一种基于可控串型变形累积法的叉车护顶架冲击分析方法技术

本发明专利技术公开了一种基于可控串型变形累积法的叉车护顶架冲击分析方法，包括以下步骤：首先建立叉车护顶架三维实体模型，给冲击物施加相应的初始速度，建立有限元分析模型，采取合适的单元类型、大小进行网格划分，对网格质量进行检查，进行接触算法设置和沙漏控制，采用冲击载荷之间设置加载间隔的方式来实现间歇式动力学分析，对单元进行不断调整直至满足要求，进行收敛、能量守恒检查，提取测点的位移曲线和时间曲线，完成基于可控串型变形累积法的叉车护顶架冲击计算。本发明专利技术的可控串型变形累积法，在保证良好计算精度的同时，大幅减少了计算时间，适用于叉车护顶架的冲击分析计算。

【技术实现步骤摘要】
一种基于可控串型变形累积法的叉车护顶架冲击分析方法
本专利技术涉及一种基于可控串型变形累积法的叉车护顶架冲击分析方法。
技术介绍
叉车护顶架可以降低或避免意外跌落货物对驾驶员造成的威胁，起到保护叉车驾驶员的重要作用。叉车护顶架主要结构有前支腿、前横梁、后支腿、中间横梁、棒部件等部分组成，属于空间钢架结构。国际标准ISO6055：2004《工业车辆护顶架的技术要求和试验方法》明确规定了护顶架安全性试验的方法和要求，主要对护顶架动载试验和冲击下落试验进行了详细描述和规定。叉车护顶架安全性能试验属于破坏性试验，其可重复性困难且成本较高。因此采用仿真分析的方法对叉车护顶架的安全性能进行研究，是非常有必要的。动点间歇性冲击问题是多次冲击的一种重要形式，各次冲击的位置不同，且顺次冲击存在一定的加载间隔，累积模拟时间长。并型变形叠加法不考虑各次冲击之间的关系，在初始状态的前提下，对各个冲击点进行单独动力学分析。提取各个测点单次冲击的塑性变形，然后直接进行线性叠加，得到各个测点的总体变形。串型变形累积法充分考虑前后冲击步之间的关联，在前一次冲击的塑性变形、残余应力等的基础上进行连续的动力学计算，更符合实际情况。并型变形叠加法，计算时间短，但结果误差较大；串型变形累积法，要求有较大的冲击时间间隔，计算时间较长。
技术实现思路
为解决现有技术存在的问题，本专利技术提供一种基于可控串型变形累积法的叉车护顶架冲击分析方法。本专利技术能够保证良好计算精度，计算时间比串型变形累积法减少74％，计算效率较高。为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种基于可控串型变形累积法的叉车护顶架冲击分析方法，包括以下步骤：1)建立叉车护顶架三维实体模型，并对模型非关键细节进行简化；2)根据ISO6055:2004标准，由额定起重量确定冲击功W和冲击质量M，由以下公式计算冲击下落高度H：H＝W/(9.8×M)冲击物自由下落过程会耗费大量时间，为节约时间，将仿真分析的初始状态设定为冲击物接近护顶架时，给冲击物施加相应的初始速度V0：其中Δh为初始状态下冲击物与护顶架之间的垂直距离，满足Δh＞c/2，c为冲击物的高度；3)采取合适的单元类型、大小进行网格划分，对网格质量进行检查，进行接触算法设置和沙漏控制；4)采用冲击载荷之间设置加载间隔的方式来实现间歇式动力学分析；设ti为第i次冲击载荷的作用周期，Δt为冲击之间的加载间隔，设置Ls为标准单元最小尺寸，此时对应的标准时间步长为Δs，每隔时间s检查一次单元最小尺寸L，若L＞Ls，则继续计算；若单元长度L＜Ls，则选取单元尺寸小于Ls区域处的单元，进行单元重构，把Ls减少单元基本长度ΔL，再次检查L，直至满足L＞Ls为止；5)进行收敛、能量守恒检查，若满足能量守恒要求，伪应变能小于总能量的5％，则对计算结果进行后处理，提取测点的位移曲线和时间曲线，完成基于可控串型变形累积法的叉车护顶架冲击计算。进一步地，在步骤(3)中采用Belytschko-Tsay壳单元，单元厚度方向的积分点数为2，冲击下落的重物采用三维实体单元进行有限元离散，采用15mm作为单元划分尺寸。Belytschko-Tsay壳单元使用单点积分，计算速度快，通常对于大变形问题最稳定有效。进一步地，在步骤(3)接触算法采用基于库仑公式的指数衰减摩擦模型，此模型简单，易于实现，且能较精确地展示摩擦特性。能量控制采用Flanagan-Belytschko刚度方式来控制沙漏，其中参数IHQ为4，QH为0.100。Flanagan-Belytschko刚度方式在材料不是特别软，单元有合理形状，网格较精细的情况下运行最快，适用于护顶架冲击的计算。本专利技术的有益效果是：(1)本专利技术将仿真分析的初始状态设定为冲击物接近护顶架时，给冲击物施加相应的初始速度，减小冲击物下落过程中的时间；对单元质量进行不断调整，同时通过动态改变单元最小尺寸Ls的方法，对单元进行不断调整，消除了由于大变形区域单元无法达到既定要求造成的死循环现象。