木材装载机箱型结构大臂的

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1、南JA-、斜阳盯kLE学…IxnF咧究民-Mm、tNT报一九八四年ZJmnUQM心RwmG比3a第三期t厅α山盯1984………-一-一一-一一二叫-一一一_._.-...，，--二→斤'十一一一--木材装载机箱型结构大臂的幽有限单元法计算徐宇华余显焘蒋本浩邓鸿根〈才华机系〉摘要本文采用三结点兰角形单元和杆单元结合的混合单元来计算术材装载机箱型结构大臂，其计算结果与整机实测结果是一致的。剑，也一、前言木材装载机在农林、水利、矿山、码头等工程中被广泛采用。它是一种工作效率高、经济效益大的工程机械。但由于木材装载机的工作对象介质多样，工况多变，外荷载复杂

2、，特别是在林区自然环境影响下运行作业时，其工作装置大臂常常在满负荷下承受随机变化的很大的冲击荷载，使犬臂应力长期处在高应力低循环状态。在大臂的高应力区往往会出现疲劳裂纹，降低使用寿命，影响工程进展。因此，对作为木材装载机关键部件的大节进行强度,分析，是当前国内外工程机械行业十分重要的研究课题之一。大臂的设计计算，通常是采用材料力学方法(常规力学方法)来进行手算，这种计算方法虽然简单，但其计算结果误差很大。因此，在现代设计中一般已采用离散化模型的有限单元法电算，其计算精度远远超过材料力学计算方法。故本项研究亦盖板采用有限单元;去。为了适应各种恶劣工况

3、下的承载能力，木材装载机大臂结构腹按选用了横截面为箱型的结构形式〈图1)。它比单板结构或双板结构在侧向刚度方面和在抗扭方面具有很大的优越性。用有限单元法计算此种结构，一般选用三结点三角形单元，以适应不同的,部位不同厚度的变化。例如图1的腹板和盖板在水平方向时其厚度可以不等，但若用一种单元来模拟腹板和盖板，则它与实际结图1箱型截面构是有差距的。把盖板宽度看作三角形板单元的厚度是不妥的，~93•它与腹板厚度相差很大，而且主、下盖板主要承受拉(庄)0jE盖板当作杆件，看来更符合实际。所以有在有限单元;去计算中采用了三结点三角形单元和杆单元相结合的自散化结

4、构计俨嘀...算模型。计算结果表明，它与实际情况比较接近。根据木材装载机的工作装置结构及其受力情况，起主导作用的仍然是铲、掘和卸的对称荷载。因此，我们任取一侧大臂为分析对象，并按平面问题计算。二、有恨单元法计算困2是大臂结构离散为399个三角形单元、145个杆单元和n=245个结点数的计算模型。将它置于XOy坐标系内，并设A点和B点为钱交座支承。外荷载通过摇臂支承C点和霸抓或铲斗支承D点作用在结点上。针对图1箱型截面的特点，在划分单元时作了如下的处10'C理Eç,.:..同2大臂高散化计算模塑(1)两侧腹板合并为一块平面板，离散为三角形单元，单元的

5、厚度可以随腹板、加强板的厚度的变化而改变，(2)上、下盖板以及在腹板间的加强筋，离散为杆单元，杆截面可随盖板或筋板的截面而变。唱噜抨单元设置在两相邻结点之间，并与三角形单元的一个边重舍。三角形单元与杆单元用结点联系在一起共同工作，其结点位移也是协调一致的。采用矩阵位移法对图2进行计算，首先是单元分析。现在图2中任取一个三角形单元，。三个结点i，j,m的坐标码，Yl(i,j,m轮换)0假定结构在外荷载作用下，单元结点在X轴和y轴方向的位移，即单元结点位移{Ô}a=(UlVlUjVjUIl1vlI1JT那末单元内部任意一点的位移，可借线性插值函数来确定

6、z、防{f}={~}=(NJ{仲式中[N]为2x6阶形函数矩阵。有了单元的位移模式，就可利用几何方程求得单元应变-94一['1(a!(030田。)fy=21AoCI0Cj0CmI{ð}。γ:x:yCIblCjbjCmbm或简写成{ë}=:(BJ{8}。(1)式中[B]一一应变矩阵JL1-一三角形单元面积Jb、c一一结点坐标值差。b::::;::Yj-Ym、~0,j,m轮换)Cì=-Xj十Xm-'在得到应变之后，再利用物理方程，便可导出以结点位移表示应力的关系式a••,,σστzyvA、••fIlli--k--HFnuu-4IOoo-2飞ll'ttt

7、tttl'tJr··EEV'ZYIE、』，咽wateE，''1-J-d〈‘、一-〉/SRUE一-[μ--q、i···JBaa--咽，白id--幅-a··J1iuh飞飞VdVJ或简写成{σ}=(DJ{e}=(D)(BJ{的。(2)式中[D]一-弹性矩阵E-一弹性模量pμ-j白松比。结构图形离散后，由结点来连接。单元之间相互作用由结点力来传递。假设所取出单元的纣点上作用着结点力晴.{R}=(UiV1UjVjUmVm)T则由虚功原理可知:在结点力作用下处于平衡状态的单元体，当发生约束所允许的任意微小虚位移{沪}e时，结点力在虚位移上所作的功等于单元休内的

8、应力在虚应变{E辈}(:::;::(BJ{俨}e)土所作的功。于是单元的虚功方程为({俨}e)T{R}e二({å!梧}e)