自動雨棚模型結構如圖1所示：

圖1 雨棚模型結構示意圖

  雨棚的主要功能為讓被遮蓋設備防水、防雨，且具備自動控制功能。

  雨棚有限元網格模型如圖2所示：

圖2 雨棚有限元網模型

  網格類型：導軌、旋轉臺等：3D六面體；網格大小：10～20mm。

          其余部件：中面四邊形；網格大小：6～8mm。

  雨棚材料物性如表1所示：

表1 雨棚材料物性

    約束：設備轉臺底部固定約束；

    載荷：臺風等級12級，即風速V=35m/s。

    風壓計算公式：風壓 P=0.5×ρ×V2 （ρ為空氣密度，V為風速）

              重度 γ=ρ×g

    說明：標準狀態下，氣壓=1013KPa，溫度為15℃，空氣重度γ=0.01225KN/m3，維度45°處的重力加速度g=9.8m/s2。

    所以，12級風壓P=V2/1600=0.766KN/m2=766N/m2=766Pa。

    接觸：篷布與曲桿模組接觸，各個組件之間的裝配關系采用焊接、節點重合、剛性連接的方式定義。

  臺風等級12級風速下有限元分析結果如圖3所示：

圖3 臺風等級12級風速下有限元分析結果

  由圖3可知，曲桿模組最大變形量=26.3mm，最大應力=1004 Mpa ，超出材料拉伸強度550MPa，主體結構出現裂紋或斷裂。

  冰雹工況下有限元分析結果如圖4所示：

圖4 臺冰雹工況下有限元分析結果

    由圖4可以看出，金屬部件最大應力=286 Mpa 低于材料拉伸強度393MPa，主體結構滿足要求。篷布最大應力=90.4 Mpa ，超出材料拉伸強度43MPa，篷布有被撕裂的風險。

  因此，為了設計出能夠滿足目標的雨棚，需要對其結構進行加強，通過尺寸優化可以滿足目標。

  控制條件：材料強度極限，取安全系數1.4。

  約束條件：鋼管壁厚：2～6mm；

          曲桿厚度：6～20mm；

          篷布厚度：1～5mm。

  目標：總質量最小。

  雨棚尺寸優化結果如圖5所示：

圖5 雨棚優化結果

  由圖5可以看出，為了使雨棚滿足12級臺風及冰雹載荷，鋼管壁厚須達到5.3mm，曲桿厚度須達到6.0mm，篷布厚度須達到4.0mm。

  雨棚尺寸優化位移及應力云圖如圖6所示：

圖6 雨棚尺寸優化位移及應力云圖

  由圖6可以看出，篷布、曲桿模組、金屬部件等均低于其材料拉伸強度，滿足目標要求。

  HyperWorks中的尺寸優化不僅可以實現輕量化目標，同時可以使產品滿足功能指標。

文章來源：CAE愛聯盟