基于ANSYS的微型车载转运作业平台的模型构建方法与流程

本发明属于车载转运作业平台技术领域，尤其涉及一种基于ansys的微型车载转运作业平台的模型构建方法。

背景技术：

随着专用汽车技术的迅猛发展，对微型车载转运作业平台性能的需求有所增加。现有转运作业平台多为液压系统作业，其在调平过程中难以实现定比传动，考虑到液压件制造精度及装配要求高，且易受环境影响，发生故障不易检查和排除等因素。

综上所述，现有车载转运作业平台存在机动性差、调平时间长、作业环境要求高、辅助设备多等问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种基于ansys的微型车载转运作业平台的模型构建方法，旨在解决现有车载转运作业平台存在机动性差、调平时间长、作业环境要求高、辅助设备的问题。

本发明是这样实现的，一种基于ansys的微型车载转运作业平台的模型构建方法，所述基于ansys的微型车载转运作业平台的模型构建方法包括：

步骤一，建立有限元模型；

步骤二，工况边界条件设定及有限元静强度分析；

步骤三，车载转运作业平台模态分析；

步骤四，车载转运作业平台优化分析。

进一步，所述步骤一具体包括：

(1)采用solidworks软件对转运作业平台进行三维建模，相关性能设计参数如下；

①微型车载转运作业平台载重约为2t，长3m，宽1.2m；

②转运作业平台升降最大行程为300mm，升降时间小于4分钟；

③支腿和平台总成材料主要是q235；

驱动部分选用型号为sja200的螺旋升降电机；升降支腿总成外导向柱提高支腿刚度；平台悬置系统暂时采用橡胶悬置；

(2)有限元分析模型

略去车桥及油箱附件；利用ansys对其就行六面体网格划分，共计162014个节点，67147个单元。

进一步，所述步骤二具体包括：

(1)将其静态工况设定为转移和车载平台调平两种工况来进行静强度分析，载货汽车参数:质量2t；支腿的刚度随着支撑柱和导向柱重合度的变化而变化；乘附加装载质量系数k＝1.1～1.3，参考负载与行程稳定曲线所选sja200螺旋升降机；

(2)车载平台在路面行驶过程中的有限元分析，模拟车载转运作业平台满载时在良好路面行驶所出现的应力分布与变形情况；车载作业平台在良好路面行驶时，边界条件设置如下，在车桥与马鞍接触处设置圆柱约束，释放车架俯仰自由度，约束其径向和轴向自由度；加载时，考虑车架自重，施加垂向重力加速度，车架承载为20000n，施加在车架中部承载区；最大应力发生在升降腿与车架衔接处；

(3)车载平台调平过程中有限元分析，在h＝300mm时，平台的最大应力值为15.586mpa，小于材料的屈服极限，满足静强度要求。

进一步，所述步骤三具体包括：使结构避免共振或按特定频率进行振动；了解结构对不同类型的动力载荷的响应；在其他动力学分析中估算求解控制参数；

预应力模态分析，车架预应力模态分析中的边界条件模拟真实工况，求解出车架在具体工况下的动态性能；通过固有频率和振型直接对车架的结构进行评价。

进一步，所述步骤四具体包括：

(1)车载平台在路面行驶过程中的有限元再分析，模拟车载雷达转运作业平台满载时在良好路面行驶所出现的应力分布与变形情况；

(2)车载平台优化后预应力模态分析，经过ansysworkbench的求解。

基于ansys的微型车载转运作业平台，其特征在于，所述基于ansys的微型车载转运作业平台包括：

本发明的另一目的在于提供一种由所述基于ansys的微型车载转运作业平台的模型构建方法构建的微型车载转运作业平台。

本发明提供的基于ansys的微型车载转运作业平台的模型构建方法，以电机作为驱动的转运作业平台以满足当下市场对车载转运作业平台多样化、快速调平定位的需求；有针对性的实用型综合性能良好的微型车载转运作业平台，既具有底盘功能，又可作为稳定工作平台使用。本发明针对现有液压系统转运作业平台，在调平过程中难以实现定比传动，且易受环境影响，发生故障不易检查和排除等因素；以电机作为驱动的转运作业平台以满足当下市场对车载转运作业平台多样化、快速调平的需求。并运用ansysworkbench软件对转运作业平台总体进行了优化分析，得到了不同工况下平台的应力、应变变化情况及预应力模态相关参数，并对结果数据进行了分析和优化。结果表明设计的转运作业平台静动态特性符合设计要求，同时这也为转运作业平台的前期开发研究提供依据。

附图说明

图1是本发明实施例提供的基于ansys的微型车载转运作业平台的模型构建方法流程图。

图2是本发明实施例提供的转运平台整体图。

图3是本发明实施例提供的升降支腿总成示意图。

图4是本发明实施例提供的微型车载转运作业平台总成示意图。

图5和图6是本发明实施例提供的支架示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

下面结合附图对本发明的应用原理作详细的描述。

如图1所示，本发明实施例提供的基于ansys的微型车载转运作业平台的模型构建方法包括：

s101：建立有限元模型；

s102：工况边界条件设定及有限元静强度分析；

s103：车载转运作业平台模态分析；

s104：车载转运作业平台优化分析。

下面结合具体实施例对本发明的应用原理作进一步的描述。

1.建立有限元模型

1.1建立三维模型

本发明采用solidworks软件对转运作业平台进行三维建模，其相关性能设计参数如下；

①微型车载转运作业平台载重约为2t，长3m，宽1.2m。

②转运作业平台升降最大行程为300mm，升降时间小于4分钟。

③支腿和平台总成材料主要是q235。

其驱动部分选用型号为sja200的螺旋升降电机，以便于为平台四条支腿的升降提供强劲动力。升降支腿总成如图2所示，其外导向柱可以提高支腿刚度。该转运作业平台较液压升降平台具有操纵便捷、调平时间短、人员配备少、多工况下作业等优点，考虑到设计成本，平台悬置系统暂时采用橡胶悬置，其升降转运作业平台装配总成如图3所示。

