基于MFBD技术的拖拉机防翻架虚拟试验

研究产品：拖拉机翻车保护结构
分析目标：采用MFBD技术对防翻架进行虚拟测试

翻车保护结构（ROPS）是一种在拖拉机或重型设备翻车时保护驾驶员免受伤害的结构。ROPS必须能够充分吸收与地面的碰撞，并在翻车时为驾驶员提供安全的空间, OECD《农业机械化促进法案》对此类ROPS安全性测试评估做了具体规定。本案例利用RecurDyn的MFBD技术对ROPS进行虚拟试验，并与静态非线性分析结果进行比较，评估其收敛性和误差。

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Customer Challenges 面临的挑战

  • 准备实物测试样品需要消耗时间和成本
  • 需要提前对各种可能设计变更的安全性进行评估
  • 需要实施保持残余应力的连续载荷控制方法
  • 期望比非线性静态分析的接触定义更简单、收敛性更高
  • 需要减少仿真时间

Solutions 解决方案

  • 采用RecurDyn的MFBD技术建模，替代实物试验
  • 利用CAD模型的中面创建壳单元柔性体，减少仿真时间
  • 使用多线性各向同性非线性硬化材料，考虑结构大变形及材料塑性
  • 利用场景仿真的生效与失效切换功能实现连续分析，得到塑性变形，并检查每个荷载阶段的安全区违规情况
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Process 流程

  1. 创建包含包括驾驶员安全区、ROPS和负载执行器的刚体模型
  2. 对于薄长ROPS，建立FFlex柔性体模型
    在刚体负载执行器与柔性体ROPS之间建立Geo Surface接触以减少接触力振荡
    对于中面壳单元难以共享节点的情况，采用FDR（RBE2）单元模拟焊缝
  3. 执行连续位移荷载测试
  4. 评估并比较满足所需能量的最大位移
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Key Technologies for Analysis 关键技术

  • 利用MFBD技术，准确模拟ROPS的虚拟测试
  • 利用FDR (RBE2) 单元模拟中面类型有限单元的焊缝
  • 利用场景脚本及接触的On/Off控制执行连续位移载荷测试

Outcomes 效果

  • 利用RecurDyn隐式的MFBD求解器对ROPS进行非线性仿真
  • 经对比，仿真结果的最大位移误差与物理测试结果接近
  • 与静态非线性分析相比，接触定义更加简单、收敛性更好
  • 采用场景分析的位移控制方法，模拟了与物理测试相同的工况