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三維運(yùn)動(dòng)仿真和有限元分析在大型游樂(lè)設(shè)備設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

大型游樂(lè)設(shè)備的安全關(guān)系到千家萬(wàn)戶(hù)，深圳華僑城的警鐘猶然在耳,，從源頭上消除安全隱患,，無(wú)疑可以事半功倍。國(guó)家特檢院施行大型游樂(lè)設(shè)備設(shè)計(jì)審查制度以來(lái),，大型游樂(lè)設(shè)備安全事故明顯減少,，然而在審查中也發(fā)現(xiàn)，還有很多廠家在設(shè)備運(yùn)動(dòng)分析和零部件強(qiáng)度計(jì)算中人采用手工分析計(jì)算,，設(shè)備運(yùn)動(dòng)分析不準(zhǔn)確,，強(qiáng)度計(jì)算不嚴(yán)謹(jǐn)。與設(shè)備實(shí)際運(yùn)行受力狀況存在較大的差距,，給設(shè)備安全運(yùn)行留下安全隱患,。三維運(yùn)動(dòng)仿真和有限元分析軟件在大型游樂(lè)設(shè)備設(shè)計(jì)中的應(yīng)用可以很好的解決這個(gè)問(wèn)題。首先,，三維運(yùn)動(dòng)仿真可以準(zhǔn)確進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析,，其次,，將運(yùn)動(dòng)分析結(jié)果用有限元對(duì)零部件的強(qiáng)度進(jìn)行詳細(xì)的分析。

下圖為用三維運(yùn)動(dòng)仿真軟件對(duì)受恒阻力的擴(kuò)漲鉗的受力做的運(yùn)動(dòng)分析,，擴(kuò)漲鉗的受力曲線如右圖所示,，擴(kuò)漲鉗開(kāi)口位置為最大受力位置。傳統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)分析認(rèn)為擴(kuò)漲鉗的受力即為阻力,，由此可見(jiàn)傳統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)分析，與實(shí)際有較大差距,。

下圖擴(kuò)漲鉗開(kāi)口加大,，其受力在逐漸減小。

現(xiàn)在以某一壓力床機(jī)身為例計(jì)算說(shuō)明手工計(jì)算和有限元分析計(jì)算之間的差距,。

手工計(jì)算結(jié)果：機(jī)身上,、下橫梁中部的橫截面和立柱橫截面面積最小部位分別如圖2 中的a 、b,、c 所示,。

計(jì)算得：上橫梁在a1—a11處有最大應(yīng)力40.6MPa ,

a2—a22應(yīng)力為27.1MPa

下橫梁在b2—b22處有最大應(yīng)力45.8MPa ,

b1—b11處應(yīng)力為45MPa ;

立柱在整個(gè)范圍內(nèi)為60MPa 。

　　從上面計(jì)算可以看出機(jī)身最大應(yīng)力發(fā)生在上下橫梁中間部位和立柱上,。其中在上橫梁上部a1—a11 ,、下橫梁下部b2—b22 、和立柱處為最大拉應(yīng)力,。

在同樣力6300kN 情況下,用有限元計(jì)算得到的應(yīng)力

分布如圖3 所示,。

圖中所示各處的應(yīng)力分別為:

σ1 = 132MPa ; 　　　　σ2 = 110MPa ;

σ3 = 120MPa ; 　 σ4 = 163MPa ;

σ5 = 140MPa ; 　 σ6 = 140MPa ;

σ7 = 90MPa ; 　 σ8 = 140MPa ;

σ9 = 130MPa ; σ10 = 30MPa ;

可以看到, 在材料力學(xué)計(jì)算的最大應(yīng)力處有限元計(jì)算的值也是應(yīng)力大的點(diǎn), 但值要大的多。同時(shí)還有一些點(diǎn)的應(yīng)力值比較大, 比如5,、6,、8 等處

總之，三維運(yùn)動(dòng)仿真和有限元分析軟件,，可以更接近實(shí)際的模擬運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和實(shí)際受力狀況,。

參考文獻(xiàn)：

胡小偉黃樹(shù)槐　盧懷亮螺旋壓力機(jī)整體機(jī)身的設(shè)計(jì)及優(yōu)化

機(jī)械社區(qū)