[发明专利]一种基于有限元的表箱评价方法

说明书

技术领域

本发明属于材料抗冲击性能定量分析技术领域，具体涉及一种基于有限元的表箱评价方法。

背景技术

复合材料的主要弱点是对冲击损伤的敏感，以及含冲击损伤结构压缩承载能力的急剧下降。研究表明，随冲击能量的增加，其压缩承载能力的变冲击能量化包括两个阶段，即在低冲击能量阶段，随冲击能量的增加，其压缩承载能力不断下降，当冲击能量超过某一数值后，其压缩承载能力基本上不再下降而保持不变。由于结构可能遭受的外来物冲击能量是随机变量，无法确定，因此对复合材料体系抗冲击损伤能力的评定应该包括所有这两个阶段。

现阶段电力系统中，由于大量的表箱都是采用复合材料尤其是片状模塑料（SMC)材料制作，对于在运输、安装和使用过程中，对外力的抗冲击性一直没有一种快速、定量的手段进行测试，造成因受到外力冲击发生破坏，废品率、次品率增加，耽误施工进度的事故发生。目前，还没有较为科学的针对片状模塑料表箱质量的检测方法与手段。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于有限元的表箱评价方法。

本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：

一种基于有限元的表箱评价方法，实施该方法所使用的片状模塑料表箱落锤冲击检测系统包括机械结构系统与计算机控制系统，其中，机械结构系统包括机械钢架、地基、底板、落锤、落锤提升与释放结构，落锤提升与释放结构进一步包括落锤吸合电磁铁及落锤保护套管，计算机控制系统包括落锤机控制部分和有限元分析主机部分，本发明的创新点是：发明方法的具体工作步骤如下：

⑴样品分类：将不同类别表箱分为样本，在同一样本中取测试样品；

⑵选取测试点位：对测试样品利用有限元分析主机，通过模拟打击，找出表箱上最容易对受力区域造成最大冲击载荷的点位作为测试点；

⑶测试点位排序：根据有限元分析的数据结果，将选取的测试点位按照打击破坏从易到难的顺序排序；

⑷测试点位标注；

⑸吸合落锤：由计算机控制系统控制落锤吸合电磁铁吸合落锤；

⑹提升落锤：由计算机控制系统控制落锤提升与释放结构提升落锤；

⑺放置表箱：将表箱放在机械结构系统底板上；

⑻落锤冲击：由计算机控制系统控制落锤提升与释放结构释放落锤，打击被试样品测试点位；

⑼所有标注出的测试点位均实施落锤冲击；

⑽裂纹处理：找出表箱上所有被打击造成的裂纹；

⑾裂纹测量记录：用直尺对所有裂纹长度进行测量并记录；

⑿所有样品处理：换取其它样品，重复测试步骤⑷至⑾；

⒀测试结果计算：对每一个样品的所有打击测试点位裂纹进行加和，再对所有样品的加和裂纹长度求平均值，确定样本的平均加和裂纹长度，通过样本间平均加和裂纹长度值的大小判断样本的质量。

而且，所述步骤⑴中的样本数为2，样品数为10。

而且，所述步骤⑵选取测试点位中的模拟打击的具体步骤是：

①样本参数输入：向有限元分析主机中分别输入不同类别表箱样本的密度、拉伸模量、速度、面积、载荷、材质、结构特征参数；

②模拟出样本表箱的受力情况：利用有限元分析主机部分对样本表箱右上角进行受力点模拟打击，模拟出受力情况，根据模拟受力区域的载荷分布找出实验打击点；

③找出整个样本表箱测试点位：循环步骤②对整个表箱面板不同区域的耐冲击程度进行区分，找出测试所需的全部测试点位。

而且，所述步骤⑷测试点位标注为测试点位标记用数字排序，测试点位标记用“X”记号确定，交叉点即为测试点位。

而且，所述步骤⑸吸合落锤中的落锤重量为3kg。

而且，所述步骤⑹提升落锤中是将落锤提升到350mm高。

而且，所述步骤⑼中所有标注出的测试点位共计为16个测试点位。

本发明的优点和积极效果是：

1、本发明方法填补了电力系统表箱抗冲击性能检测领域的空白，建立了对现有表箱抗冲击性能的定量化评价方法。

2、本发明利用机械结构系统和控制与传感分析系统两大部分联动进行数据采集，通过有限元分分析方法，对表箱进行了落锤破坏分析，得到了表箱主要应力分布，为快速评价表箱抗冲击性能提供了保障。

3、本发明利用常规的落锤实验结合有限元模拟分析方法对表箱的应力分布进行定量化测试,是首次将裂纹扩展有限元分析方法从理论上落实到实践上的一种新的方法，也是独立评价表箱质量的一种手段。