李金鵬 劉攀

凱邁（洛陽）測控有限公司 河南洛陽 471000

ANSYS workbench 是一種大型通用仿真軟件，它使用有限元素法，有限體積法，無線網格法。這個軟件主要提供了許多分析系統(tǒng)，包括固體力學、流體力學、溫度及電磁場。模擬軟件具有一定程度的用戶定義及整合功能，與傳統(tǒng)的仿真環(huán)境不同。在開發(fā)和體現(xiàn)仿真環(huán)境的時候，軟件可以很好地適應用戶產品開發(fā)的特性。在此過程中能夠對任意CAE 公司的求解器進行調用，此外，還可以在CAD 系統(tǒng)模型的基礎上，設定雙方向各個變量的相互作用關系。

1 靜力學應用

在對機器人車架靜力進行分析時需要對固定不變的載荷下車架結構的響應進行計算，在此過程中能夠很好的對工程的應力分布和變形情況進行分析，從而得出相應的應力值和位移值，從而能夠確定相應的危險點，這樣就能夠很好的對車架結構進行改進，這樣機器人在送貨過程中就能夠保證具有一定的安全性和穩(wěn)定性，并且對成本的降低也有著積極的影響[1]。

1.1 載荷及邊界條件設定

自動配送機器人的框架所承載的負重，主要是根據(jù)均勻負重分布在車身外殼，荷重為q1=392N，框架本身的負重G =588N，快件箱柜載荷是通過重力加速度來表示的q2=490N，按均一荷重，分散在兩個縱梁上；電池包負重q3=98N，按靜態(tài)等價原理添加到配置位置；取貨設備的負重q4=196N，根據(jù)重載載荷載在車身后梁；貨物負重q5=490N，根據(jù)等效載荷用于相應單位。負載分布在圖1 中。

圖1 載荷分布情況

對車架在滿載彎曲以及滿載扭曲的兩種情況下進行分析。在滿載彎曲的情況下，送貨機器人的載荷系數(shù)為2.5，在滿載扭轉情況下系數(shù)為1.3。

1.2 仿真結果分析

在對ANSYSWorkbench 中的 StaticStructural 中的模塊進行求解時，要考慮到將載荷和邊界約束條件，然后得到相應的位移及應力分布圖，具體情況可以參見圖2 和圖3。

圖2 滿載彎曲工況仿真結果

圖3 滿載扭轉工況仿真結果

可以在圖2 中看到，在滿載彎曲條件下，最大位移為2.29 毫米，這主要是車架中間支撐梁，離其他重量適用地點太近，會使總體的形變量變小，從而能夠很好的滿足車架剛度的有關要求。最大應力是69.1MPa，右前輪的變位受到限制。這比框架材料的容許應力（235MPa）小很多，滿足了框架的強度要求。在圖3 中難再扭轉的條件下，最大變量為10.01 毫米，位于框架右側后輪上，主要依靠機器人取貨設備，最大應力207.6PMa，發(fā)生在框架的左前輪上，在材料的降幅強度內，車框架滿足相應的強度要求。

2 動力學應用

2.1 模態(tài)分析

在進行動力學分析時，比較基礎的一個分析模式是模態(tài)分析。模態(tài)分析，能夠有效的對工程結構的振動特性進行分析，在此過程中，能夠對結構的頻率以及振型進行確定。結構針對不同的動力載荷，會做出一定的響應，在此過程中會受到結構振動特性的影響。浙江某大學對液壓挖掘機工作裝置結構建立了相應的有限元模型，當確定模態(tài)頻率和工作裝置特性時，使用自由模態(tài)解析方法，影響工作裝置動態(tài)性能的主要模態(tài)頻率決定了結構每個變量的敏感性，從而有利于動態(tài)優(yōu)化工作的進行[2]。

2.2 瞬態(tài)動力學分析

結構承受載荷的能力，隨著時間的變化而有不同的響應，在對其進行確定時，可以使用瞬態(tài)動力學進行分析。結構承受可以隨著時間的變化出現(xiàn)應力、位移、以及應變，在此過程中，瞬態(tài)動力學分析能夠在靜載荷、瞬態(tài)載荷、以及正弦載荷的情況下進行分析。安徽某大學對旋耕園盤進行了研究，在進行瞬態(tài)動力學分析時使用了運動學規(guī)律和 ANSYS Workbench，從而有效的得出了旋耕刀片的變形和所受應力的情況，從而有助于對相關技術進行進一步優(yōu)化和改進。

3 結語

文章主要對 ANSYS Workbench 的各種分析功能進行了探討，由以上可知，在對工程進行實際的應用時，該技術被廣泛使用。目前，在CAD 技術得到廣泛應用和推廣的同時，有限元法也得到了相關企業(yè)和部門的重視。ANSYS 在有限元分析軟件中，屬于一個新的仿真環(huán)境平臺，并且對機械設計行業(yè)產生了一定的作用和影響，可以說它很好的推動了有限元仿真的應用，并且很好的解決了在生產過程中所遇到的一些基礎問題。