使用RecurDyn+EDEM联合仿真实现虚拟样机工程化模拟

作者 | 郭老师 仿真秀优秀讲师

首发 |仿真秀App

导读：挖掘机完成各种工作任务，其承受着各种复杂多变的载荷。由于挖掘机作业条件恶劣，受载情况十分复杂，导致挖掘阻力难以确定，工作装置各铰点所承受的动态载荷也很难准确获得，给结构强度的准确分析预测带来了困难。基于多体动力学仿真、离散元仿真模拟、预测反铲挖掘机在进行挖掘作业时铲斗端所受的挖掘阻力以及机臂的应力应变，为下一步的挖掘机铲斗结构优化、工作装置铰点优化提供理论基础。

一、工程车辆仿真的关键技术

以某挖掘机为研究对象，通过颗粒动力学分析获得较为精确的挖掘阻力，为动臂结构强度的分析提供加载依据。

1、根据挖掘机的几何参数建立三维模型，实测挖掘机不同物料下的作业实验、然后以动臂、斗杆和铲斗油缸位移变化曲线作为驱动，模拟真实的挖掘过程，获得铲斗轨迹曲线；

2、通过RFlex对其动臂进行柔性化，赋予真实的材料参数，根据仿真结果，查看动臂的应力应变，同时也可获得疲劳寿命；

3、通过离散单元法建立挖掘介质的颗粒模型，设置颗粒工厂和其他求解参数，模拟铲斗在挖掘时的真实工况，以此求得铲斗在挖掘不同介质时各个方向所受的挖掘阻力。

二、工程车辆仿真分析

1、RecurDyn

建立挖掘机虚拟样机模型，不考虑实际挖掘机挖掘作业时机体的行走、回转、平扫、卸料工况。因此在进行运动学仿真时，在不影响仿真结果的情况下，保证仿真速度、提高仿真效率，利用约束、柔性化命令对其进行模型进行处理，利用AKISPL将实验采集得到的三组油缸活塞杆的时间位移数据转化为时间速度数据，如铲斗轨迹下图所示：

2、EDEM

EDEM是目前应用十分广泛的一款离散单元法软件，主要是用来对工业中粒子进行仿真分析处理。可以较为准确地模拟各种非球形颗粒，同时支持多种类型的CAD文件导入，拥有与其他分析软件兼容的接口， 可以用来实现颗粒与流体、机械等学科的耦合仿真分析。比如：

3、结果分析

（1）阻力分析，通过仿真求解可以得到铲斗在作业时受到的挖掘阻力，分别是 X、Y、Z 三个方向的挖 掘阻力和沿 X、Y、Z 轴的阻力矩

（2）应力分析，通过刚柔耦合，可以获得动臂在挖掘过程中的实时应力变化，获得易发生疲劳磨损的的部分，可对后期结构优化，寿命预测提供基础

审核编辑：汤梓红