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基于HyperMesh的支架有限元分析


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基T HyperMesh 的支架有限元分析
顾志剐 常州纺织服装职业技术学院机电工程系,江苏苏州213164 摘要:随着社会和科学技术的不断发展,缩短产品设计周期、提高产

品质量、降低生产成本已成为现代企业能够在激 烈的市场竞争中制胜的首要任务。文中对-:种新型数控机床装夹机械手的主要支撑部件一支架进行了有限元分析,验 证了设计的合理性。同时,该有限元分析结果也可以应用到后续机构的设计中,作为相关研究的经验。 关键词:支架:HyperMesh;有限元分析 中图分类号:TP391 7 文献标识码:A

文章编号:1002—233312011 112—0102—02

1引言 随着社会和科学技术的发展.工业生产逐渐由人工

板文件,对三维模型进行几何处理。2】。几何处理的重点是 确认支架的哪些结构属于重要特征。可以从以下几个方 面对几何处理进行确认,理解支架各部分结构的形状井 决定那些结构属于重要特征,哪些结构是可以被忽略的, 比如支架上的倒角和沉孔。理解哪些结构是分析的关键
所在,并确认分析这个特征的必要性,然后对支架上不同 结构进行不同的网格划分。 网格的划分是进行有限元分析的一个重要环节,网

操作向自动化和智能化迈进。人们的生产活动也逐步渗 透到各个学科领域,从而为设计和制造各种复杂的机器 设备奠定了基础。为了保证产品质量,提高劳动效率,降
低生产成本,机械自动化生产已经成为必然趋势。然而, 如果在生产过程中直接采用物理样机,仅仅一次干涉碰 撞或者应力不够都会导致样机的重新制作。这种方法不 仅浪费了生产成本,而且延长了生产周期。有限元分析作 为一种先进的电脑分析技术,可以大大降低物理样机的 制造和测试时间,设计者通过电脑即可对设计的产品进

格划分的形式将直接影响计算结果的精度和计算工作 量。在划分网格的过程中应充分考虑网格的数量、疏密程 度和单元阶次等。如果只是进行静力学分析,计算变形,
仅需要少量网格就能满足要求了,但是如果要计算应力

行分析。根据分析结果,设计者在设计过程中就能及时发 现问题,从而提高了产品的质量,缩短产品开发周期,降
低了开发产品的成 本。本文分析的是一

或应变,则网格的数量将会多得多。同样,在分析同有特 性时,如果仅仅计算少数低阶模态,网格的数量可以较 少,但如果计算高阶模态,较多的网格则能满足高阶振型 更复杂的特性。此外,在结构响应分析时,仅仅计算某些 位置的位移响应需要的网格数量较少,而计算应力响应
需要的网格数量则较 多。在热传导分析中,如 果结构内部的温度梯度 趋于常数,则需要的网

种新型数控机床装 夹机械手中的支架
部分,其支撑了整个 机械手的重量。因 此,支架的支撑强度 必须满足设计要求, 其外形见图1所示。 然而,在实际的工作过程中,以下两个问题是必须要

格数量较少,反之则较 多。一般来说,增加网格 的数量会使计算精度得 到改善,但同时也会增 加计算规模.因此网格 的数量应该综合考虑诸 多因素。不同的结构应 有不同规模的网格划 分。在计算数据变化梯 度较大的结构处,网格 的划分可以相对较为密 集,而在计算数据变化 梯度较小的结构处,则
可以选择相对较为稀疏

考虑的。其一,在运动的过程中,方形底座上的两个圆iL 是否能够承受足够的应力,因此在进行结构设计之前,必 须知道孔的设计是否安全。其二.材料的厚度在支架的每 一部分是否都是合理的。上述因素如果产生问题将严重 影响机械手的运动,因此,验证支架强度是否满足设计要 求就显得尤为重要了。本文通过运用HyperMesh软件分
析了支架在工作过程中的应力和应变问题,并通过有限

元分析结果得出主要影响因素,通过一定的方法提高了 支架的晚期性能,使实际产品具有更好的质量…。
2基于HyperMesh的支架有限元分析 2.J预处理

将支架三维模型导人HyperMesh软件,并选择好样

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102 l机械工程师2011年第12期

万方数据

翩造业信息化
帕一/BE/CAD/CAM/CAE/CAPP皿皿墨雹盔蕊孤雹面墨露面口 的网格划分”1。同时在一些关键部位则需要划分高质量的 网格.因为质量差的网格将造成较大的计算结果误差,而

与此同时,还可以改变支架的材料.或者仅仅只改变 支架的部分结构。总之,在保证支架可靠性的前提下,应 该选择最经济的方式,这样才能提高企业的市场竞争力。
4结论

在一些非重要研究部分,网格的质量町以适当降低。根据
这些要求,利用HyperMesh对支架进行网格划分如图2 所示。 2.2后处理 接下来需要对支架赋予单元属性、材料、弹性模量 等.并将其赋给Component。 按照以下步骤进行:Utility Material—New— MateriaIName_steel_MaterIal TyPe叶MP_+Create,Edil.

