一、本文中使用的軟件簡介

　　1 Pro/ENGINEER的簡介：

　　1985年，PTC公司成立于美國波士頓，開始參數(shù)化建模軟件的研究。1988年，V1.0的Pro/ENGINEER誕生了。經(jīng)過20余年的發(fā)展，Pro/ENGINEER已經(jīng)成為三維建模軟件的領(lǐng)頭羊。目前已經(jīng)發(fā)布了Pro/ENGINEER wildfire5.0。PTC的系列軟件包括了在工業(yè)設(shè)計(jì)和機(jī)械設(shè)計(jì)等方面的多項(xiàng)功能，還包括對(duì)大型裝配體的管理、功能仿真、制造、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理等等。Pro/ENGINEER還提供了目前所能達(dá)到的最全面、集成最緊密的產(chǎn)品開發(fā)環(huán)境。

　　2 有限元分析軟件ANSYS的簡介：

　　ANSYS是在20世紀(jì)70年代由ANSYS公司開發(fā)的工程分析軟件。開發(fā)初期是為了應(yīng)用于電力工業(yè)，現(xiàn)在已經(jīng)廣泛應(yīng)用于航空、航天、電子、汽車、土木工程等各種領(lǐng)域，能夠滿足各行業(yè)有限元分析的需要。

　　ANSYS軟件主要包括三個(gè)模塊：前處理模塊，分析計(jì)算模塊和后處理模塊。前處理模塊提供了一個(gè)強(qiáng)大的實(shí)體建模及網(wǎng)格劃分工具，用戶可以方便地構(gòu)造有限元模型;分析計(jì)算模塊包括結(jié)構(gòu)分析(可進(jìn)行線性分析、非線性分析和高度非線性分析)、流體動(dòng)力學(xué)分析、電磁場分析、聲場分析、壓電分析以及多物理場的耦合分析，可模擬多種物理介質(zhì)的相互作用，具有靈敏度分析及優(yōu)化分析能力;后處理模塊可將計(jì)算結(jié)果以彩色等值線顯示、矢量顯示、粒子流跡顯示、立體切片顯示、透明及半透明顯示(可看到結(jié)構(gòu)內(nèi)部)等圖形方式顯示出來，也可將計(jì)算結(jié)果以圖表、曲線形式顯示或輸出。軟件提供了100種以上的單元類型，用來模擬工程中的各種結(jié)構(gòu)和材料。

　　二、系統(tǒng)的問題

　　輪式裝載機(jī)作業(yè)時(shí)載荷變化甚大，為保證作業(yè)穩(wěn)定性，均不設(shè)彈性懸掛裝置，但為了裝載機(jī)在不平路面上行駛時(shí)，四個(gè)輪胎都能著地，以提高整機(jī)的穩(wěn)定性和牽引性，應(yīng)允許有一車橋能隨路面不平作相對(duì)擺動(dòng)。現(xiàn)代的輪式裝載機(jī)大多把后橋作為擺動(dòng)橋，它固定在副車架上，副車架用縱向鉸接銷與后車駕相連。對(duì)于鉸接式裝載機(jī)，空載時(shí)，后橋載荷占整機(jī)重量50%——55%，滿載時(shí)后橋載荷占整機(jī)重量25%——35%，因此有必要對(duì)其進(jìn)行有限元分析。

　　三、實(shí)體模型的建立和導(dǎo)入

　　在本文中通過Pro/e3.0建立付車體的三維模型。如圖1所示。然后使用ANSYS和Pro/e的接口(1、Pro/e圖形的導(dǎo)出按鈕，如圖2;2、ANSYS圖形的導(dǎo)入按鈕，如圖3。)，將副車架的三維圖導(dǎo)入ANSYS中，如圖4所示。

　　圖1                                                 圖2

　　圖3                                                 圖4

　　四、分析的過程

　　定義分析類型為Structural，定義單元類型為Solid45(該單元用于構(gòu)造三維實(shí)體結(jié)構(gòu)。單元通過8個(gè)節(jié)點(diǎn)來定義，每個(gè)節(jié)點(diǎn)有3個(gè)沿著xyz方向平移的自由度。單元具有塑性,蠕變,膨脹,應(yīng)力強(qiáng)化,大變形和大應(yīng)變能力。)定義材料的彈性模量E=2.07e5MPa，泊松比μ=0.3，密度ρ=7.8e-9Tn/ 。

　　網(wǎng)格劃分采用網(wǎng)格劃分工具，在網(wǎng)格劃分工具中設(shè)置單元的屬性和劃分單元的長度。由于本例的模型不太規(guī)則，所以選擇自適應(yīng)網(wǎng)格劃分的方式，設(shè)置智能劃分的數(shù)值為5。總共劃分為54570個(gè)單元如圖5所示。

　　圖5

　　載荷的施加首先施加z方向的位移約束，由于副車架地板中間部分與后橋通過螺栓緊密結(jié)合在一起，所以我們把z方向的位移約束施加在副車架地板的中間部分的664個(gè)節(jié)點(diǎn)上，如圖6所示。然后施加力，后車架通過兩個(gè)鉸接銷把重力施加在副車架上。空載時(shí)，后橋載荷占整機(jī)重量50%-55%，滿載時(shí)后橋載荷占整機(jī)重量25%-35%，因此我們選擇占整機(jī)重量的55%，來計(jì)算副車架的受力情況。施加的力載荷如圖7所示。紅色箭頭表示施加在節(jié)點(diǎn)上的力。

　　圖6                                                圖7

　　根據(jù)求解問題所劃分單元和節(jié)點(diǎn)的多少，ANSYS將會(huì)花一定的時(shí)間對(duì)問題進(jìn)行求解。

　　使用通用后處理器來觀察計(jì)算結(jié)果，圖8是節(jié)點(diǎn)總的位移情況。通過觀察圖8，我們可以知道，總的最大位移在圖形中的紅色區(qū)域位移值為0.447107mm。

　　圖8

　　總的應(yīng)力情況如圖9所示，圖形中紅色區(qū)域的應(yīng)力值最大，最大值為73.702MPa，遠(yuǎn)小于材料的需用應(yīng)力。

　　   圖9

　　五、結(jié)語

　　機(jī)械結(jié)構(gòu)的零部件，其形狀是復(fù)雜多變的，如果利用ANSYS的制圖工具來建造復(fù)雜的模型，這樣就會(huì)花費(fèi)很多的時(shí)間和精力。因此，在進(jìn)行仿真分析時(shí)，我們可以按照本文所使用的方法，直接利用制圖軟件和ANSYS的接口，把已經(jīng)建造完成的模型直接導(dǎo)入到ANSYS中。這樣做就不需要在ANSYS中重復(fù)建造模型，節(jié)約了很多時(shí)間，讓我們有更多的時(shí)間和精力，去完成后續(xù)工作。