【《某一体式快速水渠模具虚拟样机仿真分析案例》5100字】

某一体式快速水渠模具虚拟样机仿真分析案例目录TOC\o"1-3"\h\u24649某一体式快速水渠模具虚拟样机仿真分析案例 187831.1引言 183781.2动力学建模步骤 1311541.2.1驱动参数 2197251.3搭建虚拟样机仿真模型 3264701.3.1一体式快速水渠动学仿真过程 334701.3.2自由度约束及动力学仿真 3256481.3.3一体式快速水渠模具两种工况虚拟样机仿真 4191831.4小结 101.1引言为研究一体式快速水渠模具的动态特性，对一体式快速水渠模具进行分析，分析运动状态、驱动参数、结构特点等。结合以上参数搭建一体式快速水渠模具进行虚拟样机的模型，还原驱动参数，水渠结构和使用材料等。通过一体式快速水渠的实际使用方法，模拟两种运行工况，一种为一体式快速水渠运行直至中间板落到特定位置。另一种为一体式快速水渠模具的脱模状态，研究结果得到了加速度、位移度、速度等数据，可直观的观察得到一体式水渠模具在运行时的载荷部件的数据变化，研究一体式快速水渠模具的动力学变化，为之后的有限元分析提供数据基础。1.2动力学建模步骤虚拟样机仿真分析软件ADAMS(AutomaticDynamicAnalysisofMechanicalSystems)是由美国MDI公司开发的针对机械系统运动学与动力学进行仿真分析的商用软件[24-29]。ADAMS可对虛拟机械系统进行静力学、运动学和动力学分析，输出位移、速度、加速度和反作用力曲线。ADAMS软件的仿真可用于预测机械系统的性能、运动范围、碰撞监测、峰值载荷以及计算有限元的输入载荷等。ADAMSView（自动机械系统动态分析）View模块可以方便、直观、准确的观看模拟运动的情况。本章流程图如图1.1所示图1.1分析流程Fig.7-1analysisprocessADAMS软件有着属于自己的文件格式，基于分析的快捷性，在UG中转换x-t文件格式，并且转换出的文件可为片体或者实体等，文件进行命名和放置位置都不可出现中文的字符等，否则不符合分析要求。1.2.1驱动参数一体式快速水渠的工作驱动方式由9个液压缸组成，每三液压缸则构成一个三角形结构的受力输出，通过焊接支架的方式安装在一体式快速水渠上，其中两个液压缸安装在同一条直线上，称为脱模液压缸，主要作用是一体式水渠在进行水渠脱模时可用来驱动帮助两侧板块进行成功脱模，也可以帮助一体式快速水渠模具进行所需要的水渠尺寸进行调整，帮助完成设计工艺要求。而垂直于一体式快速水渠模具的液压杠，其主要作用是保证槽高、槽宽、槽深的正确尺寸，液压缸数据表1.1所示。表1.1初定液压缸驱动参数Table.1.1initialdrivingparametersofhydrauliccylinder使用压力4Mpa8Mpa12Mpa理论推力1.2kg2.4kg4.9kg理论拉力0.8kg1.7kg2.5kg经查寻资料可得出，在虚拟样机中设计驱动参数，由表1.1可知，本次选用的液压缸使用数据有三种4Mpa、8MPa、12Mpa在仿真中选用4MPa。理论推力为1.2kg，理论拉力为0.8kg，在材料力学中可知力学单位，千克和吨都是质量单位。1千克的物体在地球上可以产生9.8牛的力。所以1吨可以产生9800牛的力，经换算推力为12000N，拉力为8000N。1.3搭建虚拟样机仿真模型一体式快速水渠模具的虚拟样机仿真模型如图1.2所示，检查UG三维模型转换ADAMS的相通性，是否有过度装配、约束、穿透、装配不达标等情况，确保模型的整体性，来保证仿真结果的正确性。图1.2一体式快速水渠模具虚拟样机仿真模型Fig.1.2simulationmodelofvirtualprototypeofintegratedrapidcanalmould1.3.1一体式快速水渠动学仿真过程通过虚拟样机仿真分析，赋予材料，在运动过程中能直观的察觉一体式快速水渠模具的运动时，相对于组成的子构件受力及位移情况。1.3.2自由度约束及动力学仿真在一体式快速水渠模具中进行初始材料的定义：（1）对虚拟样机仿真模型赋予重力为g=9.80665m／s2（2）对仿真部件赋予材料（3）对部件进行施加连接与约束虚拟样机仿真软件有着独立的约束系统，不识别任何来自3D建模的软件的本来设计的约束，需要重新定义连接需求，对一体式快速水渠模具定义要求如下表1.2所示。表1.2ADAMS连接驱动方式Table.1.2Adamsconnectiondrivemode固定副左边外侧围板，右边外侧围板，中间支撑支架移动副升降液压缸，张合液压缸，中心模板为达到一体式快速水渠模具实际运作动态结果，须对其施加连接约束和驱动参数，以限制一体式快速水渠模具的六个自由度，来保证虚拟样机仿真运作状态近可能的接近实际运动。检查无误后对其进行仿真。