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      封閉式腔體結(jié)構(gòu)反向熱變形設(shè)計

      2020-11-10 16:57:18朱坤魏浩
      機電信息 2020年30期
      關(guān)鍵詞:腔體約束

      朱坤 魏浩

      摘要:采用結(jié)構(gòu)反向熱變形設(shè)計解決某型腔體結(jié)構(gòu)在高溫環(huán)境下向腔體內(nèi)側(cè)凹陷的問題,提高了高溫環(huán)境下信號傳遞效率。

      關(guān)鍵詞:腔體;熱變形;約束

      0? ? 引言

      現(xiàn)有的某型封閉式腔體結(jié)構(gòu),在溫度達(dá)到30 ℃以上或者陽光長時間照射時,腔體前后兩層柔性泡沫板會發(fā)生熱變形,向腔內(nèi)凹陷,甚至貼合到一起,阻礙內(nèi)部聲學(xué)信號傳輸,影響聲學(xué)傳感器信號檢測,甚至使信號無法正常傳輸。針對此問題,需要設(shè)計出一種新型腔體結(jié)構(gòu),在高溫或者陽光長時間照射下,前后兩層柔性泡沫板不發(fā)生向腔內(nèi)的凹陷變形,保證聲學(xué)信號的有效傳輸。

      1? ? 問題分析

      某型封閉式腔體由柔性泡沫板、木襯條組成,通過木襯條將兩層柔性泡沫板相對固定,一端面用柔性泡沫板固定,另一端面開口的密封空腔,如圖1所示。

      對柔性泡沫板進(jìn)行有限元網(wǎng)格劃分,靠近內(nèi)腔的單元格由于左右被木襯條約束,所以內(nèi)側(cè)的網(wǎng)格單元熱能量只能上下釋放,另外兩個方向的熱能量釋放對腔體凹陷不產(chǎn)生影響,可以不考慮。腔體外側(cè)的單元格左右方向和上下方向沒有約束,所以各個方向都可以釋放熱能量。內(nèi)側(cè)單元格上下方向的熱能量釋放比外側(cè)單元格上下方向的熱能量釋放占比大,所以柔性泡沫板都會向內(nèi)腔凹陷。

      2? ? 解決方案

      針對該問題,可以通過改變?nèi)嵝耘菽宓募s束部位或者在柔性泡沫板內(nèi)腔側(cè)增加約束,使大部分熱能量向外側(cè)釋放,保證腔體向外鼓代替向內(nèi)側(cè)凹陷。

      2.1? ? 改變泡沫板的約束部位

      泡沫板在無約束條件下,單元格6個方向的熱能量釋放應(yīng)該是相同的,在形成腔體后,熱能量釋放具有的方向性與約束有關(guān)。

      如圖2所示,本方法將木襯條對泡沫板的約束改到腔體外側(cè),腔體內(nèi)側(cè)的單元格左右方向和上下方向沒有約束,所以各個方向都可以釋放熱能量。外側(cè)單元格上下方向的熱能量釋放比內(nèi)側(cè)單元格上下方向的熱能量釋放占比大,所以柔性泡沫板都會向外側(cè)鼓。

      2.2? ? 在泡沫板的內(nèi)側(cè)面上粘貼玻璃布

      原有結(jié)構(gòu)由于泡沫板內(nèi)腔側(cè)釋放的熱能量占比大,考慮在內(nèi)腔側(cè)粘貼玻璃布,如圖3所示,增加約束強度,引導(dǎo)熱能量向外側(cè)釋放。玻璃布帶膠粘貼后硬化,內(nèi)側(cè)約束加強,溫度升高后,熱能量向外側(cè)釋放,腔體向外側(cè)鼓。

      3? ? 驗證試驗

      改變結(jié)構(gòu)設(shè)計后,進(jìn)行高溫和聲學(xué)信號傳遞試驗,如圖4所示,試驗結(jié)果跟理論分析基本一致。

      3.1? ? 改變泡沫板的約束部位

      高溫試驗后,腔體向外側(cè)變形,變形量比較小,此時在腔體中心區(qū)域放置聲學(xué)信號源,進(jìn)行聲學(xué)信號傳遞測試,波形良好,未出現(xiàn)明顯干擾,能滿足使用要求,如圖5所示。

      3.2? ? 在泡沫板的內(nèi)側(cè)面上粘貼玻璃布

      高溫試驗后,腔體向外側(cè)變形,變形量比較大,此時在腔體中心區(qū)域放置聲學(xué)信號源,進(jìn)行聲學(xué)信號傳遞測試,波形良好,未出現(xiàn)明顯干擾,能滿足使用要求,如圖6所示。

      4? ? 結(jié)語

      本文通過熱變形的定性分析,采用改變約束部位和增強部位約束的設(shè)計方法,消除了某型封閉式腔體熱變形凹陷、信號傳遞效率差的缺點,保證了設(shè)備整機在高溫環(huán)境下能夠正常運行。

      收稿日期:2020-08-31

      作者簡介:朱坤(1981—),男,江蘇泰州人,工程師,研究方向:機械設(shè)計及理論。

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