期为 2T)

 对式 (3) 完成积分,得到:

       V0 – 2*a0 /ω = 0

 则:

       a0 = V0 *ω/ 2 = sqrt(2*g*H) *π/ T /2

       F = m * sqrt(2*g*H) *π/ T /2

 与前一假设 (加速度为常数) 相比,冲击载荷增大到π/2 倍。

 

看起来,第二种假设可能合理一点,不过实际情况应该介于这二者之间,且会随着材料、轮毂结构形式等而改变。

从安全的角度出发,可以采用第二种办法计算冲击载荷。

    

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