2.4挖掘裝載機鏟斗部件的有限元網格劃分
網格自動劃分是CAE軟件的關鍵,由于挖掘裝載機鏟斗部件是用Solidworks三維實體建模的。所以采用拋物線性四面體實體單元作為劃分單元。另外,在有限元分析中,網格劃分必須要滿足一定的條件,四面體單元的長寬比要接近1,在這個鏟斗的有限元劃分時,鏟斗的厚度為12mm,所以單元劃分的時候,最長單元的邊長控制在12 mm左右。實際劃分時選了3mm邊長控制單元。劃分結果為四面體實體單元64 306個,自由度數128915。
2.5挖掘裝載機鏟斗部件的有限元求解方法
Cosmos/Works對于靜力分析提供3種求解方法:Direct Sparse,FFE和FFEPlus。一般來說,3種求解方法對同一問題的求解結果基本相似,但在選擇時應注意:(1)對于大型和特大型問題(自由度大于300 000個)應優先使用FFEPIu。求解方法;(2)對于小型和中型問題(自由度在100000個到300 000個)應優先使用 Direct Sparse、或FFE求解方法。對于裝配體問題并且考慮了零件間的相互接觸、相互摩擦和不同材質時優先使用Direct Sparse求解方法,由于本例的自由度數128 915,因此本例使用Direct Sparse求解方法。求解所得的應力分布情況如圖4所示。
2.6挖掘裝載機鏟斗部件的有限元計軍強度分析
由圖4所示的鏟斗部件的應力分布圖可見,鏟斗部件的應力主要集中在聯接動臂與鏟斗回轉副的聯接板處(如圖4中的白色區域)。最大應力達到6.935E8,鏟斗部件發生了失效。圖5為鏟斗部件的失效圖,圖中白色區域即為鏟斗部件的失效部位。
2.7基于有限元計算結果的挖掘裝載機鏟斗部件的改進設計研究
為了改善鏟斗部件的應力集中,消除失效,采用如下改進設計方案:
(1)通過增加肋的寬度,減小應力集中,將肋的寬度從30mm增加到50 mra,此時該處的最大應力從6.378E8下降到5.925E8,其改善應力集中的效果一般,圖6所示是其應力分布圖,由圖可見應力集中現象還是存在(圖中白色區域即為應力集中部位),再由相應的鏟斗部件的失效圖可見,鏟斗部件還是發生了失效(見圖7),圖中白色區域即為鏟斗部件的失效部位。由此可見,該方案也不是理想方案。
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