基于cosmosmotion和cosmosworks的动臂有限元分析

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1、万方数据第9卷第17期2009年9月1671—1819(2009)17—5205·04科学技术与工程ScienceTechnologyandEngineeringVoL9No．17Sep．2009@2009Sci．Tech．Engng基于COSMOSMotion和COSMOSWorks的动臂有限元分析李红勋李立顺张国义汪正西任云飞．(军事交通学院，天津300161)摘要建立主要工作装置的三维实体模型和动臂的虚拟样机模型，以COSMOSMotion软件为平台进行运动学和动力学仿真，并将动臂在铲斗挖掘、斗杆挖掘、混合挖掘三种典型工况下的原始载荷情况从COSMOS

2、Motion中直接输出到有限元分析软件COSMOSWorks中进行强度和结构分析，得各工况下动臂应力最大时的有限元分析结果，为物理样机的试制和和产品的优化设计提供了依据。COSMOSMotion和COSMOSWorks的联合仿真降低了仿真的难度，提高了分析的精度。所采用方法，对于同类产品的设计具有一定的参考价值。关键词COSMOSMotionCOSMOSWorks动臂有限元分析中图法分类号TP391．72；文献标志码ACOSMOSMotion和COSMOSWorks与SolidWorks软件无缝集成，可以对复杂机械系统进行完整的运动学、动力学仿真和设计分析测

3、试，利用目前的COSMOSMotion和COSMOSWorks仿真技术，可以帮助设计人员更快更准确地进行新产品设计，提高机械产品设计水平。多功能道路应急保障车是一种能够快速机动支援或伴随车队开进的后勤保障装备，其配备不同属具(货叉、挖斗、吊具、液压冲击锤、桩锤、油锯)便可实现一机多能。本文仅研究多功能道路应急保障车换装挖斗(挖掘)时的工况。利用COSMOSMotion进行运动学和动力学仿真，并将动臂在铲斗挖掘、斗杆挖掘、混合挖掘三种典型工况下的载荷情况直接输出到有限元分析软件COSMOSWorks中进行正确的强度和结构分析，降低了工作的难度，提高了分析的精度

4、，此方法对于改进原有产品的设计或进行其它新产品的开发研制都有很重要的现实意义。2009年5月27日收到第一作者简介：李红勋。E-mail：lihongxun2008@163．corn。1主要工作装置三维实体模穆的建立多功能道路应急保障车主要工作装置由动臂、斗杆、铲斗、快速换接装置及油缸等组成。在实体建模阶段，采用SolidWorks软件对主要工作装置各组成零件进行三维实体建模，并按照虚拟装配原理，将各零部件进行装配，得到主要工作装置的三维实体模型，如图1所示。图1主要工作装置的三维实体模型万方数据5206科学技术与工程9卷2动臂的有限元分析2．1动臂虚拟样机

5、模型的建立文中采用COSMOSMotion和COSMOSWorks的联合仿真进行有限元分析。有限元分析主要对铲斗挖掘、斗杆挖掘、混合挖掘三种典型工况下的动臂进行了分析，并首先建立了其虚拟样机模型。2．1．1铲斗挖掘工况虚拟样机模型的建立在斗杆缸同心副处添加运动驱动，运动方式为位移，输入运动驱动函数；在动臂缸同心副处添加运动驱动，运动方式为位移，输入运动驱动函数；在铲斗缸同心副处添加运动驱动，运动方式为位移，输人运动驱动函数；设定仿真时间。在动臂与支座的旋转副、动臂与斗杆的旋转副、动臂与动臂活塞杆的旋转副和动臂与斗杆活塞缸的旋转副的属性中指定载荷传输负载面；运

6、行仿真，并保存仿真结果；输人运动载荷并定义设计情形，将“动臂”移动到“所选的零部件”框内，在多画面算例的开始框和结束框内分别输入19和3l(仿真时间不变，帧的数目改为30，挖掘过程是从第19到第31个画面)；打开动臂零件，为动臂定义材料属性，采用实体网格，单元大小为11．2mm，公差为0．56mm，进行网格划分，如图2，划分单元数为161657，节数为314471(以下其它工况的动臂材料和网格划分与此相同)。图2动臂有限元网格划分2．1．2斗杆挖掘工况虚拟样机模型的建立此工况下动臂虚拟样机模型的建立与铲斗挖掘工况下动臂虚拟样机模型的建立过程基本相同(运动驱动

7、函数除外)，在多画面算例的开始框和结束框内分别输入19和3l(仿真时间不变，帧的数目改为30，挖掘过程是从第19到第31个画面)。2．1．3混合挖掘工况虚拟样机模型的建立此工况下动臂虚拟样机模型的建立与铲斗挖掘工况下动臂虚拟样机模型的建立过程基本相同，在多画面算例的开始框和结束框内分别输入9和20(仿真时间不变，帧的数目改为30，挖掘过程是从第9到第20个画面)。2．2动臂的有限元分析在模型建立的基础上，运行设计情形，从设计情形结果图表中确定yonMises应力最大的组，并以此组作为设计情形，再运行设计情形，就可得各工况下动臂应力最大时的有限元分析结果。2．

8、2．1铲斗挖掘工况在动臂有限元模型建立的基础上，运行