0、引言 压缩腔内套筒是生物质液压压块机的关键部件。生物质在挤压成型时，对套筒的破坏最为严重，为了降低损伤，在套筒内安装衬套。实践证明：安装衬套可显著提高套筒的使用寿命，降低生产成本。目前，虽有学者做过相关分析，但没考虑衬套的作用，而是将衬套与套筒作为一个零件进行分析。本文将衬套与套筒作为接触问题进行分析，力求如实反映实际结构的受力情况，以便对套筒结构进行更合理的设计，这对于增加其强度和寿命有着重要意义。 1、空间力学分析 生物质在挤压过程中，因受压缩腔锥形口的作用，沿径向发生塑性变形，并产生垂直于接触面的压力。锥形腔处不同位置发生的径向变形不同，所受压力的大小也不相同，故难以准确测定。由于变形的轴对称性，弹性体只在），方向（轴向）和x方（径向）产生位移。 2、建立有限元模型 2.1 计算模型 鉴于套筒结构的对称性，可将其视为三维轴对称问题。选择y轴为对称轴，X向为套筒半径方向，这样XY平面上的像素绕1，轴旋转3600，即成为轴对称实体。对轴对称实体进行分析时，可以用其截面表示，即将三维问题简化为二维问题求解。根据生产及试验情况，取长50mm、直径66mm的木屑作为研究对象。预压缩腔内径为66mm，套筒外径为100mm，锥形腔长度为40mm。 2.2单元选择和材料特性 因压缩成型过程中主要涉及结构问题，若不考虑摩擦热，可采用ANSYS中的PLANE82板单元。该单元是8节点高阶二维单元，具有塑性、蠕变、辐射膨胀、应力刚度、大变形以及大应变的能力，能较好地模拟生物质压缩过程。采用TARGE169作为目标单元，因CONTA172有3个节点，能进行非线性分析，故选用CONTA172作为接触单元。衬套与套筒接触，虽未发生相对移动，但也需要建立接触对，同样采用TARCE169作目标单元（外部套筒），CONTA172作接触单元（内部衬套）。 采用手动控制网格划分，木屑、衬套和套筒沿x和)，向的单元长度均为2mm，网格划分结果如图3所示。2.3边界条件和载荷施加 在成型构件一端施加固定约束，套筒外部和木屑的左边施加关于y轴的对称约束，同时锯末顶端施加)，向位移。该问题属于大变形问题，故选择SO'LCONTROL中的大变形选项。由于相邻表面间存在接触摩擦，涉及的问题较为复杂，为了便于收敛，求解前做有利于收敛的设置，如使用足够小的时间步长以及设置合适的接触刚度。其中，接触刚度是同时影响计算精度和收敛性的重要参数，本文设置接触刚度值为1.0。 3、有限元计算 3.1有限元基本方程 锯末在挤压时发生弹塑性变形，根据文献弹一塑性理论可得总的应变增量与弹性应变和塑性应变的关系，即 3.2计算结果与分析 1)图4是在0.5T时刻衬套及套筒的接触应力等值线图。此时生物质在应力的作用下，已将整个锥形腔填满。 由图4(a)和图4(b)可清楚地看到，有衬套时结构所受接触应力更为均匀，且接触应力最大值为50. 3MPa，小于无衬套结构的50. 9MPa。这是因为衬套的作用使接触面积增加，从而受力更加均匀；其次，图4(b)的套筒属于厚壁筒，受内壁局部最大应力的限制，使大部分材料得不到充分利用。衬套与套筒的材料以及物理特性不同，同样导致受力以及力的传递有所不同。 2)图5(a)和图5(b)为有衬套时和无衬套时位置相同点生物质所受到的y方向反力与y方向位移关系曲线。对比图5(a)和图5(b)可以看出，有衬套的位移与反力变化曲线的较为平缓，这是因为衬套与套筒的间隙抵消了一部分冲击载衙，起到了缓冲作用。 对比力的最大值还可以看出，有衬套时生物质某点所受最大的力(3 700N)小于无衬套时的同一点所受的最大力(4 100N)。因此可知：锯末在挤压成型时，有衬套时受的力小于无衬套时所受的力，有衬套的能耗较小，这与实际生产试验基本一致。 4、结论 1)分析表明，有衬套结构的应力分布较无衬套结构的均匀，最大应力小于无衬套结构的最大应力。这与试验结果定性一致，且约束部位支反力平衡，说明本文采用的分析方法是可行的。 2)有衬套时，锯末在挤压时比无衬套所受的力更加均匀，并且所受的力要小于无衬套时锯末所受的反力，进而导致前者能耗小与后者，这与生产试验结果基本一致。