支架的動(dòng)態(tài)沖擊載荷分析

2017-03-02  by:CAE仿真在線  來源:互聯(lián)網(wǎng)

本文采用Virtual.lab的Motion模塊建立剛?cè)岫囿w裝配模型。裝配模型中支架采用柔性體,要對其進(jìn)行在沖擊載荷下的剛度、強(qiáng)度分析,本文只做一個(gè)定性而非定量的分析,對設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)起指導(dǎo)幫助的作用。

如圖1所示,為初步設(shè)計(jì)的架子和回轉(zhuǎn)臺、液壓缸等部件在Virtual.lab的Motion模塊中建立的剛?cè)岫囿w裝配模型。裝配模型中架子采用柔性體,要對其進(jìn)行在沖擊載荷下的剛度、強(qiáng)度分析,除架子之外的其他部件都采用剛體模型。

沖擊試驗(yàn)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(xù)時(shí)間11ms,除樣品有特殊要求外,試驗(yàn)應(yīng)沿試驗(yàn)樣品的二個(gè)互相垂直軸的四個(gè)軸向的每個(gè)方向施加三次(共12次)沖擊。每組筒子質(zhì)量為300kg,四組筒子和架子質(zhì)量一起產(chǎn)生的沖擊力均勻分布在其四個(gè)固定座上。
在此沖擊載荷下,如圖1所示架子后端兩個(gè)支撐通過鉸鏈與回轉(zhuǎn)臺連接,在行駛狀態(tài)時(shí)前端兩處與回轉(zhuǎn)臺固支,因?yàn)闆_擊試驗(yàn)?zāi)M的是行駛狀態(tài)時(shí)的沖擊,故在邊界條件中也將此兩處與回轉(zhuǎn)臺固支,另外架子還通過鉸鏈與兩個(gè)發(fā)射時(shí)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(gè)固定座上,其加載曲線如圖2 所示。

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

從圖4 可以看出,因?yàn)榱Φ淖饔梦恢貌蛔?在不同的時(shí)刻架子應(yīng)力的分布區(qū)域一致。在16個(gè)加載處和中間四根橫梁的中段都是應(yīng)力較大區(qū)域。在16個(gè)加載處產(chǎn)生較大應(yīng)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(nèi)并沒采取有效措施來加強(qiáng)架子此處的強(qiáng)度,而在支撐處架子受力最大,再加上應(yīng)力集中的緣故,故在這些地方會(huì)產(chǎn)生較大應(yīng)力。中間四根橫梁的中段的應(yīng)力是由彎曲應(yīng)力產(chǎn)生的。從整個(gè)應(yīng)力仿真過程來看,在沖擊載荷峰值處架子的最大應(yīng)力已經(jīng)達(dá)到2000Mpa,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了架子材料的許用應(yīng)力,這除了沖擊載荷峰值過大之外,架子結(jié)構(gòu)也是一個(gè)重要問題,在建模時(shí)為了避免網(wǎng)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(yīng)力集中問題。

圖5所示為沖擊載荷過程中液壓缸隨時(shí)間而變化的受力曲線圖。由圖中可以看出,整個(gè)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(qiáng)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(jié)構(gòu)阻尼值設(shè)得很小,故由曲線圖可以看出架子在前段時(shí)間的沖擊中有較大的變形,其最大值為1.672mm,但漸漸穩(wěn)定下來,到后來做振幅不變的自由振動(dòng)。

從LMS.Virtualab.motion和Virtualab.structure分析來看,架子的分析結(jié)果基本與理論分析一致,但由于模型和邊界條件的不完全準(zhǔn)確性,在這里只能做一個(gè)定性而非定量的分析,對設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)起指導(dǎo)幫助的作用。

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