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在支架設(shè)計(jì)中，通常是把載荷簡(jiǎn)化到支架的縱向?qū)ΨQ平面內(nèi)進(jìn)行強(qiáng)度分析，近來(lái)還提出了一些純扭轉(zhuǎn)應(yīng)力分析方法。這些計(jì)算方法都沒(méi)有綜合考慮各種性質(zhì)的力對(duì)支架結(jié)構(gòu)件強(qiáng)度的影響，根據(jù)我國(guó)型式試驗(yàn)規(guī)范支架各構(gòu)件的受載形式多為彎扭組合作用，例如頂梁(底座)的扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)，其結(jié)構(gòu)件截面上存在著不通過(guò)剪切中心的外力，這個(gè)截面上既存在著彎矩，又存在著剪力和扭矩。所以說(shuō)尋求支架結(jié)構(gòu)件彎扭組合計(jì)算方法，對(duì)于合理進(jìn)行支架強(qiáng)度CAE分析有著重要的意義。
本文首先把彈性結(jié)構(gòu)力學(xué)引入支架結(jié)構(gòu)計(jì)算中，提出支架結(jié)構(gòu)件彎扭組合應(yīng)力分析方法，這種方法并不需要分別求各種外力引起的剪力流，而是組合一次求解，既簡(jiǎn)化了計(jì)算，又有利于提高計(jì)算精度。本文作了實(shí)例計(jì)算，并與型式試驗(yàn)值作了對(duì)比，說(shuō)明這種彎扭組合應(yīng)力分析方法是比較有效而可靠的方法，且便于工程技術(shù)人員掌握應(yīng)用。
液壓支架的主要結(jié)構(gòu)件頂梁、掩護(hù)梁、連桿都可以簡(jiǎn)化為多室薄壁構(gòu)件，剪應(yīng)力沿壁厚方向均勻分布。
計(jì)算閉口薄壁截面由軸向力、彎矩所產(chǎn)生的正應(yīng)力與直梁正應(yīng)力計(jì)算沒(méi)有什么差別，可以根據(jù)彈性力學(xué)直梁正應(yīng)力計(jì)算方法計(jì)算，
事實(shí)上支架結(jié)構(gòu)件的受載多為彎扭組合，人們只關(guān)心兩者的合成應(yīng)力，而對(duì)剪力和扭矩分別產(chǎn)生的剪應(yīng)力并不太關(guān)心，為此有必要對(duì)上面的理論加以推廣，從而列一次方程組即可求得彎、扭組合作用時(shí)壁上產(chǎn)生的剪應(yīng)力。
可以把薄壁截面上任意點(diǎn)的剪力流，視為因扭轉(zhuǎn)產(chǎn)生的剪力流與因彎曲產(chǎn)生的剪力流之和，同樣可以把因彎曲產(chǎn)生的剪力流按照視作常值剪力流v，與開(kāi)口管剪力流q之和。
用彎扭組合法計(jì)算剪力流并不需要確定剪切中心，也不需要分別計(jì)算彎、扭外力產(chǎn)生的剪力流，而分別求解，最后疊加，而使問(wèn)題變得復(fù)雜化。本文所提出的方法，只需列一次線性方程組，就可解出彎扭組合作用下的總剪力流，而用疊加也變得簡(jiǎn)單化，可以說(shuō)這種方法對(duì)計(jì)算彎扭組合作用下的剪力流簡(jiǎn)單易行。
以上說(shuō)明了液壓支架結(jié)構(gòu)件在各種類型載荷作用下的應(yīng)力分析方法，其正應(yīng)力的計(jì)算和剪應(yīng)力的計(jì)算可以視其外載情況選擇計(jì)算方法，既可組合計(jì)算，也可分別計(jì)算。
為了說(shuō)明液壓支架結(jié)構(gòu)件在軸向力、剪力、彎矩、扭矩共同作用下的應(yīng)力分析方法，下面以PLZ600支架的頂梁扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)為例說(shuō)明這種方法的具體運(yùn)用，為了說(shuō)明這種方法的正確性并與實(shí)測(cè)應(yīng)力值進(jìn)行了對(duì)比。
前柱壓力為40 MPa，后柱壓力為37 MPa(實(shí)驗(yàn)狀態(tài))處于頂梁扭轉(zhuǎn)狀態(tài)下進(jìn)行受力分析，取兩立柱之間的中間斷面(斷面尺寸如圖所示)作為計(jì)算截面，其外力向截面中心簡(jiǎn)化。
在以上的分析中為了簡(jiǎn)化計(jì)算，而略去了頂梁的橫向彎曲，并且在理論分析中并未考慮扭轉(zhuǎn)約束，可見(jiàn)在支架強(qiáng)度分析中合成正應(yīng)力仍與實(shí)驗(yàn)值很接近，特別是計(jì)算出的最大剪應(yīng)力的值與實(shí)驗(yàn)值的誤差在5%以內(nèi)，可以說(shuō)這種彎扭組合計(jì)算方法得到了最大剪應(yīng)力的精確值。這個(gè)計(jì)算方法可以運(yùn)用于支架的其它部件計(jì)算。
經(jīng)過(guò)實(shí)例計(jì)算說(shuō)明了本文所述的液壓支架結(jié)構(gòu)件彎扭組合有限元分析方法的具體應(yīng)用的全部過(guò)程，其計(jì)算值與實(shí)驗(yàn)值的對(duì)比可以說(shuō)本文所述的方法給出了液壓支架結(jié)構(gòu)件彎扭組合計(jì)算的簡(jiǎn)單而有效的方法。特別是對(duì)于支架的抗扭計(jì)算和按最大剪應(yīng)力進(jìn)行支架結(jié)構(gòu)件的設(shè)計(jì)，彎扭組合計(jì)算法是同一種可靠的方法。
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