徐廣生

（信陽市農(nóng)業(yè)機(jī)械化技術(shù)試驗(yàn)推廣站，河南信陽 464000）

據(jù)了解，在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)中會(huì)經(jīng)常遇到空間梁?jiǎn)卧獞?yīng)力的相關(guān)計(jì)算。然而，這一計(jì)算過程是比較復(fù)雜的，尤其是關(guān)于封閉口截面的空間梁?jiǎn)卧獞?yīng)力的計(jì)算，其計(jì)算過程更加繁瑣。因此有必要對(duì)相關(guān)的計(jì)算過程進(jìn)行適當(dāng)?shù)暮?jiǎn)化，以使農(nóng)業(yè)機(jī)械的設(shè)計(jì)工作變得更加簡(jiǎn)便易操作。這對(duì)于農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)工作以及后續(xù)農(nóng)業(yè)事業(yè)的發(fā)展，都具有非常重要的意義。所以，本文將針對(duì)空間薄壁桿系有限元分析在農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用進(jìn)行研究，并且提出一些具有建設(shè)性的意見和對(duì)策。

1 農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)工作當(dāng)中應(yīng)力計(jì)算的原因

在農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)工作當(dāng)中，之所以要對(duì)空間梁?jiǎn)卧膽?yīng)力進(jìn)行計(jì)算，其主要的原因主要有以下幾點(diǎn)。

1.1 應(yīng)力分布比較復(fù)雜

根據(jù)一定的受力分析和研究不難發(fā)現(xiàn)，當(dāng)空間梁?jiǎn)卧哪硞€(gè)截面上受到力的作用時(shí)，其應(yīng)力的分布是非常不均勻的，因此有必要進(jìn)行應(yīng)力的計(jì)算。如果在設(shè)計(jì)過程當(dāng)中，研究的只是力的作用大小以及分布規(guī)律的話，相關(guān)的設(shè)計(jì)人員只需對(duì)桿端的受力情況進(jìn)行分析即可達(dá)到研究目的。另外，由于截面的應(yīng)力分布情況較為復(fù)雜，下一步應(yīng)力的計(jì)算過程也十分繁瑣，甚至還會(huì)出現(xiàn)不收斂的無解情況[1]。

1.2 桿端作用力的求解方法趨于成熟

就現(xiàn)階段來說，國(guó)內(nèi)農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)工作中桿端作用力的求解方法已經(jīng)趨于成熟。因此，在實(shí)際計(jì)算過程當(dāng)中，為了避免遇到非常復(fù)雜的計(jì)算，可以利用已有且成熟的計(jì)算方法。另外，當(dāng)空間薄壁桿系簡(jiǎn)化成桿單元時(shí)，其應(yīng)力的分布和計(jì)算方式與截面有著不可分開的關(guān)系，相關(guān)的設(shè)計(jì)工作人員要注意這一點(diǎn)。

1.3 節(jié)點(diǎn)的應(yīng)力計(jì)算不成立

農(nóng)業(yè)機(jī)械產(chǎn)品在生產(chǎn)加工的過程當(dāng)中，有一些比較特殊的空間薄壁桿系結(jié)構(gòu)是需要進(jìn)行焊接等加工工藝的。在這種情況之下，針對(duì)某些節(jié)點(diǎn)的應(yīng)力計(jì)算非常復(fù)雜，一般在有限元的計(jì)算當(dāng)中，這些節(jié)點(diǎn)應(yīng)力的求解結(jié)果是不收斂的。

1.4 計(jì)算過程比較繁瑣

即便可以進(jìn)行相關(guān)的簡(jiǎn)化工作，但是空間梁?jiǎn)卧孛嫔系膽?yīng)力分布情況復(fù)雜，計(jì)算過程也比較繁瑣[2]。

2 農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)工作中應(yīng)力計(jì)算的方法

一般情況下，空間薄壁桿系結(jié)構(gòu)截面上各節(jié)點(diǎn)的應(yīng)力按如下公式[1]計(jì)算：

式中：{δ}e——單元內(nèi)任意點(diǎn)的應(yīng)力列陣；

δ0——拉壓應(yīng)力；

δb——xoy平面內(nèi)的彎曲應(yīng)力；

δd——xoz平面內(nèi)的彎應(yīng)力；

δτ——扭轉(zhuǎn)應(yīng)力；

[D]——與單元材料有關(guān)的彈性矩陣；

[B]——單元應(yīng)變矩陣；

{ε}e——單元內(nèi)任意點(diǎn)的應(yīng)變列陣。

上述公式計(jì)算的是桿系結(jié)構(gòu)截面上某個(gè)位置的應(yīng)力矩陣，只是單一的計(jì)算結(jié)果。而想要得到整個(gè)截面的應(yīng)力情況，還需要將其疊加累積。在實(shí)際的計(jì)算過程中，可以對(duì)計(jì)算模型結(jié)構(gòu)進(jìn)行適當(dāng)簡(jiǎn)化，運(yùn)用有限元計(jì)算方法求出桿端的應(yīng)力值。再將這一數(shù)值代入上式，即可求出截面的應(yīng)力分布情況。

在前文已經(jīng)提及，那就是封閉截面的應(yīng)力求值是一項(xiàng)比較困難的工作。因此，在實(shí)際的計(jì)算過程當(dāng)中，同樣也需要一定的簡(jiǎn)化操作。單論薄壁的封閉截面來說，約束扭轉(zhuǎn)正應(yīng)力的占據(jù)比例是比較少的，只有3%左右，對(duì)于這一部分的應(yīng)力可以忽略。另外，約束扭轉(zhuǎn)的剪應(yīng)力占據(jù)的比例同樣相對(duì)較小，也可以將其忽略。

3 有限元解算程序的編制

可以利用FORTRAN語言來進(jìn)行有限元的解算程序的編制。但FORTRAN語言編制出來的解算程序的結(jié)構(gòu)比較模塊化，這種模塊化的結(jié)構(gòu)在某種程度上是浪費(fèi)了一定的單元。但是這種“浪費(fèi)”[3]所起到的效果也是比較客觀的，其最重要的作用就是提高了計(jì)算的精度。在農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)的工作中，最重要的一項(xiàng)工作就是保證計(jì)算結(jié)果的精度。因此，相關(guān)的工作人員一定要提升對(duì)于這項(xiàng)工作的認(rèn)知，使得這項(xiàng)工作內(nèi)容能夠得到保證。

4 結(jié)論

本文對(duì)空間薄壁桿系結(jié)構(gòu)有限元分析在農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用進(jìn)行了相關(guān)研究和分析。從文中所述的內(nèi)容可知，當(dāng)前在這項(xiàng)工作還有比較大的進(jìn)步空間。例如，應(yīng)力的分析和計(jì)算過程，以及計(jì)算過程中數(shù)值的計(jì)算精度等。因此，相關(guān)工作人員在后續(xù)的工作過程中要不斷進(jìn)行優(yōu)化和完善，使其能夠?yàn)檫@項(xiàng)工作帶來更多的便利。