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1、布料机布料臂架有限元建模与仿真研究_周长江试验·研究!TestandResearch工程机械第38卷2007年11月布料机布料臂架有限元建模与仿真研究*布料机主要用于散料输送,属于复杂大型工程机械装备,主要由底盘、布料臂架和送料臂架3部分组成,其中布料臂架结构复杂、承载多变,边界条件不稳定,是布料机的关键部件。本文以国内首次研制成功的40m大跨度布料机布料臂架为研究对象,根据工程设计规范、现场调研数据和复合工况分析,采用参数化建模方法APDL(ANSYSParameterDesignLanguage)和多单元连接技术[9～10],基于ANSYS软件平台实现复杂布料臂架系统的精确建模和拟实
2、加载。分析各种组合工况下布料臂架的综合结构性能,重点研究各节臂架变形量的分布规律以及结构要素对臂架结构性能的影响等。1基于APDL的结构模型参数化技术1.1APDL参数化建模方法简介APDL是ANSYS自带的编程语言,也是重要的二次开发工具,具有各种参数定义、基本的数值计算、流程控制、宏程序与子函数的使用、数据文件的输入输出等功能。通过APDL可实现较复杂大型机械装备有限元建模时分析模型尺寸、材料性能、载荷、边界条件施加的位置和网格密度等的参数化,从而扩展了传统有限元的分析范围,可完成许多通用性很强的工程分析,是完成自适应网格划分和优化设计的重要前提。1.2布料臂架结构、载荷及工况的参数
3、化布料臂架的有限元建模与分析过程中,臂架结构与物性参数的提取与定义是系统参数化建模的关键。臂架结构参数主要包括各构件的几何特征(长、宽和高等)和力素特征(杆、梁、块和壳等);物性参数则主要有材料特性参数(弹性模量E、剪切模量G和泊松比γ)和机械性能参数(强度极限σb和屈服极限σs等)。将上述参数统一规范化命名。集成所有结构件的参数化模块,构成产品结构的参数化设计文件。参数模块的任何参数值的改变,都会引起有关结构件的有限元模型的改变,即引起整个结构的改变。在布料臂架的研发中,需要分析不同载荷组合对臂架性能的影响,这就要求模型可以实现参数化加载。本文通过条件和循环语句对臂架进行参数化加载,同
4、时将工况控制选项参数化,使程序可按用户需求自动求解相应工况下的臂架性能。1.3结构模型简化与分析步骤为了控制分析规模,缩短产品研发周期,模型的湖南大学机械与汽车工程学院中国水利水电八局常德机械厂周长江官凤娇韩旭孙红高剑锋!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!"!!!!!!!!!!!!!!""!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!"摘要:以国内首次研制成功的40m大跨距布料机臂架结构为研究对象,采用参数化建模APDL方法和多单元连接技术,基于ANSYS软件平台实现复杂布料臂架系统的精确建模和
5、拟实加载。根据各构件的结构特征、连接形式与承载特性,将布料臂架抽象成由杆、梁、板、壳、质量、弹簧及阻尼等力学要素,不同的力素对应不同的分析单元类型,不同的单元经连接后共同构成复杂空间刚架模型。参照相关设计规范和使用工况,结合多体动力学系统模拟结论,布料机最危险工况组合为:布料机前倾某角度放置、臂架呈全伸展状态、臂架位于某仰角、高位按最大受风面积承风(6级)、考虑附加动载荷等。计算考虑的主要负载有:臂架自重、皮带与托滚重、物料重、溜管及物料堆积重、风载、附加动载荷等。研究得出施加在布料臂架上的各载荷对其综合力学性能的影响情况和满负载下各臂节的变形量的分布规律,仿真表明臂架空载和满载时的最大
6、挠度差约为0.103m,满足大跨距布料臂架安全施工要求;输送物料重量和溜管料斗及物料堆积引起的附加重量对臂架的最大挠度和极限应力影响较缓,但对整机的抗倾覆性影响较大。关键词:布料机臂架参数化建模仿真*基金项目:2004年度新世纪优秀人才计划(NCET-04-0766);湖南省自然科学基金(06JJ50100)—20—试验·研究!第38卷2007年11月工程机械TestandResearch1.基础臂架2.中间臂架3.前端臂架图1布料机刚体模型建立既要尽量理想、简单和典型化,又要较客观地反映出整体的应力、应变和自重等参数。根据模型的复杂性与控制结构分析规模的需要,对整体结构的简化要确保结构
7、的传力路线准确;确保典型作业工况真实;对关键模型尺寸、材料参数、载荷和工况条件参数化;对细节结构做简化。基于ANSYS/APDL的臂架结构分析的基本步骤为:APDL为软件平台,开发结构件、载荷和工况控制的参数化设计文件;调用ANSYS求解器,建立整个臂架的自动化分析流程;建立后置处理流程,进行数据文件管理和图形输出。2布料臂架有限元模型的建立布料机臂架主要由基础臂架、中间臂架和前端臂架组成(图1)。臂架包括主梁、侧杆、腹杆、加强筋板
