引言 广西龙滩水电站于2000年3月被列为国家开发十大工程之一,是西部大开发的战略重点 工程。在龙滩水电站工程中,要求对长16m以上大型闸门的水封平面进行加工。为此,我们研究 和设计出一种既适合广西情况,又易于制造、成本低、具有创新的“大型工件超长平面铣钻专用机 床”。本文仅对该机床关键件床身大梁进行有限元分析。1 分析床身大梁的具体方案和措施 (1)利用Pro/E软件建立机床的整机实体模型。该模型将作为在ADAMS软件中进行仿真 的虚拟样机模型。 (2)利用ADAMS软件来仿真机床铣削工件的情况,并把仿真过程中得 到的床身大梁上的铣削力传到ANSYS里。 (3)利用有限元软件ANSYS对床身大梁进 行强度、变形等分析,并在此基础上通过ANSYS的优化功能对床身大梁进行优化分析。 床 身大梁仿真优化流程图如图1所示。2
柔性体(模态中性文件.mnf) 柔性体是可产生变 形的物体,所以在动力学仿真过程中必须考虑柔性体的影响,否则会造成较大的误差。为此我们可 以通过ANSYS与ADAMS的接口生成模态中性文件。图1 床身大梁仿真分析流程图图2 床身大梁ANSYS模型2.1 床身大梁ANSYS模型的建立 床身大梁ANSYS模型如 图2所示。在建立床身大梁ANSYS模型之前要对模型进行简化。具体03简化情况为下:去掉 各螺栓孔、铸造圆角以及三角形导轨处的空刀槽。一般来说,在零件凸起和凹陷的地方划分网格时 会产生很多单元,增加计算时间,但由于矩形导轨、三角形导轨、侧导轨和底导轨都为接触面,虽 然有凸起和凹陷,也不能简化掉。 模型简化后,就要建立模型,建立模型有两种方式:一是通 过交互界面;二是用程序来实现,用程序来建立模型对以后的修改带来很大方便,其中要注意以下 几点: (1)设立单位。默认单位为国际制单位,如果不想用国际单位就要设立新单位。本模 型采用国际单位,如m,kg,s。 (2)设定变量。在ANSYS中预先设定变量对以后修 改数据和ANSYS优化带来很大方便,如设定长度可以这样:*SET,l,6.3。 (3 )建立模型。建立模型时要注意不要有多余的面和线,否则在划分网格时会增加单元数,使生成模 态中性文件难度增加。 本模型采用程序方式来建模。2.2 选择单元类型 单元类型的选 择是很重要的,它极大的影响分析的速度和精度。三维实体建模须用实体单元划分,在实体单元中 常用的有SOLID45、SOLID92和SOLID95。它们的运行精度和速度是相反的, 即精度越高,运行速度越慢。所以可选用SOLID92单元。2.3 设定材料特性 床身大 梁的材料为灰铸铁HT200,其材料特性见表1。表1 床身大梁的材料特性牌号铸件壁厚(m m)最小抗拉强度σb(MPa)密度(Kg/mm3)弹性模量EX(Pa)泊松比PRXYH T20010—2019520—301700.3030—501607.0×10-61.4 8×10102.4 定义硬点 硬点实际上是一种可以在其上施加载荷或从其上获得数据的关 键点。在床身大梁上定义2个硬点775、776。775用来放虚拟物体,776作为床身大梁 的受力点。用来传输床身大梁上数据的硬点在托板上。2.5 划分网格 在对床身大梁划分网 格之前,将床身大梁的有限元模型分割为7部分,各部分的单元大小、划分方式、单元数、节点数 见表2。表2 对床身大梁划分网格时各部分的划分方式与数据部分单元大小划分方式单元数节点 数侧导轨1、2,底导轨3、4三角形导轨5,平面导轨60.03m自由网格36680797 23床身框架710级智能网格64289110649 床身大梁划分网格后如图3所示。图 3 划分网格后床身大梁模型2.6 生成模态中性文件(.mnf文件) 其生成方式有两种 :1、交互界面,2、命令流。每种都要选择界面点即所建的硬点128373、17024,然 后进行单位转换,在建模型时如采用的单位为国际单位则不用转换,否则要转换单位,其它选项选 默认状态,单击创建按钮即可生成模态中性文件。2.7 优化模态中性文件(.mnf文件) 通过ADAMS/Flex工具箱优化模态中性文件,可以缩小文件大小,从而提高仿真效率。 如生成模态中性文件有351MB,优化后为58.6MB,文件缩小了6倍。2.8 在ADA MS中打开模态中性文件生成柔性体3 结束语 本文讲述了通过ANSYS与ADAMS的接 口来生成虚拟物体的一般方法,并通过实例来说明,其中划分网格最为重要,网格划分的恰当与否将影响13到模态中性文件的生成。超长平面铣钻专用机床床身大梁柔性体的生成@张秀华$广西大学机械工程学院!广西南宁 530004
@王小纯$广西大学机械工程学院!广西南宁 530004
@周旭$广西大学机械工程学院!广西南宁 530004
@段明扬$广西大学机械工程学院!广西南宁 530004
床身大梁;;柔性体;;
动力学仿真; ;Pro/ENGINEER;;ANSYS;;ADAMS介绍建立超长平面铣钻专用机床床身 大梁模型后,在ANSYS中生成模态中性文件,进而在ADAMS中生成柔性体的方法。<1> 孙庚午.实用工具手册
.北京:兵器工业出版社,1994.
<2> 邢静忠,等.ANSYS7.0分析实例与工程应用.北京:机械工业出版社,2004.
<3> 李 军,等.ADAMS实例教程.北京:北京理工大学出版社,2002.
<4> ANSYSModelingandMeshingGuide.ANSYSINC,1998.
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