液压冲击试验台夹紧机构的有限元分析

　　有限元非线性接触分析技术可以计算出零件间相互作用时接触应力和在考虑摩擦情况下的零件间的剪切滑动行为即摩擦切应力。采用大型通用商业有限元软件A N SY S 9.0，对试验台的夹紧机构即夹紧横梁和导向柱建立三维有限元模型，并对其进行非线性接触分析，从而得出在夹紧液压缸输出最大压力时，夹紧横梁和导向柱间的接触正应力和摩擦切应力，为试验台安全可靠的工作提供了计算依据。

　　1 夹紧机构的结构原理

　　该液压阻尼器综合性能试验台设计为卧式结构，主要组成部分包括首支座、前支座、夹紧横梁、导向柱、平台、直线导轨和夹紧液压缸等，其结构如图1。夹紧机构由夹紧横梁和导向柱组成，是保证试验台安全稳定工作的重要部件。

　　该试验台与一般立式试验台架的夹紧机构不同，是利用夹紧横梁自身结构上的缺口在受外力的作用下产生应变和应力而紧固在导向柱上。试验台工作时，在夹紧液压缸输出压力的作用下，夹紧横梁发生变形，利用夹紧横梁与导向柱之间的摩擦力，使得夹紧横梁紧紧固定在导向柱上。因此，与单个零部件如夹紧横梁、导向柱的应力分析相比，夹紧横梁和导向柱之间的接触分析对试验台架的设计更加重要。

　　2 非线性接触分析

　　接触是典型的状态非线性问题，是一种高度非线性行为。接触分析中存在两大难点[3]:其一，在求解之前，不知道接触区域、表面之间是接触或分开是未知的，表面之间突然接触或突然不接触会导致系统刚度的突然变化;其二，大多数接触问题需要计算摩擦。摩擦是与路径有关的现象，摩擦响应还可能是杂乱的，使问题求解难以收敛。

　　2.1接触类型的确定

　　接触问题分为两种基本类型:刚体一柔体的接触，一般情况下，一种软材料和一种硬材料接触时，问题可以被假定为刚体一柔体的接触，许多金属成形问题归为此类接触。另一类，柔体一柔体的接触是一种更普遍的类型，在这种情况下两个接触体都是变形体(有近似的刚度)。

　　本结构中夹紧横梁选用的材料为Q T500，其弹性模量为1.54x l05JM Pa，泊松比为0.3，屈服极限为320M Pa。由于导向柱比较长，考虑到本身的刚度要求，选用的材料为40C r，其弹性模量为2.11x10}M Pa，泊松比为0.277，屈服极限为860M Pa。两种接触体的硬度相差不大，且都是变形体，因此，夹紧横梁和导向柱间的接触问题确定为柔体一柔体的接触，摩擦系数为0.2。

　　2.2接触单元的选择