1.2有限元分析模型

由于车桥及转向机构采用定制，其强度和刚度要求满足设计要求，为了便于进行有限元分析，对部分零部件简化处理，略去了车桥及油箱等附件。利用ansys对其就行六面体网格划分，共计162014个节点，67147个单元。

2.工况边界条件设定及有限元静强度分析

在ansysworkbench线性静态结构分析中不考虑惯性和结构阻尼的影响。本发明将其静态工况设定为转移和车载平台调平两种工况来进行静强度分析。载货汽车参数:质量2t。分析过程中，支腿的刚度随着支撑柱和导向柱重合度的变化而变化。考虑到地面倾斜以及内部附加装置带来的冲击载荷等，需乘一个附加装载质量系数k＝1.1～1.3，参考负载与行程稳定曲线所选sja200螺旋升降机。

2.1车载平台在路面行驶过程中的有限元分析

主要模拟车载转运作业平台满载时在良好路面行驶所出现的应力分布与变形情况。车载作业平台在良好路面行驶时，边界条件设置如下，在车桥与马鞍接触处设置圆柱约束，释放车架俯仰自由度，约束其径向和轴向自由度。加载时，考虑车架自重，施加垂向重力加速度，车架承载为20000n，施加在车架中部承载区。由于车载平台前后轴距较大，且前桥中心距较后桥相对较大，造成车载平台前部刚度较小，垂向位移变形0.4586mm，致使平台支腿衔接处和车桥附近应力达到193.68mpa，小于平台的屈服极限。最大应力发生在升降腿与车架衔接处，实践表明，这个部位正是最易出现裂纹的地方。

2.2车载平台调平过程中有限元分析

不同支腿行程下的最大应力和最大形变如表1所示。

表1各行程应力和形变

应力与应变会随着支腿行程的增加而增大，在h＝300mm时，平台的最大应力值为15.586mpa，小于材料的屈服极限，满足静强度要求。

对转运作业平台总体进行了静态分析，得到了不同工况下平台的应力、应变变化情况，并对结果数据进行了分析，结果表明设计的转运作业平台静态特性符合设计要求。

3.车载转运作业平台模态分析

模态分析是用于确定设计中的结构或机器部件的振动特性的一种方法。模态特性主要有以下三方面。一是使结构避免共振或按特定频率进行振动；二是了解结构对不同类型的动力载荷的响应；三是有助于在其他动力学分析中估算求解控制参数。

3.1预应力模态分析

车架预应力模态分析中的边界条件模拟真实工况，能准确的求解出车架在具体工况下的动态性能。其结果不仅可用来分析车架的性能，还可以通过固有频率和振型直接对车架的结构进行评价。此处考虑的预应力情况，是在良好路面上匀速行驶和调平时，由自身质量和承载质量而产生的预应力。经过ansysworkbench的求解后，如表2所示

表2车载转运作业平台预应力模态分析

分析各振型云图可知，车架振型光滑没有突变。对于转运作业平台来说，引起车架振动的激振源主要来自路面不平引起的振动，由路面不平所引起的激励一般低于20hz，而在预应力的作用下，车架刚度有所提高，频率均高于路面基频，不会引起作业平台发生共振。另外所载雷达等设备也可能对车架产生激励，当然这个激励频率根据转运装备仪器的不同是不确定的，需要根据具体情况进行分析。从振型来分析，形变发生在转运作业平台支腿衔接处、前后车桥附近及转向盘固定装置,最大形变达到6.0467mm。车载平台调平时，车架刚度相对有所增加，其对应频率和振型变化相对较小。

4.车载转运作业平台优化分析

针对上述分析所出现的问题，有必要对车载雷达转运作业平台的机构进行优化：一方面增加转向固定装置的刚度，和支腿处增加加强筋；另一方面，考虑到支腿调平时受力状况以及承载弯扭力的支座受力，使承载构件在不影响整车性能的前提下，受力更合理，提高车载平台稳定性。优化前后支撑架如图4、5所示。

4.1车载平台在路面行驶过程中的有限元再分析

主要模拟车载雷达转运作业平台满载时在良好路面行驶所出现的应力分布与变形情况。由于车载平台前后轴距较大，且前桥中心距较后桥相对较大，造成车载平台前部刚度较小，垂向位移变形0.4378mm，致使平台支腿衔接处和车桥附近应力达到170.93mpa，小于平台的屈服极限。对比分析可知，优化后车载平台的应力应变有了较大改善。

4.2车载平台优化后预应力模态分析

针对优化后的车载雷达转运作业平台，在良好路面上匀速行驶和调平时，由自身质量和承载质量而产生的预应力。经过ansysworkbench的求解后，如表3所示

表3车载转运作业平台预应力模态分析

分析各振型云图可知，对于转运作业平台来说，引起车架振动的激振源主要来自路面不平引起的振动，由路面不平所引起的激励一般低于20hz。而在预应力的作用下，优化后车架刚度有所提高，表3中所列的固有频率高于路面激励频率，对应振型预期效果较优化前有很大提升，满足预期要求。在调平过程中车载平台固有频率随着优化而得到提升，对应振型所呈现的效果相对优化前更接近预期。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。