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| 有限元分析 |
装载机是一种作业效率较高的工程机械。在产品设计完成后，通常需要验证它的强度是否满足设计要求，这就需要做相关的分析工作。静力学分析往往比较简单，但是如果要得到机器在不平路面行驶时部件随时间变化的应力值，采用一般的分析软件就比较复杂了，在Adams中建立虚拟样机来模拟车辆在路面上行驶是一种较好的方法。
根据分析需要，将装载机的结构简化成5个部分，即铲斗、摇臂、动臂、前车架和后车架(图)。轮胎在Adams软件中可以建立，需要修改轮胎的特性参数如轮胎的半径、宽度、垂直刚度和阻尼、纵向滑移刚度，以及侧偏刚度等。
为计算各部件的应力值，在Adams中需要将各部件由刚性体用Nastran生成的模态中性文件(MNF)来代替。由于分析所要关心的部位为铲斗、摇臂、动臂、前车架和后车架，所以只对这些部件生成模态中性文件，其余如驾驶室、发动机等部件用质量块代替。
在有限元分析软件中将各个部件划好网格，销轴连接部位用刚性杆连接，如图所示。然后将有限元模型转化为中性文件(MNF)，并导入Adams中，开始构建虚拟样机模型。车辆在路面上行驶，轮胎会随着路面的高低不平而上下振动。在模拟这种动态工况时，可简化路面，在前后桥各轮毂处建立4个轮胎，轮胎类型选用UA轮胎，半径为805 mm，宽度为400 mm，垂直刚度1500 N/mm。根据轮胎半径在相关位置建立4个凸台，如图所示。
在相关部位施加正确的约束副，图即为连接部位之一。试验台的激励为理想的路面激励，在MOTION里施加AKISPL函数来模拟装载机驶过高200 mm、长400 mm的垫块，前后台架的激励根据车速和装载机轴距进行适当的延时。理想路面的激励曲线如图所示。创建好这两条曲线后，在各个MOTION函数里输入AKISPL函数。由于前桥两个轮胎是同时过垫块的，所以前端左右轮毂处的输入函数均为AKISPL(time，0，SPLINE_qianlun，0)，后端左右轮毂处的输入函数均为AKISPL(time，0，SPLINE_houlun，0)。
车速设定为8 km/h，仿真步长0.01，仿真时间3 s，动臂和前车架在仿真过程中各主要受力部位的应力云图如图所示(图中白色线框代表在该区域读取应力)。图为动臂节点1411 590处的应力随时间的变化曲线，图为前车架节点720509处的应力随时间的变化曲线。
测量前桥左右两边轮毂处与地面垂直方向的加速度，如图所示。为验证分析结果的准确性，在相同工况条件下，通过仪器测试了前桥左右两边轮毂处的加速度，测试现场如图所示。还模拟了装载机以8 km/h的速度驶过垫块时的冲击工况，垫块的形状和尺寸如图所示。前桥左右两侧加速度的测试结果如图所示。
结论
通过比较图可以看出，仿真分析所得的加速度曲线和试验现场测得的曲线非常相似，误差在10%以内，说明模型调试比较成功。在仿真计算中所得的应力值与试验测试数据较为接近，最大应力出现在动臂和前车架上，如图所示，应力值在130 MPa左右，这两处位置结构相对薄弱。
用此类方法建立的全数字化模型来模拟车辆驶过障碍物的瞬态响应是一种行之有效的方法，路面对轮胎的激励载荷曲线可根据实际情况自己编写，给定较准确的轮胎参数便可使分析结果更为准确。此方法在工程上的应用能有效减少试验次数，缩短产品开发周期，同时也为设计改进提供了理论依据。
