【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:互聯網

作者介紹INTRODUTION

影子

碩士研究生,五年以上仿真工作經驗,擅長CAE仿真領域包括adams運動學和動力學仿真,運用ansys進行結構有限元仿真分析。熟練操作的cae軟件包括adams、hypermesh、ansys、fluent、icem等。

作品展示PRENTATION

案例簡介

本案例源自某公司噴漿機產品在工程使用中出現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,并對其結構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。

基于Adams的運動學與動力學建模與仿真

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進行仿真。

1

模型建立

從solidworks建立好的機械臂裝配CAD模型導入Adams中,定義各構件質量信息、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

2

定義外作用力

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。經過計算,在噴漿頭處添加噴漿時軟管和軟管內的混凝土對噴漿頭的作用力約2000N。此外,在俯仰臂一側還支撐一段輸送混凝土的管道,作用力約1500N。

3

根據工況設置驅動

在液壓油缸處運動副上定義驅動,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,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

基于Ansys的后臂有限元模型建模及仿真

1

基于hypermesh有限元模型前處理

為了獲得精度較高的網格,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格劃分。

hypermesh網格模型

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果,在后臂的鉸座表面處均建立了點網格(MASS21),并與鉸座表面節點建立起剛性連接。定義點網格質量近似為0,這樣在點網格施加的力可以等效的傳遞到鉸座表面各節點處。

Hypermesh中建立的剛性連接

2

ANSYS有限元模型

將Hypermesh建立的網格文件輸出為cdb格式并導入到ansys中,在油缸鉸座位置設置約束,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果。

后臂應力仿真分析結果

后臂斷裂位置與有限元結果對比

通過對比該公司現場問題斷臂的位置和有限元仿真結果,后臂出現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,將仿真結果應用于指導設計工作,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,目前國內目前對cae技術存在著許多誤解,相信隨著cae技術的普及,今后cae仿真將有大展拳腳的一天。

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