模型建立

由于長(zhǎng)方體類金屬橡膠具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單和容易確定等效線性模型的優(yōu)點(diǎn)，在實(shí)際工程研究中應(yīng)用最為廣泛。如在對(duì)金屬橡膠隔振器的研究中，為確定長(zhǎng)方體類金屬橡膠的性能，建立了如圖13所示的等效線性模型。所以，在機(jī)床防護(hù)罩的改進(jìn)設(shè)計(jì)中同樣使用長(zhǎng)方體類金屬橡膠，安裝于普通鋼板式防護(hù)罩的各層前擋板與擋沿碰撞位置處，在ANSYS

Workbench中相同位置建立等效模型代替金屬橡膠進(jìn)行仿真試驗(yàn)（圖

，設(shè)定緩沖模型沿緩沖方向的長(zhǎng)度10mm、寬度195mm、高度3.5mm，并在每一層防護(hù)罩的碰撞部位均放置此緩沖模型來模擬金屬橡膠。

材料屬性及網(wǎng)格的劃分。材料屬性見表1。由于只關(guān)注

金屬橡膠等效線性模型

每層防護(hù)罩的碰撞位置，即前擋板的受力及變形情況，所以僅對(duì)前擋板進(jìn)行網(wǎng)格化處理，其他結(jié)構(gòu)均設(shè)置為剛體。設(shè)置網(wǎng)格為四面體網(wǎng)格，大小為10mm。

模型的約束設(shè)置。

設(shè)置每層防護(hù)罩與地面間為無摩擦滑動(dòng)，在墊板與前擋板間添加彈簧模型以及阻尼模型組成的緩沖模型。運(yùn)動(dòng)時(shí)，卡沿撞擊墊板，通過緩沖模型整體帶動(dòng)下一層防護(hù)罩運(yùn)動(dòng)。

模型的加載設(shè)置。

給予與機(jī)床工作臺(tái)連接的防護(hù)罩一個(gè)水平向前的速度帶動(dòng)整體運(yùn)動(dòng)，速度大小為120m/min，運(yùn)動(dòng)的距離為1000mm。模型的加載分為兩個(gè)分析步驟進(jìn)行，在第1個(gè)分析步驟中，設(shè)置運(yùn)動(dòng)時(shí)間為0.5s，第1層防護(hù)罩以120m/min的速度前進(jìn)，帶動(dòng)機(jī)床防護(hù)罩整體運(yùn)動(dòng)，在第2個(gè)分析步驟內(nèi)，設(shè)置時(shí)間同樣為0.5s，首尾防護(hù)罩層靜止，觀察防護(hù)罩整體的振動(dòng)情況及應(yīng)力和變形情況。

仿真試驗(yàn)分為2組。第1組仿真試驗(yàn)僅添加彈簧模型，確定防護(hù)罩在正常運(yùn)動(dòng)的情況下，緩沖效果最佳的彈簧模型剛度；第2組仿真試驗(yàn)添加完整的緩沖模型，確定剛度和阻尼

系數(shù)的合理配合關(guān)系。彈簧剛度大于400N/mm時(shí)，彈簧的最大壓縮量在合理范圍內(nèi)且逐漸減小，說明彈簧可以在不失效的情況下起到緩沖的作用。由圖15（b）可以看出，隨著彈簧剛度的增加，第6塊板的應(yīng)力極值呈現(xiàn)先減小后增大的變化趨勢(shì)，且在K=700N/mm時(shí)，應(yīng)力值最小為334MPa，由此確定最佳彈簧剛度為700N/mm。

（2）第2組仿真試驗(yàn)。

由第1組仿真確定彈簧剛度

K為700N/mm，阻尼模型的阻尼系數(shù)按C=0、10N?s/mm、100N?s/mm、

1000N?s/mm、10000N?s/mm進(jìn)行添加。當(dāng)C=0時(shí)，與未加阻尼模型時(shí)

的結(jié)果一致；當(dāng)C=10N?s/mm，各塊前擋板的最大應(yīng)力小于所選材料的屈服應(yīng)力；當(dāng)C=100N?s/mm，可以發(fā)現(xiàn)6（1）第1組仿真試驗(yàn)。

彈簧模型剛度按數(shù)列K=0，100N/mm，200N/mm，1000N/mm來添加。機(jī)床防護(hù)罩模型包含6層防護(hù)罩機(jī)構(gòu)，與機(jī)床工作臺(tái)相連的是第1層防護(hù)罩，每層防護(hù)罩均由外殼鋼板和分布于外殼鋼板尾部的卡沿及頭部擋板組成。仿真結(jié)果中第

6層防護(hù)罩前擋板所對(duì)應(yīng)模型的彈簧壓縮量和前擋板應(yīng)力極值最大，所以對(duì)第6塊前擋板所對(duì)應(yīng)模型的仿真結(jié)果進(jìn)行分析以確定最佳彈簧剛度由可以看出,當(dāng)彈簧剛度K小于400N/mm時(shí)彈簧的最大壓縮量較大，且接近彈簧原長(zhǎng)，說號(hào)前擋板應(yīng)力超過屈服極限仿真過程中結(jié)構(gòu)破壞；當(dāng)C=1000N?s/

mm以及C=10000N?s/mm，仿真過程中結(jié)構(gòu)破壞。