车棚抵抗掉落重物的应力分析报告

测试条件:一件质量为227KG的圆铁锤从5.1m的高空自由落体掉下，冲击车棚，并作用在车棚上半径为200mm的圆内,车棚厚度定为10mm，材料为45号钢。其形状如下图如示
                      

重物从高空掉下，根据能量守恒原理得：

                       
动量定律：重物落地时，受冲击力和重力，初速度为
                            
           
由上述公式可可见，想要得出冲击力F，必须求出作用时间t.我们将利用 机械设计软件solidworks的运动分析功能来模拟冲击过程，并求出重物作用时间。首先建立冲击三维模型，如下图所示：

                 
运行运动仿真，得出重物下落过程中时间与速度曲线图

 
从第二幅图中我们可以得出,重物从触地那一刻到速度变为0这一过程中,时间t=0.027S.这样,我们就精确的得出了重物作用的时间.将时间t=0.027S代入上述公式中得出:  F=84622N。
有限元分析
经过上面的计算,我们得出冲击力F=84622N.为了计算车棚在此力的作用下是否被破坏,我们将利用solidworks中的有限元分析模块simulation对车棚进行静力学分析.如下图所示：

 
经过分析现，车棚在冲击力作用下，已经被破坏，其变形量已达到13.8mm 。这样，车棚为10mm的设计是不成立的，我们必须更改设计，而设计变量为车棚的厚度。所以接下来，我们用优化设计来选取车棚的最佳厚度。优化设计中，我们的设计变量由10mm—18mm.如下图所示：

 从上述分析数据中我们发现，当车棚厚度为15mm时，产生的应力最接近材料的屈服强度且小于屈服强度,所以最终设计我们选择车棚厚度为15mm.
 

结论：将理论与仿真软件的结合，不但能设计出各种产品而且能使设计的产品更加合理。对车棚的仿真是这个产品的第一步，我相信，会有更多的产品通过仿真而进入生产车间。