平推对夹式电液伺服试验机主机结构有限元分析

　　1　引　言

　　平推对夹式电液伺服试验机是检测金属和非金属材料物理性能的主要设备之一，主要用来进行金属材料的拉伸试验。主机是试验机工作的执行元件，是直接影响试验机工作性能和试验数据准确性的关键组成部分。所以，对在试验过程中的试验机主机进行有限元静态和瞬时动态分析非常必要。本文以1000kN平推对夹式电液伺服试验机主机为例，利用ANSYS软件进行静态及瞬时动态有限元分析。

　　2　主机框架结构

　　主机由底座和油缸座及四立柱构成下置试验空间，采用双作用伺服油缸上置结构，下钳口座通过负荷传感器与主机底座相连，上钳口座与伺服油缸活塞杆相连接，通过活塞杆的升降带动上钳口座上下移动来调整试验空间和施加试验力。主机主要由底座、立柱、传感器、下钳口座、上钳口座、连接盘、油缸座和主油缸组成，见图1。

　　3　试验机拉伸过程中的力学问题

　　试验过程中主机的四立柱受到轴向压力大，因此对立柱进行轴向压力稳定性分析必不可少。在试件被拉断瞬间，试验机受到瞬时剧烈冲击载荷而持续振动，故动态分析亦非常必要。因此，将研究的内容总结为如下两个方面。

　　(1)静力分析，对主机四立柱稳定性进行分析，采用简化模型。

　　(2)冲击力学分析，试件拉断瞬间卸载对主机的冲击作用。

　　4　分析方法

　　立柱承受轴向压力作用，根据材料力学中的欧拉压杆稳定公式，由相应的边界条件计算出临界屈曲作用力。由于主机具有对称性，故每根立柱受1/4载荷。如果每根立柱临界屈曲作用力大于其实际受到的轴向作用力，则满足稳定性条件。

　　试件被拉断后，载荷突然消失，主机受到两处冲击载荷作用，分别是液压冲击载荷和下钳口座的竖向拉载荷，由于作用时间很短，采用显示动力学计算。

　　5　Ansys模拟分析

　　5.1　模型的简化

　　试验机整体建模比较复杂，涉及多处接触问题，给后续计算带来难度。据分析可知，试验机受到的作用载荷多为内力，可相互作用而平衡。由力学原理可知，将试验机主机整体进行分解，将关心的部分隔离出来单独分析，可大大简化计算的复杂性。

　　活塞杆和液压缸之间的载荷传递通过液压油实现，上钳口座和下钳口座相互作用通过拉伸试件时实现，故活塞杆和上钳口座作为相对独立的部分与其他部件隔离，并以等效外力载荷加载在主机上。下钳口座受到的外力载荷是自重和试验过程中的拉伸力。

　　静力学分析时，试验机主机承受的内力自身平衡，由于重力作用竖向没有位移，同时因摩擦力约束，水平方向位移也为零，所以设定底座下表面的3个方向位移为零。试件拉断后，在冲击力作用下，主机的应变能被瞬间释放，主机将向上运动，所以不能约束底座下表面的位移。将底座和地面处理为接触对。