1.3.3一体式快速水渠模具两种工况虚拟样机仿真一体式快速水渠模具的作用是建造水渠，其运行工况有两种如表1.3所示，实际的运作工况如表1.3所示，一体式快速水渠模具的下降运行，脱模运行，在虚拟样机上简化模型，对其分开对应两次仿真。表1.3两种运动工况Table.1.3twooperatingconditions工况工况描述第一种工况还原一体式快速水渠模具结合驱动参数从静止点到下降完成共300mm第二种工况水泥灌溉完成后让一体快速水渠从模型表面脱模取出张合液压缸行程50mm，升降液压缸-300mm还原。第一种工况进行仿真，还原一体式快速水渠模具结合驱动参数从静止点到下降完成共300mm，设定参数后进行一体快速水渠模具虚拟样机仿真求解，得到液压缸相对于中间板下降时整体受到的接触力、速度、加速度等，在ADAMS软件上用曲线表示如图1.3所示。图1.3一体式快速水渠模具曲线查看示意图Fig.1.3schematicdiagramofcurveviewingofintegratedrapidcanalmold在仿真运行后，运行框出无误，检查虚拟样机仿真动态是否符合实际运动状态，求解第一种工况后一体式快速水渠模具运动曲线如下图所示。图1.4一体式快速水渠模具Y轴方向接触力Fig.1.4contactforceinY-axisdirectionofintegratedrapidchanneldie图1.5一体式快速水渠模具Z轴方向接触力Figure1.5contactforceinz-axisdirectionofintegratedrapidchanneldie一体式快速水渠模具开始下降时升降液压缸进行工作，而张合液压缸不进行工作，图1.4，图1.5为一体式快速水渠模具Y轴，Z轴的接触力曲线图，Y轴方向运行到结束取其中一段进行研究如图7-4所示，在0秒时一体式快速水渠还未运作，所以受力不变，在0秒至0.05秒时，已在正常运行曲线由零以类似直角四十五度角直线运作可达到2000N的力，这是因为一体式快速水渠下降时要克服中间板的自身重力，0.05秒至1秒时依然以四五十角直线上升，受力从原来的2000N变化为3100N，其到达指定位置时，需克服自身重力的同时还需克服中间板瞬间停止时所产生垂直于地面向下的惯性力。图1.5为Z方向接触力，于0至0.05秒时一体式快速水渠模具所里一直为零，在0.05至0.06秒区间进行了两次比较大的变化，最高达到1.4E-0.7随后快速变化为1.3E-07，变化是由于液压缸行程存在一定小小差的误，并不能一直完全同步。到达1.3E-07后立即变的平稳保持直线状态运行。图1.6一体式快速水渠模具Z方向速度Fig.1.6Z-directionspeedofintegratedrapidcanalmould图1.7一体式快速水渠模具X方向加速度Fig.1.7accelerationinXdirectionofintegratedrapidchannelmould图1.6，图1.7为一体式快速水渠模具第一种工况下运行产生的速度，X轴方向为加速度以类型直线以零点作为点运动的直线，下降工况下，一体式快速水渠模具只有升降液压缸工作，左右并不会发生运动，只会产生垂直于地面方向的力，所以X轴为0如图1.7所示。Z轴处于一体式快速模具的垂直方向，液压缸直杆和中间板件都会产生一个速度如图1.6所示，0至0.02秒时，速度为零，其本身在运行时需要克服其自身至驱动液压缸驱动的临界点，0.02秒至0.045秒，需要较大的力来驱动液压缸及中间板件，速度变化较大范围6.26E-08至6.31-08内浮动所变化的速度，0.045秒至0.09秒一体式快速水渠模具已驱动的临界点，在行程内速度比较一致，到1秒时说明已到第一种工况下液压缸的最大行程，中间板件已到达所定区域。图1.8一体式快速水渠模具Y方向加速度Fig.1.8accelerationinYdirectionofintegratedrapidchannelmould图1.9一体式快速水渠模具Z方向加速度Fig.1.9Z-directionaccelerationofintegratedrapidcanalmold图1.8，图1.9为一体式快速水渠模具Y，Z方向上于第一种工况下所产生的加速速，一体式快速水渠模具运行时整体启动取决于水渠驱动参数，决定因素有操作方法不对或空行程过大等原因，一体式快速水渠模具0至1.4秒内加速度一直处于零如图1.8所示，以类似于直线缓慢运动，当一体式快速水渠中间板件相差或接近快速接触到达指定区域时水渠的加速度会出现波动，1.4秒至1.7秒时，加速度瞬间达到类似于高峰形状为5.1E-10mm/s2之后迅速立刻下降至-5.2E-10mm/s2，1.7至2秒时会出现一个本次加速度的最高峰为2.0E-10mm/s2至-3.0E-10mm/s2随后速度以类似于水波状运动逐渐趋向于0点加速度为零。