基于有限元技术的工程机械设计研究

    2.4挖掘装载机铲斗部件的有限元网格划分
   
    网格自动划分是CAE软件的关键，由于挖掘装载机铲斗部件是用Solidworks三维实体建模的。所以采用抛物线性四面体实体单元作为划分单元。另外，在有限元分析中，网格划分必须要满足一定的条件，四面体单元的长宽比要接近1，在这个铲斗的有限元划分时，铲斗的厚度为12mm，所以单元划分的时候，最长单元的边长控制在12 mm左右。实际划分时选了3mm边长控制单元。划分结果为四面体实体单元64 306个，自由度数128915。
   
    2.5挖掘装载机铲斗部件的有限元求解方法
   
    Cosmos/Works对于静力分析提供3种求解方法:Direct Sparse,FFE和FFEPlus。一般来说,3种求解方法对同一问题的求解结果基本相似，但在选择时应注意:(1)对于大型和特大型问题(自由度大于300 000个)应优先使用FFEPIu。求解方法;(2)对于小型和中型问题(自由度在100000个到300 000个)应优先使用 Direct Sparse、或FFE求解方法。对于装配体问题并且考虑了零件间的相互接触、相互摩擦和不同材质时优先使用Direct Sparse求解方法，由于本例的自由度数128 915，因此本例使用Direct Sparse求解方法。求解所得的应力分布情况如图4所示。
   

    2.6挖掘装载机铲斗部件的有限元计军强度分析
   
    由图4所示的铲斗部件的应力分布图可见，铲斗部件的应力主要集中在联接动臂与铲斗回转副的联接板处(如图4中的白色区域)。最大应力达到6.935E8，铲斗部件发生了失效。图5为铲斗部件的失效图，图中白色区域即为铲斗部件的失效部位。
    

    2.7基于有限元计算结果的挖掘装载机铲斗部件的改进设计研究
   
    为了改善铲斗部件的应力集中，消除失效，采用如下改进设计方案:
   
    (1)通过增加肋的宽度，减小应力集中，将肋的宽度从30mm增加到50 mra，此时该处的最大应力从6.378E8下降到5.925E8，其改善应力集中的效果一般，图6所示是其应力分布图，由图可见应力集中现象还是存在(图中白色区域即为应力集中部位)，再由相应的铲斗部件的失效图可见，铲斗部件还是发生了失效(见图7）,图中白色区域即为铲斗部件的失效部位。由此可见，该方案也不是理想方案。