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1計算方法的對比分析
1.1應用薄壁桿件理論計算
應用薄壁桿件理論計算機臂的變形與強度分析是比較傳統(tǒng)的方法。由薄壁桿件結構力學的理論，在結構彎曲變形的情況下，橫截面保持為平面的假定仍然成立。當選直角坐標軸y，x為截面形心主軸時，具有多個閉室的薄壁箱形梁的彎曲正應力為彎曲剪應力則由計算靜定剪力流9a及超靜定剪力流q (i=1,2,...,n)得到。
應用上述理論，可以求出機臂在全懸臂工況、跨中吊梁工況下1號柱截面及跨中吊點截面的最大應力值。在吊梁橫移工況下，由于橫向載荷不通過剪切中心，機臂在彎曲的同時產(chǎn)生約束扭轉，如圖約束扭轉的扇性正應力的一般表達式。
事實上，由于彎曲扭轉剪力流由扇性正應力產(chǎn)生，是彎曲扭轉雙力矩M的函數(shù)，而自由扭轉剪力流是自由扭轉力矩T或扭轉率B(x)的函數(shù)，因此，剪力流的數(shù)值必須在求解彎曲扭轉微分方程以后才能計算。
系數(shù)CI...C由邊界條件，連續(xù)條件及平衡條件確定。對于機臂這種特殊的多閉室薄壁結構，代入邊界條件等得到的關于系數(shù)的線性方程組，由于系數(shù)行列式中元素間的差別很大(可以達到10.0，往往使方程出現(xiàn)病態(tài)，結果不可靠。因此，應用薄壁桿件理論直接計算機臂的強度效率比較低，而且精度不高。
1.2應用有限元法計算
考慮到機臂承載時，上下蓋板、腹板、隔板等部分基本上處于平面應力狀態(tài)，因此，可以應用空間膜元進行結構離散。空間膜元的每個節(jié)點有3個平移自由度.由于沿機臂長度方向布置有52塊大隔板以及約208塊耳梁小隔板，由空間膜元離散得到的模型是靜定的，不會出現(xiàn)機構問題。
由于式的形函數(shù)只包含一個二次項，無法精確描述單元受彎狀態(tài)下的位移，因此單元精度不高。當增加NS，N后，位移模式就變?yōu)橥陚涞亩味囗検剑⒎忠淮蔚脩儭�性表達式，較好地表達了單元中的應力梯度，從而可提高單元精度。可以證明、對于矩形單元，Wilson不協(xié)調元有很好的收斂性。
對于分析機臂這樣的箱形結構，使用空間膜單元比通常認為的使用板殼單元的結果要好。在同樣的解題精度條件下，殼單元的網(wǎng)格劃分要更細一些，且由于每個節(jié)點有6個自由度，會大大增加題目的規(guī)模和運算時間。
隨著計算機與大型有限元程序的普及和應用，用有限元分析進行結構分析越來越多地為工程界所重視。此法與薄壁桿件理論計算方法比較，具有精度高、效率高的優(yōu)點，因此，確定用有限元法計算機臂的強度。
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