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[摘 要]本文运用优化仿真分析手段，对转台建模及赋值，再对需求工况进行有限元分析。通过对调试后的转台在规定的载荷工况下进行应力测试，并将试验结果与有限元分析结果进行对比分析，获得了测点部位较为准确的应力结果值，验证了转台结构有限元分析的有效性。
[关键词]转台；有限元；应力；测试；分析；
中图分类号：TD353.5 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）01-0031-02
1 转台建模阶段
转台结构主要是由两块高腹板钢板和大小箱型加强筋焊接而成。变幅油缸下铰点布置在回转中心前或后，与主立板连接成箱形。变幅集中力通过主立板均匀扩散后作用在转台底板上，转台底板与回转支撑用螺栓连接，回转支撑固定在车架上。起重臂下铰点高置，卷扬机构也高置于转台尾部。在变幅平面内，所吊载荷通过转台、回转支撑传递给车架，使转台产生较大的弯矩，同时卷扬钢丝绳的拉力位置与起重臂可能承受的侧载，转台还应具有抗扭的能力，可见，转台结构是一个大型、受力复杂的空间板梁结构。
在建立转台结构的有限元模型时，为缩小模型计算规模，提高计算效率，将结构中对整体影响不大的地方进行简化，并假定整个结构材质均匀。整个转台模型采用面建模，划分网格时采用四边形壳单元以及退化的三角形壳单元。由于转台底板通过螺栓完全固定在车架上，故将底板进行全约束处理，变幅油缸下铰点、主卷扬、配重连接点均采用RBE2，大臂尾铰点采用RBE3。作用在转台上的载荷主要有变幅下铰点、大臂尾铰点的作用力、卷扬钢丝绳大拉力、配重、转台上其他构件的重力、大臂对转台的侧力矩。建立的转台有限元模型如图1所示。
2 转台有限元分析阶段
一般基本臂最大吊载工况转台受力最大，本次分析使用此工况，各部分受力如表1所示，通过有限元分析得出其应力与位移值，如表2所示：
从图中可以看出，转台的最大等效应力主要集中在与大臂尾铰点接触的部位，在该接触部位应力分布在280～470MPa之间。实际的转台结构在该处为轴套结构，如果将该处作为等厚度的壳单元处理，该处的计算应力将大大下降，而其周围区域应力主要集中在160～280MPa之间。左右立板上的应力分布较为均匀，主要在150MPa以下，整体来看该工况下能够满足转台对强度的要求。
转台中主臂内支撑板最大静挠度为15.9mm，分布范围小，主要的变形发生在左右立板顶部，变形量为5～8.4mm之间。从位移云图上可以看出，水平载荷对转台结构的变形影响较大，在变幅平面内转台整体变形差异不大，但在水平面内有明显差异，可见转台必须有足够的抗扭刚度。
3 实验原理与方案
由于转台结构比较复杂，建立结构有限元模型时，模型中存在一些壳体MPC连接处理以及单元之间接触的设置。为了验证结构有限元建模方法的有效性，有必要对调试后的转台进行应力测试，对比分析有限元结果的有效性。
本测试的原理是将应变片贴在预先选好的测点上，当起重机吊载以后，结构处于受力状态，粘贴在上面的应变片会发生相应变形，其电阻值发生变化，从而使得输出电压发生改变。通过测量此电压变化即可间接测得待测点应力应变变化值。
贴片前使贴片位置处于自然状态，在结构受力分析的基础上初步判断危险应力区及应力均布区，并在两者中选择测点。确定测点后给贴片统一编号。贴片后，检测每一个应变片的电阻是否正常。然后连接电缆并对每根电缆进行统一编号，注意连接电缆必须给电缆留有足够的运动空间。连接数据采集仪器，对数据采集系统进行调零，并对被测对象预先进行三到五次加载、卸载，以消除机械滞后的影响，最后开始采集并按工况加载。加载工况见表1。根据实际经验及有限元仿真结果，确定在转台上共设置12个测点，11号点为转台后斜板拐角处，转台上测点布置状况如图4、5所示。
4 试验结果分析
为了减小实测误差，在该工况下进行两组数据的采集，将试验所得数据经过专业软件处理后，得出转台的实测结果分别如表3所示。
从表3中对比测试值与仿真值可以发现，测试值与仿真值的变化趋势基本一致，总体来看，仿真所得结果要比结构实际受载时大，其中最大偏差点出现在测点12处，偏差达23.75%，最小偏差出现在测点4处，仅为5.85%。还有测点2、测点7的偏差也较小，这是因为这三点的应力方向较单一，采用应变片测试值较为准确。測点12的偏差较大是由于测点处于尾铰点突出的焊缝附近并且在该处焊接有轴套，而在有限元模型中很难将这些工艺特征处理好。虽然测试值与仿真值有一定的偏差，但总体来看转台结构满足强度设计要求，同时也验证了有限元分析方法的有效性。
5 总结
本文运用优化仿真分析手段，对转台建模，对模型网格划分，赋边界条件作用点，对各结构件属性赋值，设置边界条件，再对需求工况进行有限元分析。虽然在局部呈现高应力的集中状况，但从结构总体来看，结构的强度是在允许的范围之内。通过对调试后的转台在规定的载荷工况下进行应力测试，并将试验结果与有限元分析结果进行对比分析，获得了测点部位较为准确的应力结果值，验证了转台结构有限元分析的有效性。
参考文献
[1] 郑森，2008，汽车起重机转台结构参数化建模软件开发.吉林大学.
[2] 刘汉光，2008.汽车起重机车架作业载荷模拟试验.建筑机械，2008（09）.
[3] 李刚，曹茹，王晓东，2008.轮式起重机转台设计计算.甘肃科技，2008年11月.
