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基于应力应变实验的有限元分析结果验证

内容来源:机械设计与制造工程杂志      浏览次数:283      更新时间:2018-07-05

                                           赵瑞文,童一飞,谭清锰,吴绍峰,李东波
                                      (南京理工大学机械工程学院,江苏 南京〓210094)
摘要:针对焊接机器人实际工况的复杂性,采用ANSYS对焊接机器人关键部件进行有限元分析,并在此基础上设计了应力应变实验对有限元分析结果进行验证。验证结果显示,实验数值与有限元分析值存在0.47%~29.36%的误差,但曲线的变化趋势是一致的,说明有限元仿真建模在边界条件、网格划分、载荷施加等方面的设置具有合理性,结果也较为可靠。对误差产生的原因进行了分析,为后续焊接机器人结构优化奠定了基础。
关键词:焊接机器人;有限元分析;应力应变实验;ANSYS
中图分类号:TP242〓文献标识码:A〓文章编号:2095-509X(2018)05-0009-05


   焊接机器人是主要从事焊接工作的工业机器人,通常是在通用工业机器人的机械臂末端轴加装焊枪而成,可以在恶劣的工作环境下稳定、高效地进行焊接作业,焊接质量高、生产成本低,因此在机械加工、船舶制造、电子生产等领域有着广泛的应用。近年来,针对焊接机器人有限元技术的应用逐渐增多,但是对于有限元分析结果准确性却缺乏相应的验证。本文通过设计应力应变实验对有限元分析结果进行验证,为后续焊接机器人结构优化奠定基础。

1 PR1400型焊接机器人关键部件有限元分析
本文的研究对象为PR1400型焊接机器人,是一款典型6自由度串联机器人,其结构如图1所示。

〖TP10001.TIF,+56mm〗图1〓PR1400型焊接机器人
    PR1400型焊接机器人由腰座、肩部、大臂、肘部、小臂、腕部和末端负载等组成,这些部件的结构较为复杂。由于ANSYS Workbench自身的建模功能并不强大,为了使三维模型更加贴近实体模型,本文在SolidWorks中进行实体模型的三维建模,然后通过SolidWorks与ANSYS Workbench的接口,将三维模型导入到ANSYS Workbench中进行有限元分析。三维模型的许多细节特征会在划分网格时增加网络数量,加大仿真分析的计算量,因此有必要对实体模型进行一定程度的简化。
在保证分析精度的前提下,忽略凸台、圆角和限位孔等一些不影响机器人强度和刚度特性的特征,同时认为材料密度均匀、各向同性,且不考虑温度应力。

1.1〓定义材料
本文主要对机器人大臂进行研究。其材料为ZL104,材料的屈服强度为220MPa,抗拉强度为270MPa。在ANSYS Workbench中大臂材料属性的设置见表1。

表1〓大臂的材料属性
〖HT6SS〗〖BG(!〗〖BHDFG2,WK11,WK4,WK11W〗
弹性模量/ GPa〖〗泊松比〖〗密度/( kg·m-3)
〖BHDG2〗70〖〗0.32〖〗2 650

1.2〓划分网格
先在SolidWorks中对大臂的三维模型进行简化,将倒角、螺纹孔等微小特征忽略。由于大臂几何模型较复杂,选择Solid187单元对大臂进行有限
基金项目:江苏省产学研前瞻性联合研究项目(BY2015004-05);江苏省六大人才高峰资助项目(2015-ZBZZ-006)
作者简介:赵瑞文(1991—),男,山东新泰人,南京理工大学硕士研究生,主要研究方向为机器人结构优化与精度补偿。

(文章来源《机械设计与制造工程》杂志如需详细资料请联系江苏机械门户网客服QQ:2980918915,电话025-83726289)

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