一种对钎杆结构强度的仿真方法与流程

1.本发明涉及材料力学分析、仿真模拟技术领域，尤其是一种对钎杆结构强度的仿真方法。


背景技术：

2.在现有的钎杆结构中，采用刚性材料制造，且为一体件，钎杆在拆卸、安装重量较大。现在通过仿真方法对结构进行优化设计，满足原有结构刚度强度等性能要求的同时，减小结构重量，完成轻量化目标。


技术实现要素：

3.发明目的：基于背景技术中提到的问头，本技术提出一种对钎杆结构强度的仿真方法，用于获取在某一载荷因素下，得到钎杆的最优设计参数。
4.技术方案：一种对钎杆结构强度的仿真方法，包括以下步骤：
5.s1、构建钎杆结构的粗网格动力学仿真模型；
6.s2、使用粗网格仿真模型模拟钎杆撞击过程，提取在锤击过程中最大冲击力；
7.s3、建立钎杆结构局部的细网格静力学仿真模型；
8.s4、将所述s2中提取的最大冲击力作为载荷，施加在钎杆的前端；对钎杆的受影响处进行详细模型分析，获得受影响处受到的应力值，以及对应受影响处受力后的变形值；
9.s5、构建比较模型，将步骤s4中的各个应力值分别与材料屈服强度值对比；将步骤s4中各个应力值对应的变形值分别与许用变形值对比，基于上述对比结果，当对比结果不满足比较模型的要求时，返回步骤s3，按照预设的要求修改钎杆结构的参数；否则输出对应的修改参数作为最终设计参数。
10.进一步的，步骤s5中的比较模型的要求包括：
11.s51、若应力值《40％材料屈服强度值，基于结构件尺寸进行修改；若应力值》70％材料屈服强度值，至少基于安全系数，疲劳因素进行修改；
12.s52、若变形值《0.2mm，基于结构件尺寸进行修改；若变形值》1mm，则基于相结构强化修改；
13.s53、基于步骤s51、步骤s52，分别输出对应的修改参数。
14.进一步的，所述粗网格动力学仿真模型网格平均尺寸约为20mm，引入四面体与壳单元进行网格划分。
15.进一步的，所述粗网格模型中动力学分析采用显式分析方法，通过能量换算出冲击速度，以冲击速度为边界施加到模型中。
16.进一步的，所述最大冲击力的提取为，所述钎杆的前端冲击到刚性面上，提取刚性面冲击过程中的反力。
17.进一步的，所述静力学网格模型的平均尺寸为7mm，采用六面体、四面体和壳单元进行网格划分；对所述钎杆受力部位采用六面体网格，网格尺寸为1mm。
18.进一步的，所述粗网格模型考虑接触模拟，摩擦系数设置为0.1-0.3，细网格模型中不考虑接触模拟。
19.有益效果：
20.1、本技术采用粗细网格分开的方案，有效节约仿真模拟时间以及优化仿真效果。
21.2、本技术能够获取在某一载荷下，钎杆的最优设计参数。
附图说明
22.图1是本发明的整体流程图。
23.图2是本发明的一个实施例流程图。
具体实施方式
24.下面结合附图对本发明做更进一步的解释。
25.实施例1
26.基于背景技术中提到的问题，为了实现对钎杆的优化设计，例如可以引入新材料、或者其他刚性、韧性、以及力传递稳定等材料，例如在不影响钎杆稳定传递力的同时，优化局部尺寸、优化、优化强度设计等，本实施例提出一种对钎杆结构强度的仿真方法，以此对钎杆进行有效分析。该仿真方法包括以下内容：
27.第一步，构建钎杆结构的粗网格动力学仿真模型；
28.第二步，使用粗网格仿真模型模拟钎杆撞击过程，提取在锤击过程中最大冲击力；最大冲击力可以采用现有参数，因为现有的钎杆类型较少，故能找到已有的对应的参数，本实施例中的最大冲击力的提取是指，钎杆的前端冲击到刚性面上，提取刚性面冲击过程中的反力，冲击过程中的最大反力即为最大冲击力；
29.第三步，建立钎杆结构的细网格静力学仿真模型，细网格静力学仿真模型为钎杆的局部仿真模型，主要为钎杆的前端、钎杆的受力端、以及钎杆在破碎锤机构内的往复滑动部位，或进一步基于破碎锤机构的结构增加其他受影响部位；
30.首先，基于上述仿真的设计，将第二步中获得的最大冲击力最为载荷，施加在钎杆的前端，由前端受到载荷，对钎杆的受影响处进行详细模型分析，获得受影响处受到的应力值，以及对应连接点处受力后的变形值；例如对钎杆的前端、钎杆的受力端进行详细模型分析，由于钎杆的往复滑动部位与破碎锤结构相互影响，故本实施例不分析该处受力情况，获得两处受到的应力值a1、a2，以及受力后的变形值b1、b2；
31.其次，建立以应力值、变形值为基础的比较模型，将应力值、变形值分别与材料屈服强度值、许用变形值进行比较，当前的应力值、变形值均满足材料屈服强度值、许用变形值，则输出此次的对应的修改参数，并作为最终设计参数。
32.当应力值、变形值存在不满足材料屈服强度值、许用变形值时，则修改对应的设计参数，重新修改钎杆对应的设计参数值，并再次进行应力与形变的分析。
33.实施例2
34.基于实施例1的技术方案，本实施例中比较模型至少以应力值、变形值为基础，例如以40％材料屈服强度值、70％材料屈服强度值为对比，
35.当应力值a1＜40％材料屈服强度值，基于结构件尺寸进行设计，当应力值＞70％
