1000吨试验机机架优化设计分析计算
试验机机架是试验机承载试验样品的基础结构，工程上有严格的刚强度要求。已设计的1000吨试验机要求在1000吨试验载荷下强度满足的同时最大变形不能超过3mm。本文利用ANSYS有限元程序对其进行了静态刚度和强度校核。另外，根据要求，在现有结构分析计算的基础上，对某些结构参数进行了优化设计，达到节约成本的目的。
2 试验机结构及材料参数
试验机机架主要由底座、横梁、立柱组成，底座和横梁由4根立柱连接在一起。其中底座和横梁箱体内由加强筋作支撑。主横梁和主底座厚度320mm，上箱体加强筋厚度110mm，下箱体加强筋厚度110mm，立柱直径280mm。试验机立柱采用45#钢，其余用A3钢焊接。本文计算时采用线弹性材料模型，材料参数选取如下：
弹性模量：210GPa；
泊松比： 0.3；
3 有限元计算
本试验机结构复杂，理论和工程计算都无法对部件复杂的应力状态进行有效分析，因此采用有限元分析的方法对试验机的刚度和强度进行分析。
3.1 计算结构模型
考虑到试验机结构的对称性，建立整个结构的1/4模型。立柱和横梁、立柱底部螺母和底座的下底板都简化为固接。同时底座上的一些小的螺栓孔及横梁框架上的四个Φ200的孔忽略不计。考虑到实际结构中底座下底板不能和底座的加强筋焊接，故建模时下底板与加强筋留了3mm的空隙，即加强筋比实际尺寸小了3mm；同样横梁的加强筋与上盖板也留了3mm的空隙。计算模型如图1所示。
图1 计算模型图和网格划分图
由于采用均质弹性材料，而且总体结构对称，因此在满载荷试验状态下，无论是拉伸试验还是压缩试验，底座与横梁的受力大小相等、方向相反。而且在拉伸试验中，立柱参与变形的长度要比压缩试验的短，所以，拉伸试验中的垂直变形比压缩试验的小，而应力水平相当。因此只要压缩试验状态下结构满足要求即可。
在满载荷压缩试验状态下，底座受向下压力104kN，横梁受向上压力104kN。试验过程中，横梁“耳朵”处还受200吨的横梁锁紧力作用。
3.3 其他计算条件的设定
A．网格划分
根据结构形式，本文采用六面体和四面体两种单元，为了保证有足够的计算精度，在容易产生应力集中的地方进行网格细分[1] ，有限元网格划分如图1所示。
B．载荷条件的施加
施加载荷时，为避免应力集中现象，把满载荷压缩试验状态下的底座和横梁所受104kN拉力或压力转换为节点分布力，施加在底座的圆面上。“耳朵”处所受的力简化成600mm×80mm的矩形面上。
C．约束条件
计算模型中，在立柱和下螺母底面施加垂直方向（Z向）约束，由于1/4对称，在对称面上施加对称约束。
D．求解控制
求解类型为线性、静态求解。
4 计算结果
4.1 原结构的计算结果
按照原结构尺寸进行有限元分析，主要计算结果见表1：
表1原结构的计算结果 
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