一种基于ansys接触技术计算汽车起重机支腿反力的新方法

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1、¨“设计计算DESIGN&CAL0{Jl:_.ATlON~一种基于ANSYS接触技术计算汽车起重机支腿反力的新方法崔书文,朱磊,丁宏刚(徐工集团徐州重型机械有限公司,江苏徐州221004)[摘要]基于ANSYS软件的接触技术,提出了一种计算汽车起重机支腿反力的新方法,比传统算法更加合理、方便。特别是在求解有支腿起翘情况的支腿反力时,利用该方法只需进行一次求解就能求出所有支腿的反力,而无需像传统算法那样在解除起翘支腿的约束后进行二次计算或对初始支腿反力进行二次修正。[关键词]ANSYS;支腿反力;接触算法[中图分类号]TH213

2、.6[文献标识码]B[文章编号]1001—554X(2010)08—0078—02NewmethodofcalculatingoutriggerreactionforcesoftruckcranebasedonANSYScontacttechnologyCUIShu—wen,ZHULei,DINGHong-gang支腿反力的计算是汽车起重机设计中的一个重上指定了摩擦系数厂。接触单元可用来防止或减少要环节,支腿反力计算结果的正确与否直接影响到接触面互相穿透,并能有效传递接触面之间的力汽车起重机支腿及车架的设计可靠性。传统的支腿(

3、包括摩擦力和法向压力),同时还能对接触面的相反力计算方法,无论是解析法还是数值法,都是将对位置进行跟踪。面一面单元适合模拟任何形状的4个支腿进行全约束后进行计算,此类方法虽能解两个面之间的接触。决大多数求解问题,但对于有支腿起翘的情况,需要对支腿反力进行修正或在解除起翘支腿的约束后进行二次计算。本文利用ANSYS软件的接触技术,提出了一种计算汽车起重机支腿反力的新方法,只需进行一次求解就能求出所有支腿的支反力,包括有支腿起翘情况的支腿反力。1计算模型及接触设置采用的计算模型如图1所示。模型坐标原点为图1计算模型座圈圆心,z轴沿

4、车辆前进方向,轴垂直座圈上平面并垂直向上,轴符合右手螺旋法则。模型中汽车起重机在实际工作时,无论吊重、幅度除了车架和支腿外,还在支腿处建了4个垫块,垫及臂架角度如何变化,上车所有载荷最终都将转块上平面与支腿油缸下平面贴合,即处于接触状化成向垂直载荷和xy平面内的倾翻力矩施加态。垫块与支腿油缸的接触面采用ANSYS的增强Lagrange算法建立面一面接触单元,并在接触面[收稿日期]2010一叭一02[通讯地址]崔书文,江苏省徐州市铜山路165号底盘所建筑机械2010.08(上半月刊)到座圈上。因此,只需将上车具体工况下的载荷2计

5、算结果换算为垂直载荷和倾翻力矩,即可对下车进行求解分析。图2给出了由传统算法和接触算法计算出的位施加边界条件时,将4个垫块的下平面全约移云图。从图中可以看出,接触算法的结果很直观束,将垂直载荷和倾翻力矩加到座圈上平面,并将地给出了右后支腿发生起翘的情况。下车自重转化为弯矩和垂直载荷也施加到座圈上平为了校验计算结果的正确性,利用计算出的支面。垂直载荷F、倾翻力矩M、倾翻力矩的矢量角腿反力反算出座圈上施加的力和力矩。表2列出了度a(力矩矢量方向与z轴的夹角)以及下车自重由两种算法计算出的各支腿的支腿反力及由相应支G、下车重心距座圈

6、中心的距离e见表1。腿反力反算出的力和力矩。表中最后2行则给出了表1外载情况由支腿反力反算出的力矩与所施加的力矩之间的相对误差,这种误差是由有限元法迭代求解所产生的。a接触算法图2车架的位移云图表2计算结果汇总合理。项目传统算法接触算法表2同时给出了接触算法中当接触面摩擦系数初始值修正值f=0f=0.15f=1.00厂分别取0、0.15和1.00时的计算结果,可以看左前支腿反力/kN134.1178.1179.7179.6177.3出,3种不同摩擦系数情况下计算出的支腿反力和右前支腿反力/kN70.226.227.427.52

7、8.9力矩相差较小,并且力矩的相对误差也很小。左后支腿反力/kN59.715.712.912.913.8图3给出了厂=0和.厂:1.00时的位移云图。从右后支腿反力/kN—44.O00O0图中可以看出,无摩擦时(-厂=0情况),支腿有明支腿反力之和/kN220.0220.0220.0220.0220.0显的滑动,而当.厂=1.00时,支腿滑动量接近为0。力矩32向分量Mx/kNm——729—。729—‘718——718——706力矩Y向分量My/kNm908908933932925这是由于大摩擦系数的存在,当法向压力较大时,M

8、x的相对误差/3.093.091.581.540.19摩擦力也较大,因此模型滑动也需要较大的力。My的相对误差/3.333.330.640.711.45考虑实际情况,汽车起重机在吊重作业时,支注:表中负号表示矢量方向。腿垫块与支腿盘之间的摩擦系数应介于0~1之间。从表中可以看

