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1計算方法的對比分析
1.1應(yīng)用薄壁桿件理論計算
應(yīng)用薄壁桿件理論計算機臂的變形與強度分析是比較傳統(tǒng)的方法。由薄壁桿件結(jié)構(gòu)力學的理論，在結(jié)構(gòu)彎曲變形的情況下，橫截面保持為平面的假定仍然成立。當選直角坐標軸y，x為截面形心主軸時，具有多個閉室的薄壁箱形梁的彎曲正應(yīng)力為彎曲剪應(yīng)力則由計算靜定剪力流9a及超靜定剪力流q (i=1,2,...,n)得到。
應(yīng)用上述理論，可以求出機臂在全懸臂工況、跨中吊梁工況下1號柱截面及跨中吊點截面的最大應(yīng)力值。在吊梁橫移工況下，由于橫向載荷不通過剪切中心，機臂在彎曲的同時產(chǎn)生約束扭轉(zhuǎn)，如圖約束扭轉(zhuǎn)的扇性正應(yīng)力的一般表達式。
事實上，由于彎曲扭轉(zhuǎn)剪力流由扇性正應(yīng)力產(chǎn)生，是彎曲扭轉(zhuǎn)雙力矩M的函數(shù)，而自由扭轉(zhuǎn)剪力流是自由扭轉(zhuǎn)力矩T或扭轉(zhuǎn)率B(x)的函數(shù)，因此，剪力流的數(shù)值必須在求解彎曲扭轉(zhuǎn)微分方程以后才能計算。
系數(shù)CI...C由邊界條件，連續(xù)條件及平衡條件確定。對于機臂這種特殊的多閉室薄壁結(jié)構(gòu)，代入邊界條件等得到的關(guān)于系數(shù)的線性方程組，由于系數(shù)行列式中元素間的差別很大(可以達到10.0，往往使方程出現(xiàn)病態(tài)，結(jié)果不可靠。因此，應(yīng)用薄壁桿件理論直接計算機臂的強度效率比較低，而且精度不高。
1.2應(yīng)用有限元法計算
考慮到機臂承載時，上下蓋板、腹板、隔板等部分基本上處于平面應(yīng)力狀態(tài)，因此，可以應(yīng)用空間膜元進行結(jié)構(gòu)離散。空間膜元的每個節(jié)點有3個平移自由度.由于沿機臂長度方向布置有52塊大隔板以及約208塊耳梁小隔板，由空間膜元離散得到的模型是靜定的，不會出現(xiàn)機構(gòu)問題。
由于式的形函數(shù)只包含一個二次項，無法精確描述單元受彎狀態(tài)下的位移，因此單元精度不高。當增加NS，N后，位移模式就變?yōu)橥陚涞亩味囗検剑⒎忠淮蔚脩?yīng)變、應(yīng)力線性表達式，較好地表達了單元中的應(yīng)力梯度，從而可提高單元精度。可以證明、對于矩形單元，Wilson不協(xié)調(diào)元有很好的收斂性。
對于分析機臂這樣的箱形結(jié)構(gòu)，使用空間膜單元比通常認為的使用板殼單元的結(jié)果要好。在同樣的解題精度條件下，殼單元的網(wǎng)格劃分要更細一些，且由于每個節(jié)點有6個自由度，會大大增加題目的規(guī)模和運算時間。
隨著計算機與大型有限元程序的普及和應(yīng)用，用有限元分析進行結(jié)構(gòu)分析越來越多地為工程界所重視。此法與薄壁桿件理論計算方法比較，具有精度高、效率高的優(yōu)點，因此，確定用有限元法計算機臂的強度。
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