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某型铁路架桥机机臂的强度分析

发布于:2016-07-21 22:04
强度分析

      1计算方法的对比分析
      1.1应用薄壁杆件理论计算
      应用薄壁杆件理论计算机臂的变形与强度分析是比较传统的方法。由薄壁杆件结构力学的理论,在结构弯曲变形的情况下,横截面保持为平面的假定仍然成立。当选直角坐标轴y,x为截面形心主轴时,具有多个闭室的薄壁箱形梁的弯曲正应力为弯曲剪应力则由计算静定剪力流9a及超静定剪力流q (i=1,2,...,n)得到。
      应用上述理论,可以求出机臂在全悬臂工况、跨中吊梁工况下1号柱截面及跨中吊点截面的最大应力值。在吊梁横移工况下,由于横向载荷不通过剪切中心,机臂在弯曲的同时产生约束扭转,如图约束扭转的扇性正应力的一般表达式。
      事实上,由于弯曲扭转剪力流由扇性正应力产生,是弯曲扭转双力矩M的函数,而自由扭转剪力流是自由扭转力矩T或扭转率B(x)的函数,因此,剪力流的数值必须在求解弯曲扭转微分方程以后才能计算。
      系数CI...C由边界条件,连续条件及平衡条件确定。对于机臂这种特殊的多闭室薄壁结构,代入边界条件等得到的关于系数的线性方程组,由于系数行列式中元素间的差别很大(可以达到10.0,往往使方程出现病态,结果不可靠。因此,应用薄壁杆件理论直接计算机臂的强度效率比较低,而且精度不高。
      1.2应用有限元法计算
      考虑到机臂承载时,上下盖板、腹板、隔板等部分基本上处于平面应力状态,因此,可以应用空间膜元进行结构离散。空间膜元的每个节点有3个平移自由度.由于沿机臂长度方向布置有52块大隔板以及约208块耳梁小隔板,由空间膜元离散得到的模型是静定的,不会出现机构问题。
      由于式的形函数只包含一个二次项,无法精确描述单元受弯状态下的位移,因此单元精度不高。当增加NS,N后,位移模式就变为完备的二次多项式,微分一次得应变、应力线性表达式,较好地表达了单元中的应力梯度,从而可提高单元精度。可以证明、对于矩形单元,Wilson不协调元有很好的收敛性。
      对于分析机臂这样的箱形结构,使用空间膜单元比通常认为的使用板壳单元的结果要好。在同样的解题精度条件下,壳单元的网格划分要更细一些,且由于每个节点有6个自由度,会大大增加题目的规模和运算时间。
      随着计算机与大型有限元程序的普及和应用,用有限元分析进行结构分析越来越多地为工程界所重视。此法与薄壁杆件理论计算方法比较,具有精度高、效率高的优点,因此,确定用有限元法计算机臂的强度。


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