图1.9为每格运动的加速度汇总浮动的数据更为准确，加速度0秒至1.4秒以零点平面作为中心以类似直线运动，于1.5秒后瞬间上升至3.9E-10mm/s2以类似山峰状大小浮动最大加速度达8.0E-10直至为零，因为中间板件需要停止于要克服其自身惯性力及重力等因素直至停止为零。第二种工况依旧保留驱动参数，在ADAMS中重新定义限制自由度，第二种工况为一体式快速水渠模具上升脱模的过程，升降液压缸和张合液压缸同时工作，主要观察张合液压缸其次是升降液压缸。图1.10一体式快速水渠模具Y方向速度Fig.1.10Y-directionspeedofintegratedrapidchannelmould图1.11一体式快速水渠模具Z方向速度Fig.1.11Z-directionspeedofintegratedrapidcanalmould第二种工况为脱模过程，图1.10为Y方向速度，中间板件上升，当开始脱模时水渠速度类似于升降时的运动曲线，在0秒至15秒时曲线以相似于等边三角形斜边直线均匀运动到150mm/s变化比较小，于15秒至30秒时依次递增直至行程完成最高加速度到达300mm/s。图1.11为一体式快速水渠模具Z方向速度曲线以零点为平面点均匀类似直线运动一直为0速度，这是因为Z方向在其进行第二种工况时直立于地面所以不会产生速度。图1.12一体式快速水渠模具每格加速度Fig.1.12accelerationofeachgridofintegratedrapidcanalmould图1.13一体式快速水渠模具Y方向加速度Fig.1.13accelerationinYdirectionofintegratedrapidchannelmould一体式快速水渠模具加速度如图1.12，图1.13所示，0秒至5秒水渠开始进行时，曲线波动不大以类似小驼峰进行运动状态，是因为脱模时中间板块紧贴水渠模型运动时需要克服脱离的临界点，在5秒至20秒，加速度快速增加7个类似小山峰状运动最大可达到5.0E-12、2.5E-11、1.2E-11、6.0E-11、5.1E-11、5.2E-11、1.7E-11，这段时间运行加速度比较相近处于上升的中间阶段如图1.12所示，20至25秒水渠第二种工况即将运行结束，加速度相对于之前速度偏高，基本已经到达平稳运行区域的最高值可达2.1E-11之后瞬间下降又快速上升同一高度点直至运行结束，这是因为一体式快速水渠在完成第二种工况时所需要的稳定力，图1.13为Y轴张合液压缸第二种工况下所受到产生的加速度曲线，0至10秒整段曲线运动以类似波浪线运动加速度较小平均在0.2E-11至-0.2E-11之间，之后10秒至30秒内进行了三次次波动整体作为分析，此断时间运动曲线以类似圆柱形运动，于30秒时加速度为最大值可达到3.5E-11，这是在运动时一体式快速水渠模具的中间板件进行产生向下的重力，并张合液压缸同步运行在克服惯性点时会发生左右摆动现象。图1.14一体式快速水渠模具X方向力Fig.7-14Xdirectionforceofintegratedrapidcanalmould图1.14为x方向为张合液压虚拟样机仿真第二种工况下运动产生对一体式快速水渠模具的接触力，在0秒时曲线运动先从-0.39E-09N运动类似直线上升至0线，刚开始产生的力向上呈现出似尖山峰状高达0.6E-09N后瞬间下降至负区域为负1.6E-09N。在5秒至17秒时到达了最大的接触应力正区域高达4.5E-09N而负区域下降至-4.6E-9N共持续十六个，这时一体式快速水渠模具正处在脱模中部，接触力均匀是由于其已脱离与水泥接触的临界点所以接触力表现均匀，17秒至20秒时运动曲线跨幅度较大从在正区域4.5E-09N减少为1.9E-09N，在负区域从-4.6E-09N减少为-1.8E-09N，这是因为一体式快速水渠模具的张合液压缸和升降液压缸同时工作相对作用的原因，到20秒升降液压缸已停止工作只有张合液压缸工作所以接触力减小，20秒至30秒接触力范围正区域为1.9E-09N，负区域为-1.8E-09N直至第二种工况运行结束完成。图1.15一体式快速水渠模具Z方向力Fig.1.15Z-directionforceofintegratedrapidcanalmold图1.15为一体式快速水渠模具的第二种工况Z方向所受到的接触力，在0秒时脱模工况开始运行，接触力比较大范围在正区域为4.2E-09N在负区域达到了-4.1E-09N，随后一体式快速水渠模具所受到的接触力从负区域趋向于并靠近于零点为0.2E-10N，在0秒至7秒中所受到的接触力从打逐渐减少从2.0E-9N减少至1.3E-10N，这是因为张合液压缸和升降液压缸同时工作将水渠的模具脱离水泥出，7秒至24秒此时液压缸的工作状态平稳接触力比较相似均匀正区域