基于刚柔耦合多体动力学的叉车推出器载荷及强度分析

基于刚柔耦合多体动力学的叉车推出器分析

汪谟清周齐齐李戈操

安徽合力股份有限公司技术开发处合肥230022

摘 要：叉车属具的形式多种多样，而且结构相对复杂，设计人员通过手工计算这些复杂的受力情况显得力不从心。MotionView是通用的多体动力学仿真软件，利用MotionView的刚柔耦合技术对叉车推出器的运动机构进行动力学仿真分析，得到推出器杆件的受力情况，并由杆件受力值得出有限元分析结果。

关键词：叉车，属具，推出器，多体动力学，MotionView

1 引言

叉车在工作过程中为了完成特定的工作任务，往往需要配置不同的属具，而叉车推出器是叉车属具中的一种，主要进行推拉货物的工作。由于推出器结构杆件比较多，运动连接关系比较复杂，采用手工计算各杆件的受力情况的方法显得很困难，通过MotionView多体动力学仿真软件可以较好的解决该问题。

目前，多体动力学仿真系统分为多刚体仿真系统和刚柔耦合仿真系统，叉车推出器结构比较复杂，采用多刚体仿真系统时，必须认真校核各个杆件之间的连接关系，否则在连接处会出现过约束的情况，当模型一旦很大，检查过约束是比较困难的。采用刚柔耦合仿真系统可以较好的解决这些问题。

MotionView对柔性体系统来说是一个强大的前后处理器，可以使用OptiStruct很容易的生成柔性体模型，并能容易的将其与刚形体组合到一起进行多体动力学分析。

2 叉车推出器模型的建立

在机械动力学系统中，系统本身的质量、质心、转动惯量等决定了系统的特性，所以导入的模型必须保证这些参数的正确性，由于叉车推出器模型结构复杂，杆件数量较多，直接将推出器CAD模型导入到MotionView中往往使得杆件的质量中心位置混乱，因此在HyperMesh中建立有限元模型并赋予材料和属性，通过fem文件导入到MotionView中，这样就解决了质量中心位置混乱的问题。与此同时多体动力学分析得出的受力结果文件，在OptiStruct中进行有限元分析时同样需要。

HyperMesh中建立的有限元模型导入MotionView时必须统一两者之间的单位。在HyperMesh中建立的有限元模型如下图1所示：

图1机构网格模型图图2柔性体部件网格图

3 柔性体的生成

MotionView对多柔性体系统来说是一个非常强大的前处理器，并且集成在了Hyperworks框架中，方便创建柔性体模型。模型给定材料和属性并将模型连接处建立RBE2单元且给出单元节点号，通过MotionView生成柔性体工具很容易生成柔性体。

3.1 HyperMesh中建立柔性体有限元模型

在HyperMesh中建立需要生成柔性体的零件的有限元模型，并在铰链等连接处建立Rbe2刚性单元并给出刚性单元的节点号。在HyperMesh中输出fem文件。有限元模型及刚性单元如图2所示。

3.2 MotionView中生成柔性体

图3 生成柔性体工具

在MotionView中调用生成柔性体的工具flex prep，选择HyperMesh中导出的fem文件，并将刚性单元节点号写入。特别注意导入时的单位系统，必须保证与HyperMesh中设置的单位系统一致。

生成的柔性体前6阶位刚体位移，在进行多体动力学分析时前6阶模态是不参与计算的。生成的柔性体及部分模态如下图所示：

图4柔性体模态结果

推出器模型由于杆件数量较多，采用多刚体动力学分析时，在杆件之间的铰链等连接处容易产生过约束，而且过约束的消除必须通过手动消除，这使得难度很大。采用刚柔耦合多体分析能够解决这类问题且能得到很好的结果。其他的柔性体的生成在这里就不重复说明。

4 多体动力学仿真

4.1多体动力学模型的建立

图5多体动力学模型

推出器模型的载荷为：推出器推货板与货物之间的作用力，货物的阻力主要是货物与载

货板之间的摩擦。这里将摩擦力作为阻力，摩擦力大小为5708.8N。两个活塞的运动作为主动力，设置为油缸的行驶速度：20mm/s。整个推出器模型的多体动力学模型如下图5所示。

4.2 多体动力学仿真结果

通过Motionsolve分析后，可以得出多体动力学仿真结果，同时可以得出柔性体在运动过程中的等效应力值。推出器模型的分析结果如下图6所示：

图6：等效应力值结果

4.3 柔性体连接处受力

多体动力学模型中，当将部分杆件作为柔性体后，虽然模型的过约束可以通过柔性体的变形来消除，但是如果要得到连接处的受力大小，还是需要将柔性体连接处的约束进行修改，改为自由度更少的球铰，以便得到更真实的受力值，部分柔性体的分析结果见图7。

a 左端前杆三个连接处的受力情况。

b 左前臂的受力情况

c 推板X方向的速度

图7 分析结果图

5 结束语

1、通过MotionView多体动力学分析软件，可以很方便的对手工计算困难的大型模型进行动力学分析，并能得出各杆件连接处的受力大小，这对于模型的初步设计起到很重要的作用。

2、MotionView多体动力学分析软件能够有效的得出机械机构运动时的死点或运动过程中受力过大的点，以便设计人员进行观察，提高了工作效率。

3、MotionView提供了与HyperWorks的无缝隙接口，这对零件后续的有限元分析提供了平台。

6 参考文献

[1] MotionView User’s Manual

[2]吴俊刚新一代动力学仿真软件——MotionView

[3]陆佑方. 柔性多体系统动力学[M ]. 北京: 高等教育出版社,1996

Forklift Extrusion Ware Analysis Based on Multi _flexible_body Dynamics

Wang Moqing Zhou Qiqi Li Gecao

Abstract：The structure of forklift’s attachment is complex relatively and is multiform，It’s very difficult to manual calculate those complex force for designer. MotionView is the universal software of multi_body dynamics simulate。running the multi_body dynamics simulate of forklift’s attachment by the technology of rigid_flexible coupled from MotionView，which will get the force of extrusion ware’s poles，using the force，we will be finite element analysis.