基于NASTRAN的垂直分流器控制优化与疲劳寿命分析

针对某机场行李分拣线上垂直分流器使用过程中减速电机底部螺栓发生断裂的问题,对螺栓受力来源进行分析,得知主要因素是主连杆的作用力和螺栓预紧力。建立垂直分流器三维模型,应用NASTRAN软件,在Motion模块中通过STEP函数表达电机速度控制方式,获得连杆的受力—时间历程。将速度控制方式优化为0.22 s加速、0.36 s匀速、0.42 s减速,主连杆受力减小约27%。在NASTRAN的Simulation模块中,电机、螺栓均采用混合实体单元,建立有限元模型,以螺栓预紧力和主连杆的轴向力作为载荷,分析得到螺栓所受的Mises应力。比较不同的电机速度控制方式和预紧力对螺栓应力的影响,发现当预紧力为12.5 kN时,螺栓最大Mises应力为114 MPa,为最优解。对最优解进行疲劳寿命分析,最小循环次数大于10⁷次,表明可以避免螺栓断裂。工况改进后,新的垂直分流器使用一年间未再出现断裂现象,在不更换材料、不改变结构的情况下,解决了螺栓断裂问题。