3.2.5 天平与空气桥刚度分析

    空气桥设计是否合理，空气桥对半模天平测量精确度的干扰量是否小于3‰，通过组装天平与空气桥，施加天平各分量设计载荷和组合载荷，分别求得天平与空气桥固定端约束反力，根据约束反力大小评估空气桥和半模天平的刚度是否匹配。刚度分析模型如图13所示。为了提高分析效率，降低总自由度数，所有管路采用管单元，波纹管采用壳单元，柔性铰链和管路接头采用六面体单元，半模天平采用六面体和四面体混合单元，波纹管与管路接头焊接采用MPC接触模拟，管路与管路接头采用建立刚性区域进行模拟。各类单元和节点数如表3所示，总自由度数约160万。

表3 单元类型与节点数

    半模天平与空气桥刚度评估分析包括单元加载和组合加载共两种方式，单元加载刚度评估采用空气桥在各单分量载荷作用时约束反力绝对值之和除以单元加载载荷，组合加载刚度评估采用空气桥在组合载荷作用时约束反力绝对值除以单元加载载荷。

    不考虑波纹管，仅考虑空气桥柔性节铰链刚度对天平测力影响，天平与空气桥刚度评估分析结果如表4所示。分析结果表明：半模天平约束反力与空气桥约束反力之和等于加载载荷，计算结果准确可靠；单元加载时，空气桥固定端约束反力My元最大，占My元载荷2.19‰；组合加载时，空气桥固定端约束反力相对各元载荷均小于1‰。因此，空气桥固定端约束反力小，对天平测力准确度几乎没有影响，柔性铰链设计满足设计要求。

表4 柔性铰链刚度分析与评估（单位：N、N•m）

    考虑空气桥波纹管，不考虑气管压力对刚度影响，天平与空气桥刚度评估分析结果如表5所示。结果表明：单元加载时，空气桥固定端约束反力My元最大，占My元载荷2.74‰；组合加载时，空气桥固定端约束反力相对各元载荷均小于1.2‰。因此，空气桥固定端约束反力小，对天平测力准确度几乎没有影响，柔性节波纹管设计满足设计要求。

表5天平与空气桥刚度分析与评估（压力P=0MPa，单位：N、N•m）