0、引言
    壓縮腔內(nèi)套筒是生物質(zhì)液壓壓塊機的關(guān)鍵部件。生物質(zhì)在擠壓成型時，對套筒的破壞最為嚴重，為了降低損傷，在套筒內(nèi)安裝襯套。實踐證明：安裝襯套可顯著提高套筒的使用壽命，降低生產(chǎn)成本。目前，雖有學者做過相關(guān)分析，但沒考慮襯套的作用，而是將襯套與套筒作為一個零件進行分析。本文將襯套與套筒作為接觸問題進行分析，力求如實反映實際結(jié)構(gòu)的受力情況，以便對套筒結(jié)構(gòu)進行更合理的設(shè)計，這對于增加其強度和壽命有著重要意義。
1、空間力學分析
    生物質(zhì)在擠壓過程中，因受壓縮腔錐形口的作用，沿徑向發(fā)生塑性變形，并產(chǎn)生垂直于接觸面的壓力。錐形腔處不同位置發(fā)生的徑向變形不同，所受壓力的大小也不相同，故難以準確測定。由于變形的軸對稱性，彈性體只在），方向（軸向）和x方（徑向）產(chǎn)生位移。
2、建立有限元模型
2.1  計算模型
    鑒于套筒結(jié)構(gòu)的對稱性，可將其視為三維軸對稱問題。選擇y軸為對稱軸，X向為套筒半徑方向，這樣XY平面上的像素繞1，軸旋轉(zhuǎn)3600，即成為軸對稱實體。對軸對稱實體進行分析時，可以用其截面表示，即將三維問題簡化為二維問題求解。根據(jù)生產(chǎn)及試驗情況，取長50mm、直徑66mm的木屑作為研究對象。預(yù)壓縮腔內(nèi)徑為66mm，套筒外徑為100mm，錐形腔長度為40mm。
2.2單元選擇和材料特性
    因壓縮成型過程中主要涉及結(jié)構(gòu)問題，若不考慮摩擦熱，可采用ANSYS中的PLANE82板單元。該單元是8節(jié)點高階二維單元，具有塑性、蠕變、輻射膨脹、應(yīng)力剛度、大變形以及大應(yīng)變的能力，能較好地模擬生物質(zhì)壓縮過程。采用TARGE169作為目標單元，因CONTA172有3個節(jié)點，能進行非線性分析，故選用CONTA172作為接觸單元。襯套與套筒接觸，雖未發(fā)生相對移動，但也需要建立接觸對，同樣采用TARCE169作目標單元（外部套筒），CONTA172作接觸單元（內(nèi)部襯套）。
    采用手動控制網(wǎng)格劃分，木屑、襯套和套筒沿x和)，向的單元長度均為2mm，網(wǎng)格劃分結(jié)果如圖3所示。2.3邊界條件和載荷施加
    在成型構(gòu)件一端施加固定約束，套筒外部和木屑的左邊施加關(guān)于y軸的對稱約束，同時鋸末頂端施加)，向位移。該問題屬于大變形問題，故選擇SO'LCONTROL中的大變形選項。由于相鄰表面間存在接觸摩擦，涉及的問題較為復雜，為了便于收斂，求解前做有利于收斂的設(shè)置，如使用足夠小的時間步長以及設(shè)置合適的接觸剛度。其中，接觸剛度是同時影響計算精度和收斂性的重要參數(shù)，本文設(shè)置接觸剛度值為1.0。
3、有限元計算
3.1有限元基本方程
    鋸末在擠壓時發(fā)生彈塑性變形，根據(jù)文獻彈一塑性理論可得總的應(yīng)變增量與彈性應(yīng)變和塑性應(yīng)變的關(guān)系，即
3.2計算結(jié)果與分析
    1)圖4是在0.5T時刻襯套及套筒的接觸應(yīng)力等值線圖。此時生物質(zhì)在應(yīng)力的作用下，已將整個錐形腔填滿。
    由圖4(a)和圖4(b)可清楚地看到，有襯套時結(jié)構(gòu)所受接觸應(yīng)力更為均勻，且接觸應(yīng)力最大值為50. 3MPa，小于無襯套結(jié)構(gòu)的50. 9MPa。這是因為襯套的作用使接觸面積增加，從而受力更加均勻；其次，圖4(b)的套筒屬于厚壁筒，受內(nèi)壁局部最大應(yīng)力的限制，使大部分材料得不到充分利用。襯套與套筒的材料以及物理特性不同，同樣導致受力以及力的傳遞有所不同。
    2)圖5(a)和圖5(b)為有襯套時和無襯套時位置相同點生物質(zhì)所受到的y方向反力與y方向位移關(guān)系曲線。對比圖5(a)和圖5(b)可以看出，有襯套的位移與反力變化曲線的較為平緩，這是因為襯套與套筒的間隙抵消了一部分沖擊載衙，起到了緩沖作用。
    對比力的最大值還可以看出，有襯套時生物質(zhì)某點所受最大的力(3 700N)小于無襯套時的同一點所受的最大力(4 100N)。因此可知：鋸末在擠壓成型時，有襯套時受的力小于無襯套時所受的力，有襯套的能耗較小，這與實際生產(chǎn)試驗基本一致。
4、結(jié)論
    1)分析表明，有襯套結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分布較無襯套結(jié)構(gòu)的均勻，最大應(yīng)力小于無襯套結(jié)構(gòu)的最大應(yīng)力。這與試驗結(jié)果定性一致，且約束部位支反力平衡，說明本文采用的分析方法是可行的。
    2)有襯套時，鋸末在擠壓時比無襯套所受的力更加均勻，并且所受的力要小于無襯套時鋸末所受的反力，進而導致前者能耗小與后者，這與生產(chǎn)試驗結(jié)果基本一致。