[4] 周焕林，2006.MSC.PATRAN & MSC.NASTRAN入门和实例. 合肥工业大学出版社.
[关键词]转台；有限元；应力；测试；分析；
中图分类号：TD353.5 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）01-0031-02
1 转台建模阶段
转台结构主要是由两块高腹板钢板和大小箱型加强筋焊接而成。变幅油缸下铰点布置在回转中心前或后，与主立板连接成箱形。变幅集中力通过主立板均匀扩散后作用在转台底板上，转台底板与回转支撑用螺栓连接，回转支撑固定在车架上。起重臂下铰点高置，卷扬机构也高置于转台尾部。在变幅平面内，所吊载荷通过转台、回转支撑传递给车架，使转台产生较大的弯矩，同时卷扬钢丝绳的拉力位置与起重臂可能承受的侧载，转台还应具有抗扭的能力，可见，转台结构是一个大型、受力复杂的空间板梁结构。
在建立转台结构的有限元模型时，为缩小模型计算规模，提高计算效率，将结构中对整体影响不大的地方进行简化，并假定整个结构材质均匀。整个转台模型采用面建模，划分网格时采用四边形壳单元以及退化的三角形壳单元。由于转台底板通过螺栓完全固定在车架上，故将底板进行全约束处理，变幅油缸下铰点、主卷扬、配重连接点均采用RBE2，大臂尾铰点采用RBE3。作用在转台上的载荷主要有变幅下铰点、大臂尾铰点的作用力、卷扬钢丝绳大拉力、配重、转台上其他构件的重力、大臂对转台的侧力矩。建立的转台有限元模型如图1所示。
2 转台有限元分析阶段
一般基本臂最大吊载工况转台受力最大，本次分析使用此工况，各部分受力如表1所示，通过有限元分析得出其应力与位移值，如表2所示：
从图中可以看出，转台的最大等效应力主要集中在与大臂尾铰点接触的部位，在该接触部位应力分布在280～470MPa之间。实际的转台结构在该处为轴套结构，如果将该处作为等厚度的壳单元处理，该处的计算应力将大大下降，而其周围区域应力主要集中在160～280MPa之间。左右立板上的应力分布较为均匀，主要在150MPa以下，整体来看该工况下能够满足转台对强度的要求。
转台中主臂内支撑板最大静挠度为15.9mm，分布范围小，主要的变形发生在左右立板顶部，变形量为5～8.4mm之间。从位移云图上可以看出，水平载荷对转台结构的变形影响较大，在变幅平面内转台整体变形差异不大，但在水平面内有明显差异，可见转台必须有足够的抗扭刚度。
3 实验原理与方案
由于转台结构比较复杂，建立结构有限元模型时，模型中存在一些壳体MPC连接处理以及单元之间接触的设置。为了验证结构有限元建模方法的有效性，有必要对调试后的转台进行应力测试，对比分析有限元结果的有效性。
本测试的原理是将应变片贴在预先选好的测点上，当起重机吊载以后，结构处于受力状态，粘贴在上面的应变片会发生相应变形，其电阻值发生变化，从而使得输出电压发生改变。通过测量此电压变化即可间接测得待测点应力应变变化值。
贴片前使贴片位置处于自然状态，在结构受力分析的基础上初步判断危险应力区及应力均布区，并在两者中选择测点。确定测点后给贴片统一编号。贴片后，检测每一个应变片的电阻是否正常。然后连接电缆并对每根电缆进行统一编号，注意连接电缆必须给电缆留有足够的运动空间。连接数据采集仪器，对数据采集系统进行调零，并对被测对象预先进行三到五次加载、卸载，以消除机械滞后的影响，最后开始采集并按工况加载。加载工况见表1。根据实际经验及有限元仿真结果，确定在转台上共设置12个测点，11号点为转台后斜板拐角处，转台上测点布置状况如图4、5所示。
4 试验结果分析
为了减小实测误差，在该工况下进行两组数据的采集，将试验所得数据经过专业软件处理后，得出转台的实测结果分别如表3所示。
从表3中对比测试值与仿真值可以发现，测试值与仿真值的变化趋势基本一致，总体来看，仿真所得结果要比结构实际受载时大，其中最大偏差点出现在测点12处，偏差达23.75%，最小偏差出现在测点4处，仅为5.85%。还有测点2、测点7的偏差也较小，这是因为这三点的应力方向较单一，采用应变片测试值较为准确。測点12的偏差较大是由于测点处于尾铰点突出的焊缝附近并且在该处焊接有轴套，而在有限元模型中很难将这些工艺特征处理好。虽然测试值与仿真值有一定的偏差，但总体来看转台结构满足强度设计要求，同时也验证了有限元分析方法的有效性。
5 总结
本文运用优化仿真分析手段，对转台建模，对模型网格划分，赋边界条件作用点，对各结构件属性赋值，设置边界条件，再对需求工况进行有限元分析。虽然在局部呈现高应力的集中状况，但从结构总体来看，结构的强度是在允许的范围之内。通过对调试后的转台在规定的载荷工况下进行应力测试，并将试验结果与有限元分析结果进行对比分析，获得了测点部位较为准确的应力结果值，验证了转台结构有限元分析的有效性。
参考文献
[1] 郑森，2008，汽车起重机转台结构参数化建模软件开发.吉林大学.
[2] 刘汉光，2008.汽车起重机车架作业载荷模拟试验.建筑机械，2008（09）.
[3] 李刚，曹茹，王晓东，2008.轮式起重机转台设计计算.甘肃科技，2008年11月.
[4] 周焕林，2006.MSC.PATRAN & MSC.NASTRAN入门和实例. 合肥工业大学出版社.