关键词：工程机械  机架  有限元

 

一、概述

工程机械机架是一种比较复杂的空间薄壁刚架结构，为了解其结构特征，人们运用多种方法对其进行剖析和研究，但操作起来比较困难，很难达到人们想要的结果。为了提高机架的性能和寿命，人们不断探索研究，试图找到一种简单、准确、快捷的计算方法。利用C语言编写的计算软件使用方便，计算结果准确，于是我们作出了这方面的尝试，使用C语言编写了一种机架有限元计算软件。这种软件功能强大，计算结果令人满意，使用也方便，其运行的硬件要求并不高，可以在PC386以上及其兼容机上运行。

 

二、机架模型的建立

1、数学模型。通常情况下，机架承受着来自多方面的作用力，这些作用力对机架的刚度和强度提出了更高的要求，为了保证整车的最佳性能，在构造空间刚架结构时，人们常常使用薄壁杆件。薄壁杠件在机架中会受到一定的作用力，而该作用力是无法通过截面的中心的。当杆件受到的力超过其承受能力时便会使横截面上产生翘曲变形，翘曲变形又会使得横截面上产生正应力，在一定情况下，正应力会在很多程度上影响机架结构强度。因此，在分析机架的具体受力情况时，有必要考虑翘曲变形的影响。只考虑空间梁单元，忽略约束扭转的翘曲影响，会使得计算结果与实际情况有很大的差距。工程机械机架有限元分析系统不仅考虑了空间梁单元对计算结果可能造成的影响，也考虑了约束扭转问题，从而使得计算结果更加接近实际。

2、力学模型。轮式工程机械机架的结构比较复杂，它由杠件焊接而成。我们可以把这种结构看作是一种力学模型，并且这个模型是由有限个单元通过有限个节点连结而成的。很明显，在受力的条件下，为了使计算结果更具有精确度，需要使任意一个单元与它所对应的实际结构力学特征更加接近。因此，我们在构建模型时，一方面需要尽量体现出整个结构的实际情况；另一方面，需要确保精确度，并且，尽可能采用最简单的结构模式。

 

三、工程机械机架有限元分析系统的编制

工程机械机架有限元分析系统是在对工程机械机架的数学模型和力学模型进行分析的基础上编制的，该系统包括三个子系统，即机架有限元计算系统、机架有限元前后处理系统。该系统具有中英文功能菜单，使用起来简单方便。系统的主框图包括开始、输入原始数据形成数据文件、前处理系统、有限元计算系统、后处理系统、结束。程序主要完成的工作任务有以下几个方面：形成载荷列阵、处理约束条件、计算单元刚度矩阵、对刚度矩阵进行求解、计算结点位移。

 

四、工程机械机架有限元分析系统的分析

就系统结构来看，工程机械机架有限元分析系统包含了完整的前处理系统、后处理系统以及计算系统，这些系统的模块之间的联系则是通过文件形式来进行的，显得比较紧凑和方便。为了让人们更多地了解该系统，我们将进一步介绍该系统的程序编制、前处理功能、后处理功能、菜单、运行环境等几个方面。

1、就程序编制来看，该系统采用了模块化结构进行程序编制，这就使得每个模块不会相互牵连着，具有相对的独立性。这种程序编制方式可以扩大求解的范围，显示出了该系统的灵活性。

2、该系统具有强大的前处理功能，可以输出原始的数据、图形等，查询方便，校正错误也很方便。

3、该系统还具有强大的后处理功能，可以直观地显示和打印计算图形，同时它能够把计算结果存入到文件中，方便以后的查询和调用。

4、该系统操作方便，人们可以在功能菜单的指引下进行自己所需要的操作。

5、该系统求解方程组采用了二维等带宽的高斯消去法，这样既节省了存储空间，又扩大了求解规律。

6、该系统降低了对运行的硬件环境的要求，可以PC386以上及其兼容机上运行。

 

五、工程机械机架有限元分析系统的论证

系统软件编制后，通过试验论证和计算实例，该系统的计算结果比通用的有限元软件更接近实际，更能够增加人们对该系统的满意度。

1、试验论证。为了证明该系统的计算结果的准确性，我们将工程机械机架有限元分析系统的计算结果与电测试验结果进行对比、与MSC系统计算结果进行对比、与有精确解考题的理论解比较，从这些结果的对比之中我们发现，工程机械机架有限元分析系统的计算结果与这些计算结果相当吻合，其计算结果接近实际，令人满意。这表明开发工程机械机架有限元分析系统是正确的。

2、计算实例。众所周知，多用途移动式连续拌和设备主要用于稳定土等各种建筑材料的拌和施工，而作为该设备的主要承载构件之一，机架的刚度和强度直接影响着整机的性能和寿命。目前我国该设备的生产技术落后于发达国家，很大一部分依靠进口。因此，正确描述其力学特征，开发适用于微机上运行的工程机械机架有限元分析系统是提高该设备使用性能和使用寿命的必经阶段。

 

六、结束语

通过机架模型的建立，对工程机械机架有限元分析系统的论证、分析与研究，我们可以总结以下几点。

1、工程机械机架有限元分析系统降低了对运行的硬件环境的要求，实现了工程机械机架的力学特征在微机上的分析和计算，提高了计算准确的，从而也就增加了人们对该系统满意度和认可度。

2、工程机械机架有限元分析系统的前处理系统和后处理系统的功能强大，它们可以检查输入的原始数据的正确与错误，并对数据进行分析，此外，该系统的计算结果还可以通过显示器显示或通过打印机输出。

3、通过将该系统的计算结果与电测试验结果进行对比、与MSC系统计算结果进行对比、与有精确解考题的理论解相比较的实践证明，工程机械机架有限元分析系统是可靠的，是正确的，该系统的开发是成功的。

 

 

参考文献：

[1]汤玉平,方传青,李细平.轮式工程机械后机架强度和变形的有限元分析[J],2010(8)

[2]杨小卫,轮式工程机械机架有限元分析系统[J],筑路机械与施工机械化[J],2000,(17)