张鑫+翟庆波+曾庆良+王小环

摘要：利用LSDYNA软件对落物冲击装载机FOPS的过程进行了动态模拟分析，通过在ANSYS中建立有限元分析模型，讨论网格划分过程中FOPS各部分单元类型的选择，分析了约束及载荷的施加方法和应用LSDYNA进行模拟分析的优点，经落锤冲击试验得出由冲击力引起的FOPS各部分的变形量和冲击过程中FOPS各部分的应力值。试验结果表明：当落锤下落时，冲击产生的能量达到国标规定值，FOPS各部分变形量中的最大值是43.9 mm，没有侵入到DLV；冲击过程中FOPS各部分应力的最大值为635 MPa，远小于顶板考虑了应变率效应后的动屈服极限和断裂极限，满足国际标准的要求。

关键词：FOPS；冲击载荷；模拟分析；ANSYS/LSDYNA

中图分类号：U469.6文献标志码：B 文章编号：1000033X（2016）06009304

0引言

在工程现场，工程机械通常面临落物冲击的危险。FOPS（fallingobjects protective structures）即落物保护结构，通常安装在工程车辆驾驶室顶部，当驾驶室顶部遭受冲击时，能对驾驶员提供保护。当FOPS遭受冲击时，其变形不能侵入DLV（挠曲极限量），否则驾驶员将会有生命危险。

基于对各种车辆事故的相关分析，驾驶室极限变形是对驾驶员造成致命伤害的主要因素。因此，众多专家学者对FOPS的安全问题做了大量的研究，沈玉凤等推导了FOPS在弹性变形阶段和塑性变形阶段的变形计算公式，并以TY320推土机为例计算了FOPS弹塑性变形量[1]；冯素丽等对土石方机械FOPS的吸能特性进行了研究，认为冲击过程的能量吸收主要是依靠顶板和顶板下方加强筋的塑性变形；邵明亮等研究了工程车辆FOPS薄板的撞击动态响应，建立了撞击中心的最大位移量的数学模型；……