大型电子地磅秤的有限元算法

大型电子地磅秤的有限元算法

电子地磅秤的传统算法并没有考虑面板、横向梁等横向连接的影响，较难反应实际的情况。本文运用有限元软件Hyperworks进行求解及查看结果。

模型的建立

由于本有限元分析软件侧重于力学分析，对数模的建立并不是强项。我们可以通过专业建模软件Pro-e、UG、CATIA等对分析产品进行建模，并输出igs、step、x_t文件，然后调入Hypermesh进行前处理、Radioss进行求解、HyperView进行后处理。

模型的处理

1. 单元的选取

由上节提到，此模型有板材与型材焊接而成。根据有限元理论，该模型板材形状可用壳单元定义，槽钢用实体单元定义，这样为后继的计算节省大量时间。

从模型大小、复杂程度及分析精度考虑，壳单元用高阶四边形单元，尺寸划分为10mm；实体单元用高阶四面体单元，尺寸划分为8mm。2.焊接问题

焊接方法在Hypermesh中有多种方式模拟，常用的有acm及cweld等，它不像其它分析软件那样，在划分网格时控制两零件的对应焊接网格尺寸。本文选用cweld，它需定义焊接间隔及焊点大小，通过适当的调节焊接间距及焊点大小，可任意模拟两零件是满焊还是间隙焊等焊接方式。

3.材料选择本大型电子地磅秤行业，所用的材料主要是Q235钢材，其优良的焊接性、耐腐蚀性、韧性等优点被用于工程结构。

材料参数：

弹性模量 E=210Gpa

泊松比u=0.3

密度p=7.85e-9t/mm3

4.约束

在实际使用中秤台4个角分别安装有一个桥式数字传感器,每个传感器由4个螺栓连接到传感器支承铁上,并由限位器进行水平方向的限位，（即纵向为X，横向为Y）。在建立约束条件是，把限位器与秤体接触的部分进行Ux，Uy方向的限制，传感器与托板接触的部分进行Uz方向限制。

5.载荷的处理

选用双后桥压在大型电子地磅秤中心线对称位置处时的情形为研究对象。与轮胎接触的秤台面为受力面，如果对该区域节点加载集中力，会造成应力集中，现加载力面，能解决应力集中问题，并能很好得反应力与秤台面的垂直关系。

秤体除了受上述轮胎载荷外，还受自重的载荷，在Hypermesh中可增加重力加速度Grav=9800mm/s2，值得注意的是，必须给材料赋予密度。

该算法能很好的对模型结构小改动进行局部修改和验证，大大提高了我们的工作效率。