機(jī)械臂工作裝置的Ansys有限元分析

2016-08-23 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

裝載機(jī)動(dòng)臂工作裝置的有限元分析

根據(jù)以上對(duì)工作裝置的有限元分析,其中預(yù)處理模塊主要工作為設(shè)定單元類型、實(shí)常數(shù)、材質(zhì)、構(gòu)建結(jié)構(gòu)實(shí)體模型并進(jìn)行網(wǎng)格劃分等,求解模塊中定義分析類型及相應(yīng)選項(xiàng),施加載荷,確定載荷步選項(xiàng)等并求解,求解參數(shù)。主要選擇4節(jié)點(diǎn)殼單元對(duì)工作裝置動(dòng)臂進(jìn)行離散。采用APDL方式與從下到上的建模方法相結(jié)合的方式建立模型。因此在動(dòng)臂建模時(shí)充分利用動(dòng)臂結(jié)構(gòu)的某些相似性、對(duì)稱性和一致性,先構(gòu)建單側(cè)模型,再通過復(fù)制、旋轉(zhuǎn)、移動(dòng)、合成等方法得到動(dòng)臂的整體模型。對(duì)于均勻應(yīng)力區(qū)域,采用自由網(wǎng)格劃分。下面簡(jiǎn)要說明一下建模步驟:

(1)初始化ANSYS環(huán)境

(2)有限元網(wǎng)格的劃分

在ANSYS環(huán)境下,根據(jù)動(dòng)臂的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),結(jié)合該軟件提供的單元類型,選擇3維8節(jié)點(diǎn)單元Solid45。該單元類型能夠用于不規(guī)則形狀,而且不會(huì)在精度上有任何損失。本文首先對(duì)動(dòng)臂進(jìn)行整體自由網(wǎng)格劃分,然后對(duì)油缸軸孔和圓角處進(jìn)行網(wǎng)格細(xì)化,以提高計(jì)算精度,防止畸變網(wǎng)格的產(chǎn)生。共生成16591個(gè)節(jié)點(diǎn),55736個(gè)單元(劃分結(jié)果略)。

(3)施加約束

由于是靜力分析,必須限制模型的剛體位移,因而在鏟斗鏟土轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),可認(rèn)為:動(dòng)臂與車架鉸接處,動(dòng)臂與動(dòng)臂油缸鉸接處,翻斗油缸與搖臂鉸接處都不發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng),因此在這3個(gè)鉸接點(diǎn)處施加相應(yīng)約束。

(4)施加載荷

裝載機(jī)的最大牽引力為185 kN,自重58.8 kN,工作裝置的材料為16Mn鋼,ZL60裝載機(jī)的操作質(zhì)量為20.2 t。本研究是在對(duì)稱水平插入力作用工況時(shí)進(jìn)行計(jì)算的,在裝載機(jī)聯(lián)合鏟取時(shí)受力最大,水平力(即插入阻力)由裝載機(jī)的牽引力確Ry=202.790kN。根據(jù)整機(jī)縱向穩(wěn)定性條件,作用于鏟斗上最大的垂直載荷Rx=181.8 kN。進(jìn)入ANSYS后處理階段,對(duì)模型求解分析。

結(jié)果分析

應(yīng)用APDL參數(shù)化三維建模和求解分析,得到工作裝置動(dòng)臂在對(duì)稱水平插入力作用工況下的應(yīng)力分布云圖和變形云圖,由應(yīng)力分布云圖可知,在正載對(duì)稱水平插入力作用工況下動(dòng)臂的危險(xiǎn)點(diǎn)在搖臂和動(dòng)臂橫梁銷孔鉸接附近,危險(xiǎn)點(diǎn)處應(yīng)力值為20.889MPa,應(yīng)考慮在動(dòng)臂橫梁銷孔鉸接周圍采取加強(qiáng)措施。梁的危險(xiǎn)點(diǎn)在橫梁與動(dòng)臂的鉸接處,應(yīng)力值為11.339 MPa。由變形分布云圖可知,動(dòng)臂右側(cè)板的最大變形為59·946 mm,變形較大,應(yīng)增加材料的剛度。內(nèi)側(cè)動(dòng)臂板上表面受拉,下表面受壓,應(yīng)在改進(jìn)設(shè)計(jì)中予以重視。動(dòng)臂其余部分應(yīng)力值較小,符合設(shè)計(jì)要求且有足夠的強(qiáng)度儲(chǔ)備。總之,該動(dòng)臂具有良好的剛性,橫梁面積較大足以承受極限偏載所產(chǎn)生的扭矩,應(yīng)用這種設(shè)計(jì)方法能較好地解決復(fù)雜的空間力學(xué)問題,經(jīng)裝載機(jī)靜強(qiáng)度試驗(yàn),驗(yàn)證了本次建模的正確性和計(jì)算結(jié)果的可靠性。

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