搜索【作品展示9】基于Adams與ansys的噴漿機斷臂仿真分析
2016-11-13 by:CAE仿真在線 來源:互聯(lián)網(wǎng)
作者介紹INTRODUTION
作品展示PRENTATION
本案例源自某公司噴漿機產(chǎn)品在工程使用中出現(xiàn)機械臂裂縫甚至斷裂的真實情況。該噴漿機機械臂在頻繁的啟停時,后臂處出現(xiàn)裂口后斷裂,可能造成嚴重安全事故。為分析機械臂斷裂的原因,并對其結(jié)構(gòu)強度進行進一步的改進,本案列運用Adams和Ansys對機械臂的運動學與動力學模型和后臂有限元模型進行建模分析。
在對噴漿機進行有限元強度分析前,需要對噴漿機的工況進行綜合考慮,分析出后臂最危險的工況,在對其進行其加載分析。為了分析噴漿機在不同姿態(tài)工作時的受力情況,利用動力學分析仿真軟件ADAMS對噴漿機機械臂系統(tǒng)進行仿真。
從solidworks建立好的機械臂裝配CAD模型導入Adams中,定義各構(gòu)件質(zhì)量信息、各運動副的約束。得到Adams運動學與動力學模型。
Adams運動學與動力學模型
分析噴漿頭受力可知,噴漿輸送的流量為最大30方/小時,1方混凝土按2400kg來算;噴漿口直徑55mm;空壓機的流量為11方/小時。經(jīng)過計算,在噴漿頭處添加噴漿時軟管和軟管內(nèi)的混凝土對噴漿頭的作用力約2000N。此外,在俯仰臂一側(cè)還支撐一段輸送混凝土的管道,作用力約1500N。
在液壓油缸處運動副上定義驅(qū)動,以模擬工程使用中的實際工況。
仿真工況描述:機械臂從初始位置向上揚起到仰角最大位置,然后向下運動到初始位置。(初始位置為大臂和伸縮臂均水平,伸縮臂縮到最短位置)。下圖為噴漿機機械臂在該工況運動過程中,一級油缸和二級油缸的作用力變化曲線。
一級油缸和二級油缸的作用力變化曲線
通過測量后臂各個鉸點運動副的受力,可得其在工況運動過程中的x、y、z方向受力情況(如下圖)。通過分析可知,10s時后臂處于受力最大的姿態(tài),記錄此時的各鉸點受力情況見表1。
后臂各鉸點x、y、z方向受力情況
為了獲得精度較高的網(wǎng)格,也方便定義后臂材料屬性。本案例中使用Hypermesh對后臂幾何體進行網(wǎng)格劃分。
hypermesh網(wǎng)格模型
為了方便在對應的鉸點上施加上面得到的ADAMS仿真分析得到的受力結(jié)果,在后臂的鉸座表面處均建立了點網(wǎng)格(MASS21),并與鉸座表面節(jié)點建立起剛性連接。定義點網(wǎng)格質(zhì)量近似為0,這樣在點網(wǎng)格施加的力可以等效的傳遞到鉸座表面各節(jié)點處。
Hypermesh中建立的剛性連接
將Hypermesh建立的網(wǎng)格文件輸出為cdb格式并導入到ansys中,在油缸鉸座位置設(shè)置約束,并在鉸點處分別添加x、y、z方向的作用力。(注意:此時坐標系需要與adams中是否保持一致)
ansys 仿真模型
進行上述設(shè)置后,進行慣性釋放(Inertia Relif)后進行求解,得到后臂應力仿真分析結(jié)果。
后臂應力仿真分析結(jié)果
通過對比該公司現(xiàn)場問題斷臂的位置和有限元仿真結(jié)果,后臂出現(xiàn)裂縫和斷開位置均位于后臂的T型角處,與仿真應力最大位置一致。
后臂斷裂位置與有限元結(jié)果對比
作者寄語PRENTATION
從本科便開始接觸cae仿真,當時是利用pro/e對多自由度機器人進行運動學分析,到研究生階段,參與到具體的工程項目,將仿真結(jié)果應用于指導設(shè)計工作,才真實體會到cae仿真的強大。由于對cae仿真的認識仍不夠成熟,目前國內(nèi)目前對cae技術(shù)存在著許多誤解,相信隨著cae技術(shù)的普及,今后cae仿真將有大展拳腳的一天。
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