自動雨棚模型結(jié)構(gòu)如圖1所示：

                    圖1 雨棚模型結(jié)構(gòu)示意圖

  雨棚的主要功能為讓被遮蓋設(shè)備防水、防雨，且具備自動控制功能。

  雨棚有限元網(wǎng)格模型如圖2所示：

                       圖2 雨棚有限元網(wǎng)模型

  網(wǎng)格類型：導(dǎo)軌、旋轉(zhuǎn)臺等：3D六面體；網(wǎng)格大?。?0～20mm。

          其余部件：中面四邊形；網(wǎng)格大?。?～8mm。

  雨棚材料物性如表1所示：

                        表1 雨棚材料物性

    約束：設(shè)備轉(zhuǎn)臺底部固定約束；

    載荷：臺風(fēng)等級12級，即風(fēng)速V=35m/s。

    風(fēng)壓計(jì)算公式：風(fēng)壓 P=0.5×ρ×V2 （ρ為空氣密度，V為風(fēng)速）

              重度 γ=ρ×g

    說明：標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)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(fēng)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(guān)系采用焊接、節(jié)點(diǎn)重合、剛性連接的方式定義。

  臺風(fēng)等級12級風(fēng)速下有限元分析結(jié)果如圖3所示：

                   圖3 臺風(fēng)等級12級風(fēng)速下有限元分析結(jié)果

  由圖3可知，曲桿模組最大變形量=26.3mm，最大應(yīng)力=1004 Mpa ，超出材料拉伸強(qiáng)度550MPa，主體結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂紋或斷裂。

  冰雹工況下有限元分析結(jié)果如圖4所示：

                 圖4 臺冰雹工況下有限元分析結(jié)果

    由圖4可以看出，金屬部件最大應(yīng)力=286 Mpa 低于材料拉伸強(qiáng)度393MPa，主體結(jié)構(gòu)滿足要求。篷布最大應(yīng)力=90.4 Mpa ，超出材料拉伸強(qiáng)度43MPa，篷布有被撕裂的風(fēng)險。

  因此，為了設(shè)計(jì)出能夠滿足目標(biāo)的雨棚，需要對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行加強(qiáng)，通過尺寸優(yōu)化可以滿足目標(biāo)。

  控制條件：材料強(qiáng)度極限，取安全系數(shù)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(biāo)：總質(zhì)量最小。

  雨棚尺寸優(yōu)化結(jié)果如圖5所示：

                            圖5 雨棚優(yōu)化結(jié)果

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

  雨棚尺寸優(yōu)化位移及應(yīng)力云圖如圖6所示：

                     圖6 雨棚尺寸優(yōu)化位移及應(yīng)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(qiáng)度，滿足目標(biāo)要求。

  HyperWorks中的尺寸優(yōu)化不僅可以實(shí)現(xiàn)輕量化目標(biāo)，同時可以使產(chǎn)品滿足功能指標(biāo)。