使用Pro/E和ANSYS对副车架进行有限元分析

　　一、本文中使用的软件简介

　　1 Pro/ENGINEER的简介：

　　1985年，PTC公司成立于美国波士顿，开始参数化建模软件的研究。1988年，V1.0的Pro/ENGINEER诞生了。经过20余年的发展，Pro/ENGINEER已经成为三维建模软件的领头羊。目前已经发布了Pro/ENGINEER wildfire5.0。PTC的系列软件包括了在工业设计和机械设计等方面的多项功能，还包括对大型装配体的管理、功能仿真、制造、产品数据管理等等。Pro/ENGINEER还提供了目前所能达到的最全面、集成最紧密的产品开发环境。

　　2 有限元分析软件ANSYS的简介：

　　ANSYS是在20世纪70年代由ANSYS公司开发的工程分析软件。开发初期是为了应用于电力工业，现在已经广泛应用于航空、航天、电子、汽车、土木工程等各种领域，能够满足各行业有限元分析的需要。

　　ANSYS软件主要包括三个模块：前处理模块，分析计算模块和后处理模块。前处理模块提供了一个强大的实体建模及网格划分工具，用户可以方便地构造有限元模型;分析计算模块包括结构分析(可进行线性分析、非线性分析和高度非线性分析)、流体动力学分析、电磁场分析、声场分析、压电分析以及多物理场的耦合分析，可模拟多种物理介质的相互作用，具有灵敏度分析及优化分析能力;后处理模块可将计算结果以彩色等值线显示、矢量显示、粒子流迹显示、立体切片显示、透明及半透明显示(可看到结构内部)等图形方式显示出来，也可将计算结果以图表、曲线形式显示或输出。软件提供了100种以上的单元类型，用来模拟工程中的各种结构和材料。

　　二、系统的问题

　　轮式装载机作业时载荷变化甚大，为保证作业稳定性，均不设弹性悬挂装置，但为了装载机在不平路面上行驶时，四个轮胎都能着地，以提高整机的稳定性和牵引性，应允许有一车桥能随路面不平作相对摆动。现代的轮式装载机大多把后桥作为摆动桥，它固定在副车架上，副车架用纵向铰接销与后车驾相连。对于铰接式装载机，空载时，后桥载荷占整机重量50%——55%，满载时后桥载荷占整机重量25%——35%，因此有必要对其进行有限元分析。

　　三、实体模型的建立和导入

　　在本文中通过Pro/e3.0建立付车体的三维模型。如图1所示。然后使用ANSYS和Pro/e的接口(1、Pro/e图形的导出按钮，如图2;2、ANSYS图形的导入按钮，如图3。)，将副车架的三维图导入ANSYS中，如图4所示。

　　图1                                                 图2

　　图3                                                 图4

　　四、分析的过程

　　定义分析类型为Structural，定义单元类型为Solid45(该单元用于构造三维实体结构。单元通过8个节点来定义，每个节点有3个沿着xyz方向平移的自由度。单元具有塑性,蠕变,膨胀,应力强化,大变形和大应变能力。)定义材料的弹性模量E=2.07e5MPa，泊松比μ=0.3，密度ρ=7.8e-9Tn/ 。

　　网格划分采用网格划分工具，在网格划分工具中设置单元的属性和划分单元的长度。由于本例的模型不太规则，所以选择自适应网格划分的方式，设置智能划分的数值为5。总共划分为54570个单元如图5所示。

　　图5

　　载荷的施加首先施加z方向的位移约束，由于副车架地板中间部分与后桥通过螺栓紧密结合在一起，所以我们把z方向的位移约束施加在副车架地板的中间部分的664个节点上，如图6所示。然后施加力，后车架通过两个铰接销把重力施加在副车架上。空载时，后桥载荷占整机重量50%-55%，满载时后桥载荷占整机重量25%-35%，因此我们选择占整机重量的55%，来计算副车架的受力情况。施加的力载荷如图7所示。红色箭头表示施加在节点上的力。

　　图6                                                图7

　　根据求解问题所划分单元和节点的多少，ANSYS将会花一定的时间对问题进行求解。

　　使用通用后处理器来观察计算结果，图8是节点总的位移情况。通过观察图8，我们可以知道，总的最大位移在图形中的红色区域位移值为0.447107mm。

　　图8

　　总的应力情况如图9所示，图形中红色区域的应力值最大，最大值为73.702MPa，远小于材料的需用应力。

　　   图9

　　五、结语

　　机械结构的零部件，其形状是复杂多变的，如果利用ANSYS的制图工具来建造复杂的模型，这样就会花费很多的时间和精力。因此，在进行仿真分析时，我们可以按照本文所使用的方法，直接利用制图软件和ANSYS的接口，把已经建造完成的模型直接导入到ANSYS中。这样做就不需要在ANSYS中重复建造模型，节约了很多时间，让我们有更多的时间和精力，去完成后续工作。