有限元分析是一项非常实用的技术,因其高精度的分 析能力而得到了广泛的应用。本文通过分析一种新型数控 装夹机械手中的支架,为接下来其它机构的分析提供了参 考价值。同时.有限元分析方案的选择和优化,为机构的设
计提供了新思路.这也是本文接下来要做的工作。
[参考文献] [I]SUN W L.el aL The
Application

在弹出的MP设置选项卡上检查ex—flag和nuxy—flag(杨 氏模量和泊松比),然后分别设置2.06e5和0.3,杨氏模量
的单位是MPa。HyperMesh中的Prope“y设置.对于

Research of Virtual Prototypin8

Technology in the Design of Oil Field Pumping Units[Jj Key
Engineering

Materials.2009.392-394:464—470‘
K.et a1.Effpetlve

ANSYS的用户来说是比较特殊的步骤。由干HyperMesh 是通过卡片来管理有限元模型的,此处的Property与 ANSYS中实常数仅定义厚度.截面属性不同,我们需要 通过建立Property将单元类型、材料属性、实常数赋给相 应的Component。只有建立了正确的属性,才能顺利得到
分析结果”l。最后.通过ANSYS后处理,得到的应力和应 变图如图3、图4所示。

[2]CHOUDHARDY S

sIm—Based

Finite

Element

Error Estimationfor ComPosite Bodes[J]Engineering Fracture
Mechanies,1995,50:687—70I

【3 J

EDWARD R CFinite Element Analysisin Manufacturing En#neering

IM]NewYOrk:MC Graw—hill.inc.1991:140—145. [4]Ls-DYNA
Keyword

User’s Manual[z]Livermore Software

‘technology Corporation.2001

(蝙辑黄获)

作者简介:顾志剐(1982一).男.硕士学住.助教.主要从事机械制图厦 CAD/CAM的教研工作. 收稿日期:2011—09—05

在第十四届中国国际堞炭采矿技术交流 与设备展览会上,我国企业自主研制的自动化 无人煤炭采掘成套设备等最新产品成为展会
的亮点。

据中煤装备公司总工程师宋秋爽介绍.由 谈公司2006年提出实施的“薄煤层自动化工 作面成套设备与技术项目”已于夸年4月完成 研制,目前正在山西大同唐家沟煤矿进行工业 性试验。这套设备在采煤机定位和工况监测技 术、采蝶机记忆截割技术、薄项粱大缸径高端 支架设计制造技术、薄煤层刮板机工况监洲技 术等关键技术方面取得了突破,可以实现薄煤 层无人开采或少人开采,有力提高了我国薄煤 层滚筒采堆机的自动化开采水平。 此外.中蝶装备公司还率先在国内研发出 自主知识产权的薄煤层自动化强力刨煤机成 套设备。打破了国外企业对薄煤层自动化刨壤 3结果分析 根据查阅机械设计手册可以知道.ZG270—500在常 温下的力学性能如下:a】=500MPa,8:270MPa。 在图3应力分析中可以看到,圆柱汽缸上网孔的应 力已经超过其允许成力.圆孔的位置结构不合理,在机械 手运动过程中会产生过度变形的危险。因此.孔的位置必 机的垄断。这套设备将于近日在中煤南粱煤矿 进行调试。 在遥控掘进成套技术方面。中堞装备公司 研究开发的硬岩掘进机填补了国内大型横轴 岩石掘进机的空白。这套设备采用无线控制,不仅可以遥 控实现掘进机的所有动作。还能随煤质变化调节栽割速 度.从而避免截割电机过栽和减少齿轮损耗。

须改变以达到优化的目的,然后再重复进行t述步骤。最 后,还需要确认fL的结构是否合理。

机械工程师2011年第12期I

103

万方数据

基于HyperMesh的支架有限元分析
作者: 作者单位: 刊名: 英文刊名: 年,卷(期): 顾志刚 常州纺织服装职业技术学院机电工程系,江苏苏州,213164 机械工程师 Mechanical Engineer 2011(12)

参考文献(4条) 1.SUN W L The Application Research of Virtual Prototyping Technology in the Design of Oil Field Pumping Units 2009 2.CHOUDHARDY S K Effeetive Strss-Based Finite Element Error Estimationfor ComPosite Bodes 1995 3.EDWARD R C Finite Element Analysisin Manufacturing Engineering 1991 4.LS-DYNA Keyword User's Manual 2001

本文读者也读过(5条) 1. 王磊.吴新跃.WANG Lei.WU Xin-yue 基于Hypermesh和ANSYS的轮胎式联轴器的强度分析[期刊论文]-机械工程师2011(12) 2. 苏艳波.李洪文.王庆杰.何进.李慧.卢彩云 基于HyperMesh 和LS-DYNA 的免耕单圆盘开沟器静强度研究[会议论文]-2011 3. 白迎春.钟继萍 基于hypermesh的吊臂结构优化设计[期刊论文]-起重运输机械2012(4) 4. 刘伦军 基于HyperMesh的曲柄连杆线性静力分析[期刊论文]-新建设:现代物业上旬刊2011(9) 5. 舒彪.喻道远.王灯.张三强.Shu Biao.Yu Daoyuan.Wang Deng.Zhang Sanqiang 采用UG、HyperMesh和ANSYS的齿轮轴模态分析[期 刊论文]-现代制造工程2012(2)

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