支架的動態沖擊載荷分析

2017-03-02 by:CAE仿真在線來源:互聯網

本文采用Virtual.lab的Motion模塊建立剛柔多體裝配模型。裝配模型中支架采用柔性體,要對其進行在沖擊載荷下的剛度、強度分析,本文只做一個定性而非定量的分析,對設計人員的設計起指導幫助的作用。

如圖1所示,為初步設計的架子和回轉臺、液壓缸等部件在Virtual.lab的Motion模塊中建立的剛柔多體裝配模型。裝配模型中架子采用柔性體,要對其進行在沖擊載荷下的剛度、強度分析,除架子之外的其他部件都采用剛體模型。

圖1 剛柔多體裝配模型

沖擊試驗載荷條件:沖擊脈沖波形為半正弦波,沖擊峰值加速度為20g,脈沖持續時間11ms,除樣品有特殊要求外,試驗應沿試驗樣品的二個互相垂直軸的四個軸向的每個方向施加三次(共12次)沖擊。每組筒子質量為300kg,四組筒子和架子質量一起產生的沖擊力均勻分布在其四個固定座上。
在此沖擊載荷下,如圖1所示架子后端兩個支撐通過鉸鏈與回轉臺連接,在行駛狀態時前端兩處與回轉臺固支,因為沖擊試驗模擬的是行駛狀態時的沖擊,故在邊界條件中也將此兩處與回轉臺固支,另外架子還通過鉸鏈與兩個發射時起鼎升支撐作用的液壓缸連接。沖擊力加載條件如圖1所示,在motion模塊中以用戶自定義彈簧力的方式加在每個固定座上,其加載曲線如圖2 所示。

圖2 沖擊載荷加載曲線

如圖3所示,為某瞬時架子在沖擊載荷下的變形云圖,因為變形云圖隨著加載時間的變化而不停的變化著的,所以在這只抓取了某一瞬時狀態的變形云圖,但整個沖擊過程中架子的變形區域分布是一致的,只是大小不一樣而已。云圖中紅色區域表示變形較大的區域,從圖中可以看出,架子變形較大的區域有三個地方:1、前端兩側,由于這兩側都直接受力,且無直接支撐,所以在沖擊載荷下會引起較大的變形。2 、中心兩個分支較多處,由于整個架子在X-Y平面內可以看作相當于一個薄板,在沖擊載荷下薄板的屈曲變形趨勢會引起架子的中心兩個分支較多處變形較大。3、后段兩側伸出的支架處,由于架子后段兩個支架處與回轉臺是通過旋轉副連接的,而伸出的支架又比較長,只要在旋轉副連接處架子有一個較小的轉角就會引起伸出的支架遠端較大的變形。

圖3 沖擊載荷下某一瞬時架子變形云圖

圖4 在沖擊載荷下兩個不同時刻架子應力云圖

從圖4 可以看出,因為力的作用位置不變,在不同的時刻架子應力的分布區域一致。在16個加載處和中間四根橫梁的中段都是應力較大區域。在16個加載處產生較大應力的原因是由于架子為槽鋼焊接而成,在支撐處槽鋼厚度僅為5mm,槽鋼內并沒采取有效措施來加強架子此處的強度,而在支撐處架子受力最大,再加上應力集中的緣故,故在這些地方會產生較大應力。中間四根橫梁的中段的應力是由彎曲應力產生的。從整個應力仿真過程來看,在沖擊載荷峰值處架子的最大應力已經達到2000Mpa,遠遠超出了架子材料的許用應力,這除了沖擊載荷峰值過大之外,架子結構也是一個重要問題,在建模時為了避免網格劃分的困難,槽鋼的邊緣和各槽鋼連接處都無倒角,這必然引起很大的應力集中問題。

圖5 液壓缸受力變化曲線圖

圖5所示為沖擊載荷過程中液壓缸隨時間而變化的受力曲線圖。由圖中可以看出,整個沖擊過程中,液壓缸將承受最大8560N的力,故加大液壓缸的阻尼將對加強架子的剛度起很大的作用。
圖6所示為沖擊過程中液壓缸的行程變化曲線圖。在這里液壓缸的行程就為液壓缸和架子連接處架子的變形曲線圖。由于在分析中架子的結構阻尼值設得很小,故由曲線圖可以看出架子在前段時間的沖擊中有較大的變形,其最大值為1.672mm,但漸漸穩定下來,到后來做振幅不變的自由振動。