基于多体动力学与颗粒动力学耦合的挖掘机工作仿真分析

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液压挖掘机工作装置是挖掘机完成各种工作任务的执行装置,其承受着各种复杂多变的载荷。由于挖掘机作业条件恶劣,受载情况十分复杂,导致挖掘阻力难以确定,工作装置各铰点所承受的动态载荷也很难准确获得,给结构强度的准确分析预测带来了困难。本文以某21.5t反铲液压挖掘机工作装置为研究对象,通过颗粒动力学分析获得较为精确的挖掘阻力,从而进一步求出各铰点所受的外载荷,为结构强度的分析提供加载依据,具体工作如下:  首先建立挖掘机工作装置的三维模型,然后以实测的动臂、斗杆和铲斗油缸位移变化曲线作为驱动,实现挖掘机工作装置的多体运动学分析,模拟真实的挖掘过程,获得铲斗的挖掘轨迹曲线。在此基础上又得到了铲斗质心处的运动速度、铲斗与斗杆以及铲斗与连杆铰点上的旋转角速度。  通过离散单元法合理建立挖掘介质的颗粒模型,设置颗粒工厂和其他求解参数,利用已求得的铲斗运动参数对其运动规律进行定义,模拟铲斗在挖掘时的真实工况,以此求得铲斗在挖掘不同介质时各个方向所受的挖掘阻力,再通过多体动力学分析求解各铰点处的动态载荷。  最后通过对动臂和斗杆进行瞬态分析,获得其在受到动态载荷时结构内部应力、应变的分布情况,确定结构的危险点与危险截面,为后续的结构优化和疲劳强度分析等相关研究提供依据。  本论文将多体动力学与颗粒动力学进行耦合,对工作装置所受的动态载荷进行了详细分析,很好地解决了挖掘阻力难以确定的问题,为结构的瞬态分析提供了加载依据。
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