基于有限元分析的工程機械結構若干問題淺析

張彩紅，彭良坤，李丹丹

（1.六盤水師范學院，貴州 六盤水 553004；2.六盤水市水城河治理開發有限公司，貴州 六盤水 553000）

0 引言

材料力學［1］也常常用于結構校核中，但是材料力學基本上只研究桿狀構件，如計算桿件的抗拉、彎、扭等強度、剛度，一般直接采用材料力學的截面法進行計算。而在工程機械中，大部分為復雜、不規則的形狀結構，很難簡化，因而只能采用有限元方法進行求解。目前有限元技術廣泛應用于機械制造、石油化工、航空航天等一般的工業和科學研究領域。本文根據一些具體實例，探討了在工程機械結構分析中單元選取問題、軸孔配合處理問題、子結構分析技術的應用。

1 大型機械結構有限元分析單元選取

在工程機械中很多構件為板殼結構（構件的邊長為厚度的5倍以上），適用于力學上的板殼理論［2］范疇。研究數據表明，對于薄板件要取得較為理想的應力分析結果，在厚度方向必須保證足夠多的層數，一些情況下如果體單元層數不夠往往還不如直接采用殼單元效果好。

可以通過一個簡單的例子來對比一下殼單元和體單元的有限元分析結果。采用ANSYS對一500mm×150mm×30mm結構建模，如圖1 所示，分別采用Solid45體單元和Shell63殼單元對其進行分析。

將結構一端自由度全部約束，只施加重力載荷，圖2 ～圖4 分別給出了殼單元分析結果和厚度方向分三層、六層體網格時的有限元分析結果。

重力作用下殼單元分析的最大應力為1.94MPa，最大變形為3.76mm；厚度方向三層體單元分析的最大應力為1.89MPa，最大變形為3.79mm；……