搜索【作品展示9】基于Adams與ansys的噴漿機(jī)斷臂仿真分析
2016-11-13 by:CAE仿真在線 來(lái)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(jī)產(chǎn)品在工程使用中出現(xiàn)機(jī)械臂裂縫甚至斷裂的真實(shí)情況。該噴漿機(jī)機(jī)械臂在頻繁的啟停時(shí),后臂處出現(xiàn)裂口后斷裂,可能造成嚴(yán)重安全事故。為分析機(jī)械臂斷裂的原因,并對(duì)其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度進(jìn)行進(jìn)一步的改進(jìn),本案列運(yùn)用Adams和Ansys對(duì)機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)模型和后臂有限元模型進(jìn)行建模分析。
在對(duì)噴漿機(jī)進(jìn)行有限元強(qiáng)度分析前,需要對(duì)噴漿機(jī)的工況進(jìn)行綜合考慮,分析出后臂最危險(xiǎn)的工況,在對(duì)其進(jìn)行其加載分析。為了分析噴漿機(jī)在不同姿態(tài)工作時(shí)的受力情況,利用動(dòng)力學(xué)分析仿真軟件ADAMS對(duì)噴漿機(jī)機(jī)械臂系統(tǒng)進(jìn)行仿真。
從solidworks建立好的機(jī)械臂裝配CAD模型導(dǎo)入Adams中,定義各構(gòu)件質(zhì)量信息、各運(yùn)動(dòng)副的約束。得到Adams運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)模型。
Adams運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)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(shí),1方混凝土按2400kg來(lái)算;噴漿口直徑55mm;空壓機(jī)的流量為11方/小時(shí)。經(jīng)過(guò)計(jì)算,在噴漿頭處添加噴漿時(shí)軟管和軟管內(nèi)的混凝土對(duì)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(yùn)動(dòng)副上定義驅(qū)動(dòng),以模擬工程使用中的實(shí)際工況。
仿真工況描述:機(jī)械臂從初始位置向上揚(yáng)起到仰角最大位置,然后向下運(yùn)動(dòng)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(jī)機(jī)械臂在該工況運(yùn)動(dòng)過(guò)程中,一級(jí)油缸和二級(jí)油缸的作用力變化曲線。
一級(jí)油缸和二級(jí)油缸的作用力變化曲線
通過(guò)測(cè)量后臂各個(gè)鉸點(diǎn)運(yùn)動(dòng)副的受力,可得其在工況運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的x、y、z方向受力情況(如下圖)。通過(guò)分析可知,10s時(shí)后臂處于受力最大的姿態(tài),記錄此時(shí)的各鉸點(diǎn)受力情況見(jiàn)表1。
后臂各鉸點(diǎn)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(duì)后臂幾何體進(jìn)行網(wǎng)格劃分。
hypermesh網(wǎng)格模型
為了方便在對(duì)應(yīng)的鉸點(diǎn)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(diǎn)網(wǎng)格(MASS21),并與鉸座表面節(jié)點(diǎn)建立起剛性連接。定義點(diǎn)網(wǎng)格質(zhì)量近似為0,這樣在點(diǎn)網(wǎng)格施加的力可以等效的傳遞到鉸座表面各節(jié)點(diǎn)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(dǎo)入到ansys中,在油缸鉸座位置設(shè)置約束,并在鉸點(diǎn)處分別添加x、y、z方向的作用力。(注意:此時(shí)坐標(biāo)系需要與adams中是否保持一致)
ansys 仿真模型
進(jìn)行上述設(shè)置后,進(jìn)行慣性釋放(Inertia Relif)后進(jìn)行求解,得到后臂應(yīng)力仿真分析結(jié)果。
后臂應(yīng)力仿真分析結(jié)果
通過(guò)對(duì)比該公司現(xiàn)場(chǎng)問(wèn)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(kāi)位置均位于后臂的T型角處,與仿真應(yīng)力最大位置一致。
后臂斷裂位置與有限元結(jié)果對(duì)比
作者寄語(yǔ)PRENTATION
從本科便開(kāi)始接觸cae仿真,當(dāng)時(shí)是利用pro/e對(duì)多自由度機(jī)器人進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)分析,到研究生階段,參與到具體的工程項(xiàng)目,將仿真結(jié)果應(yīng)用于指導(dǎo)設(shè)計(jì)工作,才真實(shí)體會(huì)到cae仿真的強(qiáng)大。由于對(duì)cae仿真的認(rèn)識(shí)仍不夠成熟,目前國(guó)內(nèi)目前對(duì)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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