基于Solidworks和Adams的翻料机冲击研究

2013-07-17 by:广州有限元培训实践中心来源:仿真在线

0 引言

设备抗冲击包括设备本身的抗冲击性能和冲击隔离技术两个方面。国内外绝大部分文献都是关于设备振动隔离器的研究,设备本身抗冲击性能相关的研究基本上是关于静态结构的应力应变分析,而动力设备的仿真和试验研究几乎没有。

随着计算机技术的发展,仿真技术在翻料机抗冲击强度的计算方面发挥的作用越来越大,著名的虚拟样机技术——ADAMS机械动力学仿真软件,在静力学、运动学和动力学上有着很强的分析能力,对冲击、碰撞过程具有一定的捕捉分析能力,可以配合试验获得一些仅靠试验不能得到的实用性强的技术数据。翻料机主要用于大、中型模具的翻转,港口钢卷的翻转,热处理大中型工件的翻转等,以降低操作人员的劳动强度,避免意外危险损坏工件和危及操作人员的人身安全。

1 翻料机冲击强度模型系统的建立

利用Soildworks软件对半自动液住式翻料机进行精确的三维实体模型绘制。为了能完整地表征翻料机的动力学特性,首先将装配图另存为“*.part”零件格式,通过Soildworks自带“合并”命令将两两位置不变的构件定义成一个刚体,并去掉不必要的机构,如,将支架、前臂台并,去掉电控箱、电液泵和连接线路等,这样翻料机就简化为7个刚体。

翻料机落料口的柔性体模型即是在仿真分析过程中将落料口视为弹性变形体,要在多体动力学分析中建立落料口的柔性体,必须先对落料口进行有限元分析。利用有限元软件进行10节点四面体单元网格划分,共8882个单元,18266个节点,得到其各阶振型和固有频率。

落料口需要予以重视的振动固有频率都比较低,300Hz以内的振型可以比较全面地描述落料口的动态特性。

由于ADAMS的核心文件格式是Para soild格式,所以把在SOLIDWORKS生成的翻料机模型转换成Para soild格式就可以了,将模型文件导入纠ADAMS软件中,底座视为刚体固定在地面上,各部件之间以运动副联接。然后用在ANSYS中生成的柔性落料口(即模态中性文件)代替刚性落料口,方法是把柔性落料口移动到刚性落料口的位置,再将连接关系进行修改。

然后再对转换过来的翻料机模型重新设置材料特性,添加各种约束,修改某些不合理的部分,得到最终的翻料机模型。

2 ADAMS中翻料机虚拟冲击

ADAMS中将构件看作是刚体,因此两个构件接触时不允许产生相互穿透,在教学上用不等式条件表示。处理这种约束条件的方法通常采用拉格朗日算子法或惩罚函数法。惩罚函数法具有简单、不增加附加方程与附加变量的优点;特别是它处理不连续型接触问题;而且,容易用弹簧这种物理模型来解释。因此,ADAMS采用惩罚函数法来建立接触约束模型。

在两物体接触面上存在着接触面法向力(冲击力或接触力)和接触面切向力(摩擦力)两种作用。当接触不连续时产生的接触法向力就是冲击力。由于摩擦力本身也是非常复杂的问题,ADAMS中对它作了简化,采用比较简单的库仑摩擦力模型来计算。本文对此不作详细讨论,而集中在法向力上。

冲击函数模型用位移、速度来定义接触力,它可以用在连续型接触和不连续型接触两种情况上;而且,刚度k与材料特性相关物理意义明显;当刚度取值较大造成收敛困难时,可以通过调整穿透深度来改善收敛,计算比较稳定。所以计算冲击力时要采用该模型。

ADAMS中冲击涵数模型用一个弹簧—阻尼模型来表示,冲击力函数表示为:

基于Solidworks和Adams的翻料机冲击研究solidworks simulation分析案例图片1

式中:

k——弹簧刚度;

e——形状指数,对于接触的两个构件都是钢材料时,e选取1.5;

dmax——最大允许穿透深度,数值上一般为刚度值的0.01%—0.1%;

cmax——当达到最大穿透深度时所应用的最大阻尼值。

透深度g和穿透速度dg/dt的计算是由ADAMS软件中的几何引擎自动计算的。从公式中可以看到,接触力大小与材料的刚度、阻尼、穿透深度以及穿透速度有关。

一般钢结构阻尼系数可按如下规律选取:材料采用线性模型,构件工作在弹性阶段,阻尼系数取0.02~0.05,当应力较小时取偏小值,应力较大时取偏大值;采用线性模型,构件工作在弹塑性阶段,阻尼系数取0.1~0.2,进入塑性化程度较浅时取小值,进入塑性化程度较深时取大值。如果材料采用非线性模型,阻尼系数取O.01。此处设置其阻尼为O.035N·s·mm-1。

刚度k的数值是相接触的两个构件刚度的综合值。理论上k的数值可以参考接触力学文献计算。在初始仿真时也可以按下面的公式估算:

基于Solidworks和Adams的翻料机冲击研究solidworks simulation应用技术图片图片2