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叉头断裂是轧机主传动系统的较常见事故。由于突然断裂，往往酿成重大设备事故，导致长时问停产，经济损失十分严重。某初轧厂的初轧机是从国外引进的设备，在使用过程中也出现这种事故。为进一步弄清断裂原因，对含裂纹部件进行寿命预测，避免同类事故再次发生，有必要对已经国产化的叉头进行应力有限元分析。
本文选用六面体和三棱柱体三维块单元作为构成叉头的形休。这两种单元配合使用既能保证计算精度，又能较好地适应复杂轮廓表面的几何突变。叉头的几何形状较为复杂，叉n的边缘是应力比较集中的地方，系由一圆台体与圆柱休相贯而构成。为很好地模拟该处的几何变化，保证分析精度，木文使用文献中提出的关于有相贯线形休的网格划分方法划分网格，如图1所示。
叉头与铜滑块接触表而的接触应力分布是极为复杂的。为了避免周期长，成木高的光弹试验测试，木文采用了文献中提出的方法一切线矢量加载法。该法通过将成对的集中力沿切线方向加在周边节点上，实现了对所传递扭矩的等效模拟。
因为在整个叉头与铜汾块相接触的表面应力的分布是不均匀的。所以如果将叉头的这些表而简单地用限制沿其外法线方向的位移处理，显然就不能反映这种实际情况。木文采用边界单元来模拟这种接触。本文的分析着重揭示叉头因强度问题而出现的断裂破坏如果考虑到磨损问题，或者是铜滑块的断裂问题，在此用接触单元更为适合。当然接触问题属于边界的非线性问题，计算时间要成倍增加。考虑到初轧机万向接轴传递扭矩夹角变化幅度较大，偏于安全起见，取夹角变化的最大值=5.820。在加载荷的端面的节点上加限制轴向位移(y方向)的约束，同时在适当的位置限制和方向的位移。
计算扭矩为M=39240Nm，材料的弹性模量E=194GN/m，泊松比0.02。所示计算模型的节点总数为5332，有4592个等参三维等参块单元和106个边界单元。共求解15402个方程。选用通用的微机有限元分析软件，在486/33微机上运行时间为31.6925分钟。经过优化的带宽为913。仅应力和位移的输出结果就占用硬盘空间9901Mb。采用局部最小二乘法把应力从高斯点外推到节点而获得协个节点的确定值。
叉口处应力变化比较复杂，取其一半，表面Mises应力等位线如图所示。应力密集且值大的部分正是与铜漪块接触受力区域。最大主应力如图所示。从叉头的整体变形和应力分布规律可以看出，分析所得出的结果与文献给出的同类叉头有限元分析结果是一致的。这说明本文斯建立的分析模型以及载荷、约束方式是合理的。
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