材料屈服强度值，至少基于安全系数，疲劳因素进行设计，
36.当变形值＜0.2mm，基于结构件尺寸进行设计，当变形值＞1mm，则基于相结构强化设计，即修改对应的参数。
37.实施例3
38.本实施例为实施例1的方案参数补充，具体为：
39.粗网格动力学仿真模型网格平均尺寸约为20mm，引入四面体与壳单元进行网格划分，粗网格模型中动力学分析采用显式分析方法，通过能量换算出冲击速度，以冲击速度为边界施加到模型中，冲击速度换算公式为：能量＝1/2mv2。
40.粗网格模型考虑接触模拟，摩擦系数设置为0.1-0.3，细网格模型中不考虑接触模拟。
41.静力学网格模型的平均尺寸为7mm，采用六面体，四面体和壳单元进行网格划分，对关键受力部位采用六面体网格，网格尺寸为1mm。此处关键受力部位参考粗网格模型中应力较大区域。
42.实施例4
43.钎杆结构自身尺寸参数至少包括：形状参数、长度参数、直径参数，基于上述参数，例如设置以下步骤：
44.步骤1、以其中一种型号的破碎锤为基础，取长度参数为定值l，设置直径参数为初始值为r0；
45.步骤2、以钎杆两处的应力值、以及对应的变形值，即形变度，构建比较模型，当a1、a2存在不满足比较模型时，按照预设的规则，修改参数r0为r1，再次输入比较模型中；当a1、a2同时满足比较模型时，进行步骤3；
46.步骤3、以当前直径参数为标准，获得当前直径参数下的最大强度值；
47.步骤4、更新材料类型参数，设置材料类型参数为c0，进行步骤2；
48.步骤5、以当前材料类型参数为标准，获得当前材料类型参数下的最大强度值；
49.步骤6、输入剩余相关参数，重复上述步骤，最后作输出最优参数。
50.以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种对钎杆结构强度的仿真方法，其特征在于，包括以下步骤：s1、构建钎杆结构的粗网格动力学仿真模型；s2、使用粗网格仿真模型模拟钎杆撞击过程，提取在锤击过程中最大冲击力；s3、建立钎杆结构局部的细网格静力学仿真模型；s4、将所述s2中提取的最大冲击力作为载荷，施加在钎杆的前端；对钎杆的受影响处进行详细模型分析，获得受影响处受到的应力值，以及对应受影响处受力后的变形值；s5、构建比较模型，将步骤s4中的各个应力值分别与材料屈服强度值对比；将步骤s4中各个应力值对应的变形值分别与许用变形值对比，基于上述对比结果，当对比结果不满足比较模型的要求时，返回步骤s3，按照预设的要求修改钎杆结构的参数；否则输出对应的修改参数作为最终设计参数。2.如权利要求1所述的一种对钎杆结构强度的仿真方法，其特征在于，步骤s5中的比较模型的要求包括：s51、若应力值<40％材料屈服强度值，基于结构件尺寸进行修改；若应力值>70％材料屈服强度值，至少基于安全系数，疲劳因素进行修改；s52、若变形值<0.2mm，基于结构件尺寸进行修改；若变形值>1mm，则基于相结构强化修改；s53、基于步骤s51、步骤s52，分别输出对应的修改参数。3.如权利要求1所述的一种对钎杆结构强度的仿真方法，其特征在于，所述粗网格动力学仿真模型网格平均尺寸约为20mm，引入四面体与壳单元进行网格划分。4.如权利要求1所述的一种对钎杆结构强度的仿真方法，其特征在于，所述粗网格模型中动力学分析采用显式分析方法，通过能量换算出冲击速度，以冲击速度为边界施加到模型中。5.如权利要求1所述的一种对钎杆结构强度的仿真方法，其特征在于，所述最大冲击力的提取为，所述钎杆的前端冲击到刚性面上，提取刚性面冲击过程中的反力。6.如权利要求1所述的一种对钎杆结构强度的仿真方法，其特征在于，所述静力学网格模型的平均尺寸为7mm，采用六面体、四面体和壳单元进行网格划分；对所述钎杆受力部位采用六面体网格，网格尺寸为1mm。7.如权利要求1所述的一种对钎杆结构强度的仿真方法，其特征在于，所述粗网格模型考虑接触模拟，摩擦系数设置为0.1-0.3，细网格模型中不考虑接触模拟。

技术总结
本发明公开了一种对钎杆结构强度的仿真方法，涉及材料力学分析、仿真模拟领域。包括以下步骤：构建钎杆结构的粗网格动力学仿真模型；提取在锤击过程中最大冲击力；建立钎杆结构局部的细网格静力学仿真模型；以最大冲击力作为载荷，施加在钎杆的前端；对钎杆的受影响处进行详细模型分析，获得受影响处受到的应力值，以及对应受影响处受力后的变形值；构建比较模型，将上述的各个应力值分别与材料屈服强度值对比；将上述的各个应力值对应的变形值分别与许用变形值对比，基于上述对比结果，当对比结果不满足比较模型的要求时，修改钎杆结构参数再次进行分析，直至满足比较模型。本发明通过仿真模拟，能够获得钎杆的最优设计参数。能够获得钎杆的最优设计参数。能够获得钎杆的最优设计参数。


技术研发人员：丁宝华 丁鹏
受保护的技术使用者：江苏凯撒重工有限公司
技术研发日：2023.05.17
技术公布日：2023/8/24