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基于节点自由度耦合的伸缩臂接触接触分析为非线性,在有限元中计算成本高,工程中会对难收敛的接触部位进行节点自由度耦合处理以简化计算。当用ANSYS进行节点自由度耦合时,为防止过约束而造成应力集中,需对耦合区域进行调整和试算,只耦合接触部位的节点,这样更加符合工程实际,确定耦合区域的方法如图6。在滑块处只耦合三方向的平移自由度,这种耦合方法使接触对之间不会产生相对滑动。由于实际情况是接触对之间有可能产生一定量的相对位移,所以这种耦合处理是对实际情况的一种近似,可能产生过约束。建模时变幅油缸用link8代替,耦合变幅油缸与伸缩臂连接处三方向的平移自由度以代替铰接接触,约束此油缸另一端的三方向的平移自由度以代替铰接支座,约束基本臂根部三方向平移自由度和X、Y方向转动自由度以模拟铰接情,所加载荷与接触模型相同。根据试算及多次重分析最后确定的滑块处耦合区域如图7所示,可见无论是接触分析模型还是节点自由度耦合模型,接触部位均位于滑块的边缘。图6确定耦合区域流程图图7耦合节点区图8等效应力等值线图(耦合模型)节点耦合模型的计算结果等效应力见图8,各个关键部位应力值见表1。
平沙登高车出租 +- 平沙登高车租赁 +- 平沙登高车在哪儿 +- μ为摩擦系数; COHE为粘性阻力,一旦剪切力过大接触表面会发生相对滑动。 不同摩擦系数下结构关键部位的受力情况。可见摩擦系数对接触压力影响不大,但对结构等效应力影响显著。接触应力随摩擦系数的变化,等效应力随摩擦系数的变化当摩擦系数由0.1变化到0.7时,D处的相对滑动量由0.6 mm变化到0.4 mm,相对滑动较大,E处的相对滑动量又0.065 mm变化到0.046 mm,E处基本不发生相对滑动。综合表1和图10的数据可得: E处的耦合分析结果相当于小摩擦系数时的接触分析;根据变化趋势,D处的耦合分析结果相当于摩擦系数为0.8时的接触分析。这是因为E处滑块相对于D处滑块承受更大压力,因此只需较小的摩擦系数就可使其不发生相对滑动,并且随着摩擦系数增大,E处也不将发生相对滑动,进而E处等效应力变化很小。自由度耦合方法因无相对滑动,所以当摩擦系数相对较小时E处的接触分析结果就与耦合分析结果相近;在D处则受到较小的正压力,只有摩擦系数较大时才不易相对滑动,所以D处的耦合分析相当于此处摩擦系数较大时的接触分析。但是在铰接支座B处,此处由于耦合模型与接触模型差异很大,并且没有考虑摩擦,因此此处耦合分析与接触分析相差很大。结构非线性探讨当用线性模型替代非线性模型时,有必要考虑结构非线性造成的差异。图11、图12、图13为不同载荷下各关键部位的结构等效应力和接触应力结果曲线。图11等效应力随载荷的变化曲线(耦合模型)图12接触应力随载荷的变化曲线(接触模型)由图12得到接触压力随载荷为非线性变化,体现了结构的非线性。
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