基于SimSolid的抱木器有限元分析

本文对一款装载机辅具-抱木器进行结构强度分析，分析中使用Altair中Hypermesh、OptiStruct、HyperView对结构进行常规的有限元分析与结果处理，与SimSolid软件就模型的处理效率、分析精度、应用性等方面进行对比。

1 结构特点

抱木装置主要由动臂、摇臂、连杆及抱木器等组件组成，其抱木器通过后部的三个安装座安装于装载机常用的动臂上。抱木器由上叉、下叉、上叉控制油缸等装配而成，通过上叉控制油缸控制上叉的动作，如图1所示。

                                                                             图1 抱木器结构

作业时，因上下叉受力类似悬臂梁结构，实际作业一段时间后，均存在一定的变形，尤其是上叉部件，整体截面偏小，变形明显。

2 结构参数及分析工况

根据整机性能要求、液压系统压力等，确定此机型装载机抱木器所受载荷及最大承载物料，在此取两个极限载荷：

3 分析模型处理

OptiStruct分析中使用Hypermesh进行壳单元网格划分，并对附板增加滑动接触，用时大约4小时。

而SimSolid软件直接导入三维模型，不需网格划分。模型导入后，可自动生成绑定接触，只更改上叉与支撑间销轴连接及油缸相关的销轴连接的接触类型，用时仅0.5小时。

4 分析结果对比

从变形趋势来看，两款软件的分析结果完全相同，工况一下叉掘木下叉向下变形位移最大，上叉向内变形次之，而工况二上叉加紧上叉变形大，与实际作业部件变形情况相同。

从应力云图来看，两款软件的主要应力分布基本相同，均集中在中间支撑处。而左右下叉处应力分布中局部有稍微差别。

5总结

1） 分析效率

SimSolid不需网格划分，节省大量的前处理时间，而且分析速度快，有利于不同方案的分析对比。从上述分析的例子，前处理效率提高8倍，分析效率提高6倍。对于大型零部件分析，效率会更高。

2） 分析精度

通过与OptiStruct分析对比，因两者的模型处理方式及简化存在一定差异，所以分析结果上必然有所差别，但两者的趋势完全相同。从与实际作业后的对比中可看到，分析结果与其完全一致。

3） 应用性

此款软件，简单易学、界面友好、分析效率高、精度也有保障，适合部件设计者用于结构多方案优化的验证与对比，快速而高效。

4） 差别性

OptiStruct使用壳单元，而SimSolid使用绑定类似实体单元，从结构刚性上，后者刚度稍大也在预期内，两者的误差比率在可接受范围内。

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