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  • 医疗器械座椅最新结构设计及其分析

    2019-01-08 21:59 | 人气:400



    1 问题说明

    通过对轻量化产品座椅模型进行有限元仿真分析,确定其系统整体结构强度是否满足要求,产品的结构示意图如下图1所示:

     

    1 产品结构示意图

      根据客户输入,脚踏位移受力情况如图2所述:

                 

    2 产品受力示意图

    下表1是脚踏组件的计算工况列表:

    1  脚踏有限元分析工况

    加载工况序号

    加载条件

    计算内容

    应力

    1

    脚踏受力面加载10kN(1吨)

    2

    -20°孔位面施加3.3KN(330kg)拉力


    2 问题描述

    2.1 基本假设

    本分析是纯静态条件下的强度分析。

    铝合金和碳纤维板相连面绑定处理

    尽量保留模型中的几何细节特征,如倒角、圆孔之类,以保证计算结果的准确性。

    2.2 几何模型的建立

    为方便计算,将床体到轨件进行简化,但保证了导轨与脚踏板接口尺寸的准确性建立的FEA几何模型如图3所示。

     

    3 A  计算几何模型

    2.3 载荷条件

    Footboard有限元分析计算的载荷工况条件,按照如下要求进行。根据此工况即可计算出脚踏板强度及应力分布状况。

    各个零部件组装完毕后,达到图4所示状态

    病床导轨竖直放置时,对脚踏板面施加10kN均布载荷,并分析各个零部件应力情况

    病床导轨水平-20°放置,对脚踏板某一夹紧孔施加3.3kN载荷,并分析各个零部件应力情况。






     


     

    4 载荷工况

    3 计算模型及计算数据

    3.1 单位系统

    本有限元分析运用的软件为Hypermesh11.0Abaqus6.10。 本文及分析中所采用的单位系统为SImm),即mmNMPa,此报告中出现的任何数字,如果未特别注明单位,都采用此单位系统。

    3.2 有限元网格划分

    本分析中,金属材料采用经典的弹性力学模拟线弹性,碳纤维材料选定T300脚踏支撑的网格划分见下图5所示)。

     

    5 Footboard网格模型

    3.3 CF材料参数及力学性能

    T300碳纤维参数见表2

    2  碳纤维材料FEA计算参数

    材料

    弹性模量(Gpa)

    泊松比

    拉伸强度

    T300

    230

    0.336

    3530

     

    3.4 金属材料的力学参数

    金属材料相应参数见表3

    3  金属材料力学特性


    材料

    弹性模量(Gpa)

    泊松比

    屈服强度(MPa)

    铝合金支架、底板

    6061  T6

    70G

    0.33

    240

    4 计算结果

    4.1 强度应力分析结果

    垂向均载10kN,各主要零部件应力云图





     


     

    6   Footboard 垂向10kN均载应力云图

     

     

                   

    7   Footboard 垂向10kN均载各零部件应力云图

     

    -20°斜拉3.3kN,计算各主要零部件应力云图:

     

    8   Footboard -20°施加3.3kN力应力云图

     

    通过汇总,得到Footboard在不同工况下各个部件的应力应变结果,见下表4。

    4  不同工况下主要部件的应力应变结果

    部件分析结果

    金属部件应力(MPa)

    碳纤维板

    方案

    载荷条件

    销钉

    铝合金支架

    铝合金底板

    应力(MPa)

    1

    垂向均匀施加10kN力

    135

    177

    79.4

    215

    2

    -20°施加3.3kN

    远小于材料屈服强度

    5 结论

    脚踏板在各个方向受力条件下,各部件的最大应力均小于材料的屈服极限,满足静强度要求。


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