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1、¨“设计计算DESIGN&CAL0{Jl:_.ATlON~一种基于ANSYS接触技术计算汽车起重机支腿反力的新方法崔书文,朱磊,丁宏刚(徐工集团徐州重型机械有限公司,江苏徐州221004)[摘要]基于ANSYS软件的接触技术,提出了一种计算汽车起重机支腿反力的新方法,比传统算法更加合理、方便。特别是在求解有支腿起翘情况的支腿反力时,利用该方法只需进行一次求解就能求出所有支腿的反力,而无需像传统算法那样在解除起翘支腿的约束后进行二次计算或对初始支腿反力进行二次修正。[关键词]ANSYS;支腿反力;接触算法[中图分类号]TH213

2、.6[文献标识码]B[文章编号]1001—554X(2010)08—0078—02NewmethodofcalculatingoutriggerreactionforcesoftruckcranebasedonANSYScontacttechnologyCUIShu—wen,ZHULei,DINGHong-gang支腿反力的计算是汽车起重机设计中的一个重上指定了摩擦系数厂。接触单元可用来防止或减少要环节,支腿反力计算结果的正确与否直接影响到接触面互相穿透,并能有效传递接触面之间的力汽车起重机支腿及车架的设计可靠性。传统的支腿(

3、包括摩擦力和法向压力),同时还能对接触面的相反力计算方法,无论是解析法还是数值法,都是将对位置进行跟踪。面一面单元适合模拟任何形状的4个支腿进行全约束后进行计算,此类方法虽能解两个面之间的接触。决大多数求解问题,但对于有支腿起翘的情况,需要对支腿反力进行修正或在解除起翘支腿的约束后进行二次计算。本文利用ANSYS软件的接触技术,提出了一种计算汽车起重机支腿反力的新方法,只需进行一次求解就能求出所有支腿的支反力,包括有支腿起翘情况的支腿反力。1计算模型及接触设置采用的计算模型如图1所示。模型坐标原点为图1计算模型座圈圆心,z轴沿

4、车辆前进方向,轴垂直座圈上平面并垂直向上,轴符合右手螺旋法则。模型中汽车起重机在实际工作时,无论吊重、幅度除了车架和支腿外,还在支腿处建了4个垫块,垫及臂架角度如何变化,上车所有载荷最终都将转块上平面与支腿油缸下平面贴合,即处于接触状化成向垂直载荷和xy平面内的倾翻力矩施加态。垫块与支腿油缸的接触面采用ANSYS的增强Lagrange算法建立面一面接触单元,并在接触面[收稿日期]2010一叭一02[通讯地址]崔书文,江苏省徐州市铜山路165号底盘所建筑机械2010.08(上半月刊)到座圈上。因此,只需将上车具体工况下的载荷2计

5、算结果换算为垂直载荷和倾翻力矩,即可对下车进行求解分析。图2给出了由传统算法和接触算法计算出的位施加边界条件时,将4个垫块的下平面全约移云图。从图中可以看出,接触算法的结果很直观束,将垂直载荷和倾翻力矩加到座圈上平面,并将地给出了右后支腿发生起翘的情况。下车自重转化为弯矩和垂直载荷也施加到座圈上平为了校验计算结果的正确性,利用计算出的支面。垂直载荷F、倾翻力矩M、倾翻力矩的矢量角腿反力反算出座圈上施加的力和力矩。表2列出了度a(力矩矢量方向与z轴的夹角)以及下车自重由两种算法计算出的各支腿的支腿反力及由相应支G、下车重心距座圈

6、中心的距离e见表1。腿反力反算出的力和力矩。表中最后2行则给出了表1外载情况由支腿反力反算出的力矩与所施加的力矩之间的相对误差,这种误差是由有限元法迭代求解所产生的。a接触算法图2车架的位移云图表2计算结果汇总合理。项目传统算法接触算法表2同时给出了接触算法中当接触面摩擦系数初始值修正值f=0f=0.15f=1.00厂分别取0、0.15和1.00时的计算结果,可以看左前支腿反力/kN134.1178.1179.7179.6177.3出,3种不同摩擦系数情况下计算出的支腿反力和右前支腿反力/kN70.226.227.427.52

7、8.9力矩相差较小,并且力矩的相对误差也很小。左后支腿反力/kN59.715.712.912.913.8图3给出了厂=0和.厂:1.00时的位移云图。从右后支腿反力/kN—44.O00O0图中可以看出,无摩擦时(-厂=0情况),支腿有明支腿反力之和/kN220.0220.0220.0220.0220.0显的滑动,而当.厂=1.00时,支腿滑动量接近为0。力矩32向分量Mx/kNm——729—。729—‘718——718——706力矩Y向分量My/kNm908908933932925这是由于大摩擦系数的存在,当法向压力较大时,M

8、x的相对误差/3.093.091.581.540.19摩擦力也较大,因此模型滑动也需要较大的力。My的相对误差/3.333.330.640.711.45考虑实际情况,汽车起重机在吊重作业时,支注:表中负号表示矢量方向。腿垫块与支腿盘之间的摩擦系数应介于0~1之间。从表中可以看

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