基于SolidWorks Simulation的新型鱼雷支架优化设计

0 引言

    为了方便调试、存放或运输鱼雷，需要制作与鱼雷外径相适应的鱼雷支架。以往雷架基本采用型材焊接，在上端粘贴毛毡，形成鱼雷支撑弧面，这种雷架由于结实耐用而得到广泛应用。但随着鱼雷调试批量的增加，这种雷架的弊端逐渐凸显：当雷架大量闲置的时候，各个雷架不能叠放，将占用大量的场地，同时也不利于雷架的运输；另外，其制作过程较为繁琐，成本也相对较高。因此，本文考虑设计一种类似塑料凳可插拔式堆叠的新型雷架。

    采用完成雷架基本构型的设计。该雷架的制作采用注塑，需要制作相应的模具。在模具制作完成之前，并没有很好的方法对产品的强度进行验证，加之模具本身尺寸较大，产品加工风险很高，但也不能一味通过加厚雷架壁面厚度来充分保证其强度，因为这也将增加模具加工成本以及单个雷架的原料成本。基于此，采用 Simulation插件对雷架模型进行了有限元分析，模拟其受力及变形情况。同时，基于参数化的特点设置几个重要尺寸变量，在优化设计过程中，通过改变这些变量构造多种方案，从中找出相对合理的设计。

l 可插拔式堆叠鱼雷支架设计

    可插拔式堆叠的鱼雷支架整体采用注塑成型，为了实现雷架可插拔式堆叠的功能，采用内腔中空结构，中空的4个侧面倾斜设计，如图1所示。图中，雷架主要构件包括雷架主体(1)、内腔(2)、雷体支撑弧(3)、4个与地面接触的支脚(4)、两侧用于手工搬运的提拉口(5)以及用于固定其他辅助装置的定位孔(6)，关键尺寸为，l₁ ，v₁，l₂，v₂。其中，为了加强整体强度，在内腔的4个角以及内腔壁上设计有加强筋结构。考虑到鱼雷外径有时候并不是标准的圆柱面，在上端留有定位孔，必要的时候可安装不规则支撑弧面。

    图1 可插拔式堆叠雷架结构示意图

    在实际工作时，一般2个雷架首尾放置。单个支架能够承受不小于1200kg的压力。为充分保证强度，在注塑的时候选用强度较高的ABS塑料，其最大张力强度达到3×10⁷N／m2。

2 支架有限元分析及结构优化

    有限元法(finite element method，FEM)是将连续体离散化，通过对有限个单元插值求解各种力学、物理问题的一种数值方法。有限元分析可分成3个阶段：前置处理、计算求解和后置处理。前置处理是建立有限元模型，完成单元网格划分；后置处理则是采集处理分析结果，方便用户提取信息，了解计算结果。