[发明专利]一种基于瞬态动力学的臂架系统有限元分析方法

说明书

本发明公开一种基于瞬态动力学的臂架系统有限元分析方法，通过搭建三维臂架模型，并对所述三维臂架模型进行特征处理；对特征处理后的三维臂架模型进行网格划分，并施加边界条件，得到臂架有限元模型；采用接触算法对所述臂架有限元模型增加额外的压力自由度；基于臂架系统的运动状态，对所述臂架有限元模型进行顺序动作驱动设置；利用有限元求解器对所述臂架有限元模型进行求解计算，得到臂架系统的分析结果。通过采用瞬态力学的分析方法，代替传统的静力学分析来指导设计臂架系统，能够更准确的模拟隧道装备臂架系统在工作时，臂架系统内结构件应力实时显示。提高了有限元分析方法的适用性，还提高了分析结果的精准度。

技术领域

本发明涉及计算机辅助工程技术领域，尤其涉及一种基于瞬态动力学的臂架系统有限元分析方法。

背景技术

在当今隧道工程领域，CAE（计算机辅助工程）目前应用已得到广泛应用，成为隧道装备开发、解决问题，支持产品开发的一种有效工具，其中有限元在结构应力、变形、疲劳、拓扑减重、屈曲等方面可以获得较高的精度，能解决工程开发、降本多方面的问题。

目前对于隧道装备的臂架系统的有限元分析方法通常为静力学分析。但隧道臂架系统很多时候都是带载伸缩的，甚至会出现臂架系统水平全伸带负载的情况，很难全面反应臂架系统内各部套的受力情况，因此单纯的静力学分析很难满足需求，所以寻求一种新的有限元分析方法，是隧道装备开发很重要的一项工作；

而瞬态动力学是一种时域分析，是分析结构在随时间变化的载荷作用下产生动力响应过程的一种技术。其输入数据是时间函数的载荷，而输出数据是随时间变化的位移或其他输出量，如应力、应变等。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种基于瞬态动力学的臂架系统有限元分析方法，旨在解决现有臂架系统的静力学分析方法适用性低，分析结果精准度低的技术问题。

为解决以上技术问题，本发明的技术方案为提供一种基于瞬态动力学的臂架系统有限元分析方法，包括：

搭建三维臂架模型，并对所述三维臂架模型进行特征处理；

对特征处理后的三维臂架模型进行网格划分，并施加边界条件，得到臂架有限元模型；

采用接触算法对所述臂架有限元模型增加额外的压力自由度；

基于臂架系统的运动状态，对所述臂架有限元模型进行顺序动作驱动设置；

利用有限元求解器对所述臂架有限元模型进行求解计算，得到臂架系统的分析结果。

可选的，所述对所述三维臂架模型进行特征处理，包括：

将所述三维臂架模型中不影响计算的小特征进行删除处理，包括但不限于删掉不影响计算的零件、处理剖口、圆角；

对不需要进行受力分析的部件划分为刚性，对需要进行受力分析的部件划分为柔性，其中，划分为刚性的部件，不需要划分有限元网格。这样可以大大缩短有限元分析的计算时间。

可选的，所述搭建三维臂架模型，并对所述三维臂架模型进行特征处理之后，还包括：

对所述进行特征处理后的三维臂架模型进行模型分组，包括臂架支座组、基本臂组、二节臂组、三节臂组、前端工作装置组和油缸组。

可选的，所述对特征处理后的三维臂架模型进行网格划分，并施加边界条件，得到臂架有限元模型，包括：

对特征处理后的三维臂架模型进行风险区域预估，

对所述三维臂架模型进行网格划分，并将预估为风险区域的区域网格进行网格加密处理；

对所述三维臂架模型施加边界条件，得到臂架有限元模型。

可选的，所述对所述三维臂架模型施加边界条件，包括：