鉸點
關注創建者：兵荒馬亂 創建時間：2021-02-12
鉸點的視頻教程
基于Pro/E的混凝土泵S閥擺搖機構優化設計
點A為左擺閥液壓缸與左液壓缸座的鉸接點，點B為左擺閥液壓缸與搖臂的鉸接點，點C為右擺閥液壓缸與搖臂的鉸接點，點D為右擺閥液壓缸與右液壓缸座的鉸接點，O為搖臂的擺動中心，點E為右擺閥液壓缸行程的起始點。AD為左、右液壓缸座的跨距，用H表示。
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SAP2000結構建模、pushover分析（靜力彈塑性分析）
本課程利用SAP2000對一10層的鋼梁混凝土結構建模并且進行PUSHOVER分析，展示了在PUSHOVER分析中的荷載工況參數設置，以及分析后的結構塑性鉸發展、性能點和位移-剪力曲線的查看。
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SAP2000建模、pushover分析、彈塑性時程分析，工程案例分析
以一個10層的鋼梁混凝土柱結構的實際工程案例為模型，在SAP2000中建立軸網、定義結構構件、結構整體模型建立、結構荷載施加、結構的反應譜分析（查看層間位移角等）、靜力彈塑性分析（查看結構的塑性鉸發展、性能點，pushover曲線）、動力彈塑性分析（地震波選取、查看結構層間位移角、頂點位移時程曲線、基底剪力時程曲線等）。
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鉸點的實例教程
一方面通過優化行走機構的鉸點位置，降低上述部件作業運行過程中鉸點的峰值載荷。另一方面優化絲杠和車架的受力結構，提高結構強度,以進一步降低結構的應力水平。
3.1 多體動力學機構鉸點優化
在已經建立的多體動力學模型中,在保證機構各項設計約束的前提下,通過適當調整機構的鉸點相對位置,不斷降低絲杠兩鉸接點在實際支車作業過程中的最大載荷,優化后通過MotionSolver多體動力學分析,荷歷程曲線變化如下圖6所示。
圖6 優化前后結構對比
上述分析結果中紅色曲線為優化后的鉸點載荷曲線，藍色曲線為原結構鉸點載荷曲線。優化后鋼輪支地輪胎抬起瞬間,絲杠最大受到7T的壓力，當剛輪與輪胎接觸瞬間，絲杠受到最大約9T的拉力，其拉壓載荷幅值由原來的65噸降低到16噸，其交變載荷大幅降低，這將大大降低作業載荷對結構的損傷程度。
3.2 結構強度優化分析
在降低鉸點載荷的同時，對關鍵部件絲杠和車架同時進行強度優化。將絲杠端部的潤滑油孔由兩端改到頭部，避免將其布置到最大的受力截面上；將車架鉸接點位置布置加強筋板，形成箱形結構。
將新的最大載荷加載到最新優化的車架和絲杠模型上，在HyperMesh中建立結構強度分析模型，通過OptiStruct計算，得到新優化結構應力水平如下圖7所示。
圖7 新結構應力云圖
通過上述分析結果，可以看到新優化結構應力水平已經大幅降低，絲杠應力為149MPa，車架應力水平130MPa，其可靠性已經得到充分保證。
4、結論
本文應用HyperWorks軟件多個模塊產品，對某產品行走機構進行了多體動力學與結構強度聯合仿真分析。分析結果與結構實際破壞情況完全吻合，說明分析結果的準確性。
展開 通過測量三臂各個鉸點運動副的受力，可得其在工況運動過程中的x、y、z方向受力情況（如下圖）。
一級油缸和二級油缸的作用力變化曲線
通過測量后臂各個鉸點運動副的受力，可得其在工況運動過程中的x、y、z方向受力情況（如下圖）。通過分析可知，10s時后臂處于受力最大的姿態，記錄此時的各鉸點受力情況見表1。
后臂各鉸點x、y、z方向受力情況
基于Ansys的后臂有限元模型建模及仿真
1.基于HyperMesh有限元模型前處理
為了獲得精度較高的網格，也方便定義后臂材料屬性。本案例中使用HyperMesh對后臂幾何體進行網格劃分。
HyperMesh網格模型
為了方便在對應的鉸點上施加上面得到的Adams仿真分析得到的受力結果，在后臂的鉸座表面處均建立了點網格（MASS21）,并與鉸座表面節點建立起剛性連接。定義點網格質量近似為0，這樣在點網格施加的力可以等效的傳遞到鉸座表面各節點處。
HyperMesh中建立的剛性連接
2.Ansys有限元模型
將HyperMesh建立的網格文件輸出為cdb格式并導入到Ansys中，在油缸鉸座位置設置約束，并在鉸點處分別添加x、y、z方向的作用力。（注意：此時坐標系需要與Adams中是否保持一致）
Ansys 仿真模型
進行上述設置后，進行慣性釋放（Inertia Relif）后進行求解，得到后臂應力仿真分析結果。
展開 圖 2 回轉平臺模型
圖 3 左右主梁模型
2.2回轉平臺工作載荷的確定