(2)相比于串型变形累积法和并型变形累积法，本专利技术在保证良好计算精度的同时，计算时间比串型变形累积法减少74％，大幅缩短了计算时间。附图说明图1为本专利技术的计算流程图。图2为可控串型变形累积法示意图，其中，u为总变形量，ti为第i次冲击载荷的作用周期，是指从冲击接触开始到结束所用的时间；us为塑性变形，ut为弹性变形；Δt为冲击之间的加载间隔，为前一次冲击接触结束到下一次冲击接触开始的时间。图3为单元质量控制流程图。图4为护顶架和冲击物有限元模型。图5为试验冲击物落点位置。图6为试验测点位置。图7为护顶架测点变形结果对比图。具体实施方式以下是对本专利技术的技术方案作进一步详细说明。应当指出的是，实施例只是对本专利技术的具体描述，而不应视为对本专利技术的限定。实施例一种基于可控串型变形累积法的叉车护顶架冲击分析方法，包括以下步骤：(1)建立叉车护顶架三维实体模型，并对模型非关键细节进行简化；(2)根据ISO6055:2004标准，由额定起重量确定冲击功W和冲击质量M，由以下公式计算冲击下落高度H：H＝W/(9.8×M)冲击物自由下落过程会耗费大量时间，为节约时间，将仿真分析的初始状态设定为冲击物接近护顶架时，给冲击物施加相应的初始速度V0:其中Δh为初始状态下冲击物与护顶架之间的垂直距离，满足Δh＞c/2，c为冲击物的高度；(3)采取合适的单元类型、大小进行网格划分，对网格质量进行检查，进行接触算法设置和沙漏控制；采用Belytschko-Tsay壳单元，单元厚度方向的积分点数为2，冲击下落的冲击物采用三维实体单元进行有限元离散，采用15mm作为单元划分尺寸，有限元模型如图4所示；Belytschko-Tsay壳单元使用单点积分，计算速度快，通常对于大变形问题最稳定有效；(4)采用冲击载荷之间设置加载间隔的方式来实现间歇式动力学分析，设ti为第i次冲击载荷的作用周期，Δt为冲击之间的加载间隔，使得冲击后的结构通过振荡达到状态稳定，消除弹性变形和残余应力，设置Ls为标准单元最小尺寸，此时对应的标准时间步长为Δs，在每一次计算结束后，对影响下一次计算的单元质量进行控制，每隔时间s检查一次单元最小尺寸L，若L＞Ls，则继续计算；若单元长度L＜Ls，则选取单元尺寸小于Ls区域处的单元，进行单元重构，把Ls减少单元基本长度ΔL，再次检查L，直至满足继续进行计算的条件为止；(5)进行收敛、能量守恒检查，若满足能量守恒要求即伪应变能小于总能量的5％，则对计算结果进行后处理，提取测点的位移曲线和时间曲线，完成基于可控串型变形累积法的叉车护顶架冲击计算。进一步地，本实施例中，步骤(1)对模型非关键细节进行简化，即去掉前后支腿及顶棚部分的安装孔及无关紧要的倒圆角和顶棚的冲压形状，把难以处理的圆角过渡改为直角过渡。进一步地，在步骤(3)接触算法采用基于库仑公式的指数衰减摩擦模型，模型简单，易于实现，且能较精确地展示摩擦特性；能量控制采用Flanagan-Belytschko刚度方式来控制沙漏，其中参数IHQ为4，QH为0.100，Flanagan-Belytschko刚度方式在材料不是特别软，单元有合理形状，网格较精细的情况下运行最快，适用于护顶架冲击的计算。采用本专利技术的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于可控串型变形累积法的叉车护顶架冲击分析方法，其特征在于，包括以下步骤：1)建立叉车护顶架三维实体模型，并对模型非关键细节进行简化；2)根据ISO 6055:2004标准，由额定起重量确定冲击功W和冲击质量M，由以下公式计算冲击下落高度H：H＝W/(9.8×M)将仿真分析的初始状态设定为冲击物接近护顶架时，给冲击物施加相应的初始速度V0:

【技术特征摘要】
1.一种基于可控串型变形累积法的叉车护顶架冲击分析方法，其特征在于，包括以下步骤：1)建立叉车护顶架三维实体模型，并对模型非关键细节进行简化；2)根据ISO6055:2004标准，由额定起重量确定冲击功W和冲击质量M，由以下公式计算冲击下落高度H：H＝W/(9.8×M)将仿真分析的初始状态设定为冲击物接近护顶架时，给冲击物施加相应的初始速度V0:其中Δh为初始状态下冲击物与护顶架之间的垂直距离，满足Δh＞c/2，c为冲击物的高度；3)采取合适的单元类型、大小进行网格划分，对网格质量进行检查，进行接触算法设置和沙漏控制；4)采用冲击载荷之间设置加载间隔的方式来实现间歇式动力学分析；设ti为第i次冲击载荷的作用周期，Δt为冲击之间的加载间隔，设置Ls为标准单元最小尺寸，此时对应的标准时间步长为Δs，每隔时间s检查一次单元最小尺寸L，若L＞Ls，则继续计算；若单元长度L＜Ls，...

【专利技术属性】
技术研发人员：童水光，赵航，童哲铭，从飞云，唐宁，余跃，刘会琴，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33