网站原创摘 要 ： 用MSC Nastran对2种发动机盖支撑杆结构进行屈曲分析.计算结果表明,2种结构支撑杆的屈曲临界载荷均未超过稳定性要求,不同的结构形式具有不同的屈曲临界载荷和屈曲模态,撑杆结构是影响支撑杆稳定性的重要因素.第二种结构方案的屈曲临界载荷大于第一种方案,为设计部门选取更适合的方案提供参考.
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关 键 词 ： 屈曲临界载荷； 发动机盖支撑杆； MSC Nastran
中图分类号： U463.833文献标志码： B
0引言
当需要开启大而重的发动机盖对发动机室进行检查时,如果发动机盖支撑杆发生屈曲甚至结构破坏,就会造成发动机盖掉落,严重影响人们的生命安全.该问题直接取决于发动盖支撑杆的强度、刚度和稳定性等.这些力学指标与撑杆形态、结构以及支撑杆材料的力学参数有密切关系.
发动机盖支撑杆可以看作一端固定一端铰支的细长杆.受压时,当压力逐渐增加并小于某一极限值后,杆一直保持直线平衡；当压力达到一定极限后,压杆的直线平衡变为不稳定,即压杆丧失直线平衡状态而过渡为曲线平衡,即发生屈曲.
在MSC Nastran理论中,屈曲分析主要用于研究结构在特定载荷下的稳定性以及确定结构失稳的临界载荷,屈曲分析包括线性屈曲分析和非线性屈曲分析.线性屈曲分析又称特征值屈曲分析,线性屈曲分析研究的是理想杆压杆的理论临界压力；非线性屈曲分析包括几何非线性失稳分析,弹塑性失稳分析和非线性后屈曲（Snap-through）分析,研究结构或构件的平衡状态是否稳定的问题.
在线性屈曲分析中,使用特征值公式计算造成结构负刚度的应力刚度矩阵的比例因子[1]（K+λS）φ等于0（1）式中：K为总体线性刚度矩阵；λ为特征值；S为总体初应力刚度矩阵；φ位移特征矢量.
利用HyperMesh对2种支撑结构进行有限元建模,利用MSC Nastran对2种不同结构同种材料的发动机盖支撑杆进行线性屈曲分析,对比研究结构发生屈曲时的临界载荷和屈曲模态,比较2种撑杆结构的稳定性,为设计部门提供参考.
1分析前处理
1.1网格划分
为减小模型、节省计算时间,模型中只包括橡胶套和撑杆2部分.由于橡胶套上端和撑杆下端伸入到车身的部分对分析结果影响不大,可以忽略.经过对几何模型的对比发现,2种方案支撑杆仅上端结构有差别,其余部位相同,见图1.
3结论
（1）用MSC Nastran获得2种不同结构的发动机盖支撑杆的屈曲临界载荷Fcr,2种方案的撑杆临界屈曲载荷均大于规定的安全载荷,得出以上2种撑杆均满足稳定要求的结论.
（2）对同种材料不同结构的撑杆的屈曲进行比较分析后发现：第2种撑杆结构屈曲载荷大于第1种撑杆结构的屈曲临界载荷,说明第2种撑杆的安全因数大于第1种撑杆的安全因数,方案2提高撑杆的安全稳定性.
（3）本文考虑的是理想情况,认为撑杆所在直线是理想轴线,压力作用线与轴线重合,材料均匀等.实际中,支撑杆难免有初弯曲、压力偏心和材料不均匀等情况,可以设想,这些缺陷相当于压力有一个偏心矩e,使压杆很早就出现弯曲变形[2].由于本文所用材料特性与实际材料和载荷不可避免地存在差别,若想得到与实际情况更接近的结果,应该结合撑杆支架及其周围相关部件,进行更深一步的力学分析.
（4）在新产品设计中,通常采用有限元分析方法计算结构系统的动态特性,但正如本文所指出的,由于在建立有限元模型时,在边界条件的处理及力学模型的简化上,往往与实际结构相差较大[3],导致动力分析结果失去实用价值,特别是对于大型复杂结构,这种差距更大.用模态分析所得的模态参数对有限元模型进行修改,使其能更符合实际,从而提高有限元分析的精度.