CN109710979B - 一种卡扣模拟随机振动过程中撞击现象强度校核方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种卡扣模拟随机振动过程中撞击现象强度校核方法，包括获取各卡扣参数，对卡扣模型进行简化分析，计算卡扣受撞击时的最大总应力。采用该技术方案大大减少了计算时间。

Description

一种卡扣模拟随机振动过程中撞击现象强度校核方法

技术领域

本发明涉及机械模拟领域，特别涉及一种卡扣模拟随机振动过程中撞击现象强度校核方法。

背景技术

为保证车载显示屏严密扣合及拆卸，常在前、后壳外圈设计卡扣结构。由于车辆行进过程中产生的随机振动会对卡扣造成很大影响，重则发生卡扣断裂的现象。因此，在设计结构时往往会对卡扣进行随机振动的有限元分析。然而，每次卡扣结构更改时，都需重新进行有限元计算，耗时长，效率低，工作繁琐。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种卡扣模拟随机振动过程中撞击现象强度校核方法，大大减少了计算时间。

本发明实施例提供的一种卡扣模拟随机振动过程中撞击现象强度校核方法，包括：获取各卡扣参数：第二卡扣受外力F及其在力F的作用下沿x方向移动的位移，将第一卡扣简化为重力mg的质量块，由于卡扣具有一定的弹性，将第二卡扣简化为弹簧，外力F施加于弹簧上端；

对质量块进行受力分析可知，弹簧拉力与质量块惯性力平衡，即：

kx＝mx

式中：k为弹簧刚度；求解微分方程得：

式中：C1和C2为常数；t为时间；当t＝0时，质量块位移为0；当t＝0.002s时，质量块速度达到v，v是第二卡扣的速度为常数，因此有微分方程的边界条件：

代入微分方程得：

式中：

对弹簧左端进行受力分析，有：

对F求导，有：

F对t单调递增，当t＝0.002s时，F达到最大值；

假设卡扣为等截面，由材料力学可知，卡扣受撞击时承受的最大拉伸应力σ1：

式中：S为卡扣横截面积，取l为卡扣扣合中心距，则外力F对第一卡扣的最大弯矩M：

M＝F_maxl

卡扣受撞击时承受的弯曲应力σ2：

式中：y_max为截面中性面到截面边界的最大距离；I为截面惯性矩。由于卡扣承受的最大拉伸应力和最大弯曲应力方向相同，因此卡扣受撞击时的最大总应力σ：σ＝σ₁+σ₂。

由上可见，应用本实施例技术方案，由于本方法利用理论力学和材料力学计算卡扣受撞击时产生的应力，相比于有限元求解，利用理论推导的方法大大减少了计算时间。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的一种卡扣受力示意图；

图2为本发明提供的一种卡扣简化模型示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例：

本实施例提供一种卡扣模拟随机振动过程中撞击现象强度校核方法，本方法利用理论力学和材料力学计算出卡扣受撞击时产生的应力，用于校核卡扣强度。卡扣受撞击时的受力如图1所示，卡扣2受外力F的左右沿x方向移动，并与卡扣1相撞，因此，卡扣1不仅受到与之相连结构的重力mg，还受到卡扣2带来的撞击力和撞击力矩。由此可知卡扣1承载力较大。为方便计算，进行简化，如图2所示。将卡扣1简化为重力mg的质量块，而由于卡扣具有一定的弹性，可将卡扣2简化为弹簧，外力F施加于弹簧上端。

对质量块进行受力分析可知，弹簧拉力与质量块惯性力平衡，即：

kx＝mx

式中：k为弹簧刚度。求解微分方程得：

式中：C1和C2为常数；t为时间。当t＝0时，质量块位移为0；当t＝0.002s时，质量块速度达到v(v是卡扣2的速度，常数)。因此有微分方程的边界条件：

代入微分方程得：

式中：

对弹簧左端进行受力分析，有：

对F求导，有：

显然，F对t单调递增。当t＝0.002s时，F达到最大值。假设卡扣为等截面，由材料力学可知，卡扣受撞击时承受的最大拉伸应力σ1：

式中：S为卡扣横截面积。取l为卡扣扣合中心距，如图2所示。则外力F对卡扣1的最大弯矩M：

M＝F_maxl

卡扣受撞击时承受的弯曲应力σ2：

式中：y_max为截面中性面到截面边界的最大距离；I为截面惯性矩。由于卡扣承受的最大拉伸应力和最大弯曲应力方向相同，因此卡扣受撞击时的最大总应力σ：

σ＝σ₁+σ₂

建立有限元模型计算，撞击加速度取35g，g为重力加速度，质量块质量为0.04Kg。有限元计算得到的最大应力为52MPa，本方法计算得到的最大应力为57MPa，两者的误差较小。

本方法利用理论力学和材料力学计算卡扣受撞击时产生的应力，相比于有限元求解，利用理论推导的方法大大减少了计算时间。通过将卡扣简化成弹簧-质量块模型，得到的卡扣应力公式简洁明了，不需进行复杂的数值求解。当卡扣结构更改时，只需输入相应的卡扣尺寸即可。

以上所述的实施方式，并不构成对该技术方案保护范围的限定。任何在上述实施方式的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在该技术方案的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种卡扣模拟随机振动过程中撞击现象强度校核方法，其特征在于，包括：获取各卡扣参数：第二卡扣受外力F及其在力F的作用下沿x方向移动的位移，将第一卡扣简化为重力mg的质量块，由于卡扣具有一定的弹性，将第二卡扣简化为弹簧，外力F施加于弹簧上端；

对质量块进行受力分析可知，弹簧拉力与质量块惯性力平衡，即：

kx＝mx

式中：k为弹簧刚度；求解微分方程得：

式中：C1和C2为常数；t为时间；当t＝0时，质量块位移为0；当t＝0.002s时，质量块速度达到v，v是第二卡扣的速度为常数，因此有微分方程的边界条件：

代入微分方程得：

式中：

对弹簧左端进行受力分析，有：

对F求导，有：

F对t单调递增，当t＝0.002s时，F达到最大值；

假设卡扣为等截面，由材料力学可知，卡扣受撞击时承受的最大拉伸应力σ1：

式中：S为卡扣横截面积，取l为卡扣扣合中心距，则外力F对第一卡扣的最大弯矩M：

M＝F_maxl

卡扣受撞击时承受的弯曲应力σ2：

式中：y_max为截面中性面到截面边界的最大距离；I为截面惯性矩；由于卡扣承受的最大拉伸应力和最大弯曲应力方向相同，因此卡扣受撞击时的最大总应力σ：

σ＝σ₁+σ₂。

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