架子的动态冲击载荷分析

如图 1 所示，为初步设计的架子和回转台、液压缸等部件在Virtual.lab 的Motion 模块中建立的刚柔多体装配模型。装配模型中架子采用柔性体，要对其进行在冲击载荷下的刚度、强度分析，除架子之外的其他部件都采用刚体模型。

冲击试验载荷条件：冲击脉冲波形为半正弦波，冲击峰值加速度为20g，脉冲持续时间11ms，除样品有特殊要求外，试验应沿试验样品的二个互相垂直轴的四个轴向的每个方向施加三次（共12 次）冲击。每组筒子质量为300kg，四组筒子和架子质量一起产生的冲击力均匀分布在其四个固定座上。

图 1 刚柔多体装配模型

在此冲击载荷下，如图1 所示架子后端两个支撑通过铰链与回转台连接，在行驶状态时前端两处与回转台固支，因为冲击试验模拟的是行驶状态时的冲击，故在边界条件中也将此两处与回转台固支，另外架子还通过铰链与两个发射时起鼎升支撑作用的液压缸连接。冲击力加载条件如图1 所示，在motion 模块中以用户自定义弹簧力的方式加在每个固定座上，其加载曲线如图2 所示。

图 2、冲击载荷加载曲线

如图 3 所示，为某瞬时架子在冲击载荷下的变形云图，因为变形云图随着加载时间的变化而不停的变化着的，所以在这只抓取了某一瞬时状态的变形云图，但整个冲击过程中架子的变形区域分布是一致的，只是大小不一样而已。云图中红色区域表示变形较大的区域，从图中可以看出，架子变形较大的区域有三个地方：1、前端两侧，由于这两侧都直接受力，且无直接支撑，所以在冲击载荷下会引起较大的变形。2 、中心两个分支较多处，由于整个架子在X-Y 平面内可以看作相当于一个薄板，在冲击载荷下薄板的屈曲变形趋势会引起架子的中心两个分支较多处变形较大。3、后段两侧伸出的支架处，由于架子后段两个支架处与回转台是通过旋转副连接的，而伸出的支架又比较长，只要在旋转副连接处架子有一个较小的转角就会引起伸出的支架远端较大的变形。

图 3 冲击载荷下某一瞬时架子变形云图

从图4 可以看出，因为力的作用位置不变，在不同的时刻架子应力的分布区域一致。在16 个加载处和中间四根横梁的中段都是应力较大区域。在16 个加载处产生较大应力的原因是由于架子为槽钢焊接而成，在支撑处槽钢厚度仅为5mm，槽钢内并没采取有效措施来加强架子此处的强度，而在支撑处架子受力最大，再加上应力集中的缘故，故在这些地方会产生较大应力。中间四根横梁的中段的应力是由弯曲应力产生的。从整个应力仿真过程来看，在冲击载荷峰值处架子的最大应力已经达到2000Mpa，远远超出了架子材料的许用应力，这除了冲击载荷峰值过大之外，架子结构也是一个重要问题，在建模时为了避免网格划分的困难，槽钢的边缘和各槽钢连接处都无倒角，这必然引起很大的应力集中问题。

图 4 在冲击载荷下两个不同时刻架子应力云图

图5 所示为冲击载荷过程中液压缸随时间而变化的受力曲线图。由图中可以看出，整个冲击过程中，液压缸将承受最大8560N 的力，故加大液压缸的阻尼将对加强架子的刚度起很大的作用。

图 5 液压缸受力变化曲线图

图 6 所示为冲击过程中液压缸的行程变化曲线图。在这里液压缸的行程就为液压缸和架子连接处架子的变形曲线图。由于在分析中架子的结构阻尼值设得很小，故由曲线图可以看出架子在前段时间的冲击中有较大的变形，其最大值为1.672mm，但渐渐稳定下来，到后来做振幅不变的自由振动。

图 6 液压缸行程变化曲线图

从LMS.Virtualab.motion 和Virtualab.structure 分析来看，架子的分析结果基本与理论分析一致，但由于模型和边界条件的不完全准确性，在这里只能做一个定性而非定量的分析，对设计人员的设计起指导帮助的作用。