太空飞行座舱骨架分析计算.docx

45#钢 45#钢 3641 2633 1797 1347 1025 437 275 225 151 126 102 高强螺栓 7931 5241 3104 2207 1552 490 235 186 131 117 93.1 计算模型简化说明与材料参数 太空飞行座舱骨架， 主要由型钢焊接而成， 分析采用梁单元的力学模型。 玻璃钢装饰品等附属质量产生的载荷， 施加在太空飞行的整个钢架结构上， 模拟这些附属构件对整个太空飞行主体钢架结构产生的影响。 主体结构材料： Q235B钢（ b =375MPa）。材料力学参量为：弹性模量 E=2 5 × 10 MPa，泊松比 =0.3 。 由 JB4732-1995《钢制压力容器 - 分析设计标准》的表 C-1，Q235B、45#钢和高强螺栓的疲劳特性参数如表 1-1 所示。 幅（ MPa） 幅 （ MPa） S-N 曲线如图 1-1 所示： 4 ]a 3.5 P ) g ol 3 ( 幅 力 应 2.5 用 许 Q235B 45# 螺栓材料 2 1.5 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6 循环次数 (log)[N] 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 循环次数（ N） 10 20 50 100 200 2E3 1E4 2E4 1E5 2E5 1E6 应 Q235B 4000 2828 1897 1414 1069 441 262 214 138 114 86.2 力 图 1-1 主要材料的 S-N 曲线 太空飞行载荷特性分析 太空飞行的水平转盘， 在回转电机作用下沿水平旋转的中心轴线做水平面上的旋转运动，角速度为 1 ；同时，垂直转盘在电机作用下沿水平转盘支臂的中 心轴线做垂直面上的旋转运动，角速度为 2 ，座椅在固定在座椅悬臂上，绕垂 直支臂的中心线做旋转运动，座角速度为 3 。座椅固定在悬臂上，受到复合离心力、重力作用，座椅的载荷作用示意图如图 2-1 所示： 图 2-1 太空飞行载荷示意图 座椅和乘人在运动过程中，始终受到重力作用，受到的重力大小为： F0 m0 g Q0 （2-1 ） 2其中： g —标准重力加速度， 9.8m/s ； 2 m0 —座舱组件质量（包括压杠、玻璃钢组件等）， 161kg； Q1 —按照 700N/人计算， 2× 700N/人=1400N。数据代入公式（ 2-1 ），求得： 满载时竖直向下的力： F0 m0 g Q0 =161×9.8+1400=2978N； 太空飞行运转时，乘人和座椅一起， 绕水平旋转的中心轴线做匀速圆周运动， 角速度的大小为（由产品设计参数，水平角速度 1 =4r/min ，垂直角速度 2 =5r/min ，座舱角速度 3 =4r/min ，）： 1 4r 2 5r 4 / min r 60 / min 5 r 60 / s 0.067r / s 0.067r  / s 2 0.067rad / s 2 0.067rad  / s 0.42rad / s / s 0.52rad / s 3 4r / min 0.42rad / s 则水平旋转时，乘人和座椅产生的离心力： F ( m m ) 2 ( R R ) (2-2) 1 0 1 1 1 3 其中： R1—垂直臂中心线的水平回转半径 , 值为 4.922m； R3 —座舱到垂直臂中心线的水平回转半径 , 值为 2.19m； Q1 m1 —两个乘人质量，共 1400N，则： m1 g 1400 =142.86kg 。 9.8 则水平旋转时，乘人和座椅产生的离心力： F (m m ) 2 ( R R ) 1 0 1 1 1 3 = （ 161+142.86）× 0.42 2×（ 4.922+2.19 ）=381N； 则垂直旋转时，乘人和座椅产生的离心力： F ( m m ) 2 R (2-3) 2 0 1 2 2 其中： R2 —垂直臂中心线的水平回转半径 , 值为 2.262m。 则水平旋转时，乘人和座椅产生的离心力： F (m m ) 2 R 2 0 1 2 2 2= （ 161+142.86）× 0.52 ×2.262=186N 2 则座舱旋转时，乘人和座椅产生的离心力： F (m m ) 2 R (2-4) 3 0 1 3 3 2= （ 161+142.86）× 0.42 ×2.19=117N 2 根据 GB8408-2008《游乐设施安全规范》中 4.2.3.2 节：游乐设施进行强度计算时，其载荷（永久载荷及活载荷）必须乘以冲击系数 K （太空飞行冲击系数的最大值取 1.5 ）。座舱受到的向下载荷分量为： F0 F0 K （2-5 ） =2978 ×1.5=4467N 座舱部件应力分