基于虚拟样机技术的轮椅耐久性仿真分析

　　0　引言

　　虚拟样机技术又称机械系统动态仿真技术,是随着计算机技术的发展而迅速发展起来的一项新生的工程技术。工程师在计算机上建立样机模型,对模型进行各种动态性能分析,然后改进样机设计方案,用数字化形式代替传统的物理样机。因此,虚拟样机的设计方法同传统的设计方法相比具有以下优点:可以大大简化机械产品的设计开发过程,在设计早期确定关键的设计参数、更新产品开发过程、大幅度缩短产品开发周期;大量减少产品开发费用和成本;明显提高产品质量,提高产品的系统级性能,获得最优化和创新的设计产品。

　　耐久性试验是产品开发的一个关键步骤,耐久性试验能够解答“机构何时报废或零、部件何时失效”这个问题,它对产品零、部件性能、整机性能都具有重要影响。通过ADAMS/Durability可以用已有数据来驱动虚拟样机、评定设计中的应力、应变或寿命,以达到在更短的时间内设计出更高质量的产品的目的。nCode公司的nSoft耐久性分析软件可以进行应力寿命、局部应变寿命裂隙扩展状况、多轴向疲劳及热疲劳特征、振动响应、各种焊接机构强度等分析。ADAMS/Durability把以上技术集成在一起,从而使虚拟样机检测系统耐久性成为现实。

　　本文以实验室引进的“轮椅动态耐久性试验机”及轮椅生产厂家提供的普通轮椅为物理样机,运用ADAMS软件建立轮椅耐久性试验的虚拟样机,对虚拟样机进行动力学仿真分析,并通过ADAMS/Durability模块及nSoft软件联合对轮椅进行疲劳寿命预测。

　　1　传统物理样机试验方法

　　轮椅动态耐久性试验机主要原理就是通过两个外形尺寸相同的转辊以1±0.1m/s的线速度转动,并依靠磨擦力带动轮椅运转以模拟轮椅在路面上的运动,测试轮椅的行走距离,经一定次数的周期性测试后,检验轮椅的结构体在承受载重的情况下的破坏情

　　况,以判定轮椅的耐用性是否达到要求。按图1所示将轮椅置于转辊之上,然后将配重的75kgf假人固定在轮椅上,可调整两转辊间距以使两转辊的轴线分别与轮椅前后轮轴线处于同一垂直平面内。按照国际ISO717628耐久性试验主要由两部分构成,第一部分是整车的耐久性试验,在两转辊上不附加挡块的情况下以1±0.1m/s的线速度完成20万次旋转,模拟轮椅在平直路面上的运动;第二部分是整车的耐久性振动试验,需要在两转辊上附加挡块(见图2)以1±0.1m/s的线速度完成6666次旋转,以模拟轮椅在路面的颠簸。完成这两部分试验后,对轮椅的破坏情况进行检验以判定轮椅的耐久性。

　　2　虚拟仿真试验方法