回轉平臺除承受工作裝置、駕駛室、動力裝置、液壓裝置、配重及覆蓋件等的質量外，還承受工作裝置工作時產生的挖掘力，主梁所受載荷為動臂油缸鉸點作用力， 動臂鉸點作用力的大小和方向根據工況而定。 回轉平臺上安裝部件的質量見表1。
表 1 回轉平臺上安裝部件的質量
工況和位置選擇的原則是，使主梁可能產生最大彎矩時的工作位置。 根據實際工作載荷情況，主要有下面 3 種工況（見圖 4）：
圖 4 挖掘機典型工況
工況 A： 動臂位于動臂液壓缸對鉸點最大力臂處，斗桿液壓缸力臂最大，鏟斗液壓缸挖掘，動臂液壓 缸、斗桿液壓缸同時剛好過載；動臂和斗桿液壓缸作用力臂最大，該工況下的載荷為重力和切向力。
工況 B：穩定計算位置之一，為可能使挖掘機向前傾翻、穩定系數最小時的位置。 一般可取動臂水平（前、后鉸點連線）斗桿垂直，鏟斗挖掘且切向挖掘力垂直。
工況 C：最大挖掘深度時，鏟斗液壓缸發揮最大挖掘力，動臂和斗桿液壓缸作用力臂最大，鏟斗挖掘、動臂、斗桿油缸同時閉鎖。 該工況下的載荷為重力和切向力。
分析以上 3 種典型工況的工作狀態及平臺受力特點，工況 C 受力最大。 故選用 C 工況對中部平臺的主梁進行有限元分析和結構優化。
展開 2.2.1 前快后慢工況
在前快后慢工況下，剪式框架運行至最頂端時的應力最大，運動過程剪式框架某鉸點的受力曲線和小輪與軌道的接觸力曲線見圖1。
圖1 前快后慢工況仿真結果
2.2.2 前慢后快工況
在前慢后快工況下，剪式框架運行至最頂端時的應力最大，運動過程剪式框架某鉸點的受力曲線和小輪與軌道的接觸力曲線見圖2。
圖2 前慢后快工況仿真結果
3 結語
通過剛柔耦合動力學分析，可以得到2種工況下剪式框架運行過程中應力的實時變化情況，以及連接鉸點和滾動小輪的受力情況。分析結果可以指導剪式框架的設計，解決采用多剛體計算卡死的問題。仿真結果為剪式穩定架的設計和優化提供參考。
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③載荷大小：載荷大小應基于車輛參數（重量、軸荷分配、重心高度、輪胎摩擦系數等）和設計目標（如滿足特定法規或耐久性目標）進行計算或通過多體動力學仿真（如 Adams/Car）提取，本例轉向節工況載荷加載如圖3所示：
圖3 轉向節工況加載圖
4.邊界條件定義：
①主銷/球鉸約束：在轉向節的主銷孔或球鉸安裝點施加約束，模擬其繞主銷軸線的旋轉自由度。
并對參考點設置固定鉸接邊界條件。</p><p>需要注意的是，參考點具有轉動自由度，為實現支座鉸接，必須釋放UR1自由度，同時約束UR2和UR3自由度。
然后進行sensor的定義，按照圖示完成定義，其中位移函數使用圓柱質心點和轉動鉸處點，事件評估處使用senval()函數的計數形式。比較符號采用了equal，比較值為0也即質心點通過y軸時觸發事件并完成事件評估計算。
完成模型創建后，進行2秒的計算，這里的驅動設置為360度每秒，因此，可以看到下圖中左側曲線經歷了兩個周期，也即圓柱轉動了兩圈。
一方面通過優化行走機構的鉸點位置，降低上述部件作業運行過程中鉸點的峰值載荷。另一方面優化絲杠和車架的受力結構，提高結構強度,以進一步降低結構的應力水平。
一級油缸和二級油缸的作用力變化曲線
通過測量后臂各個鉸點運動副的受力，可得其在工況運動過程中的x、y、z方向受力情況（如下圖）。通過分析可知，10s時后臂處于受力最大的姿態，記錄此時的各鉸點受力情況見表1。
1 壓接點的定義
線束壓接點是指線束中2根以上電線鉸接的連接點。
如下圖所示，此壓接點（SP）由1號線（Wire 1）、2號線（Wire 2）、3號線（Wire 3）組成，3根線在線束內部是相互連通的，3根線在線束內部的鉸接連接點就是壓接點，也叫做splice點，線束打卡點。
塔吊塔頂高度超過30m， 塔吊的塔頂、 平衡臂、 起重臂應設置障礙燈；塔吊起重臂根部鉸點高度超過50m， 應安裝風速儀。
4. 起重機供電電源應設總電源開關， 該開關應設置在靠近起重機且地面人員易于操作的地方， 開關出線端不得連接與起重機無關的電氣設備。
2.2.1 前快后慢工況
在前快后慢工況下，剪式框架運行至最頂端時的應力最大，運動過程剪式框架某鉸點的受力曲線和小輪與軌道的接觸力曲線見圖1。
1 壓接點的定義
線束壓接點是指線束中2根以上電線鉸接的連接點。
如下圖所示，此壓接點（SP）由1號線（Wire 1）、2號線（Wire 2）、3號線（Wire 3）組成，3根線在線束內部是相互連通的，3根線在線束內部的鉸接連接點就是壓接點，也叫做splice點，線束打卡點。
Step4
鉸接設置
本例中C點為鉸接點，釋放一個旋轉自由度，因此在軟件中我們也需要在此釋放一個旋轉自由度。我們使用
End Release
端點釋放命令實現。
在Project中點擊Connections，選擇End Release。
