李立順，李紅勛，孟祥德

（軍事交通學(xué)院，天津 300161）

基于Solidworks Simulation的隨車吊吊臂整體有限元分析

李立順，李紅勛，孟祥德

（軍事交通學(xué)院，天津 300161）

利用Solidworks軟件建立隨車吊吊臂的三維實體模型，并以有限元分析軟件Solidworks Simulation為平臺，對隨車吊在完全展開工況下吊裝1t物資時吊臂整體進行了有限元分析，由分析結(jié)果知，吊臂設(shè)計安全可靠，符合設(shè)計規(guī)范。但安全系數(shù)較大，存在結(jié)構(gòu)冗余，為產(chǎn)品的進一步優(yōu)化設(shè)計提供參考。

Solidworks Simulation；吊臂；有限元分析

0 引言

近年來有限元分析法在工程機械結(jié)構(gòu)計算分析中得到了廣泛的應(yīng)用，但是絕大多數(shù)僅限于對某個關(guān)鍵部件或部分部件進行強度、剛度的分析，本文采用整體有限元分析方法、借助Solidworks Simulation軟件對隨車吊吊臂進行有限元分析。

1 三維實體建模

吊臂由三節(jié)伸縮臂（伸縮臂1、伸縮臂2和伸縮臂3）組成，三節(jié)伸縮臂均為薄壁、四邊形截面，采用彎折成形并利用合模后焊接而成，其中伸縮臂1在與動臂聯(lián)接處采用箱型焊接體。

借助Solidworks的實體建模功能，采用自底向上的設(shè)計方法，先對隨車吊吊臂各零部件進行三維實體建模，再通過裝配關(guān)系構(gòu)建主要工作裝置的三維實體模型，如圖1所示。

圖1 主要工作裝置的三維實體模型

2 有限元分析

由于結(jié)構(gòu)件分開進行有限元分析時，存在邊界條件及載荷難以確定等問題，從而影響了計算結(jié)果的準(zhǔn)確性，所以本文采用整體有限元分析方法，主要對隨車吊在完全展開工況下吊裝1t物資時的吊臂進行有限元分析。

2.1 有限元分析模型的建立

打開吊臂裝配體模型，在伸縮臂1與動臂聯(lián)接處添加固定鉸鏈約束如圖2所示，在吊環(huán)內(nèi)段添加1t的受力如圖3所示，為吊臂定義材料屬性為HG70鋼，采用實體網(wǎng)格，單元大小為30mm，公差為1.2mm，進行網(wǎng)格劃分，劃分單元為78579，節(jié)數(shù)為159093，如圖4所示。

圖2 添加固定鉸鏈約束

圖3 添加受力

圖4 吊臂網(wǎng)格劃分

2.2 吊臂的有限元分析

在有限元分析模型建立的基礎(chǔ)上，運行分析運算，即可以得到吊臂在完全展開工況下吊裝1t物資時吊臂的靜態(tài)應(yīng)力分布圖6所示，位移分布圖6所示。

由圖5知，吊臂整體應(yīng)力分布均勻，最大應(yīng)力出現(xiàn)在吊臂根部（伸縮臂1）承力的局部部位，應(yīng)力集中位置符合實際情況；最大應(yīng)力為323MPa，其安全系數(shù)為n＝590/323＝1.82（已知吊臂各構(gòu)件所用的板材選用HG70高強度鋼板，其屈服極限為590MPa），起重機設(shè)計規(guī)范規(guī)定的安全系數(shù)為1.25，因此，結(jié)構(gòu)件的設(shè)計安全可靠，符合設(shè)計規(guī)范。由圖6知，吊臂的最大變形量為4.13mm，滿足設(shè)計要求，其位置出現(xiàn)在伸縮臂3的吊環(huán)中心處，與實際情況相符。

3 結(jié)論

應(yīng)用Solidworks Simulation對吊臂整體進行有限元分析，分析了隨車吊在完全展開工況下吊裝1t物資時吊臂的應(yīng)力、位移情況，由分析結(jié)果知，吊臂設(shè)計安全可靠，符合設(shè)計規(guī)范。但安全系數(shù)較大，存在結(jié)構(gòu)冗余，為產(chǎn)品的進一步優(yōu)化設(shè)計提供參考。

整體有限元分析方法與傳統(tǒng)意義上的有限元分析方法相比，其優(yōu)點是能在盡量減小因簡化而造成的計算誤差的前提下，提高分析精度，指導(dǎo)改進設(shè)計。

圖5 吊臂整體應(yīng)力分布圖

圖6 吊臂位移分布圖

[1] 二代龍震工作室﹒ Solidworks＋Motion＋Simulation建模/機構(gòu)/結(jié)構(gòu)綜合實訓(xùn)教程[M]﹒ 北京： 清華大學(xué)出版社, 2009.

[2] 李紅勛, 李立順, 張國義, 等﹒ 基于COSMOSMotion和COSMOSWorks的動臂有限元分析[J]﹒ 科學(xué)技術(shù)與工程, 2009(17)： 5205－5208.

FEA of the whole boom of truck crane based on solidworks simulation

LI Li-shun, LI Hong-xun, MENG Xiang-de

TH128

A

1009-0134(2011)5(下)-0114-02

10.3969/j.issn.1009-0134.2011.5(下).34

2010-12-12

李立順（1971－），男，副教授，主要從事特種車輛設(shè)計與實驗方面的研究。