0、引言
壓縮腔內套筒是生物質液壓壓塊機的關鍵部件。生物質在擠壓成型時，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，降低生產成本。目前，雖有學者做過相關分析，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構的受力情況，以便對套筒結構進行更合理的設計，這對于增加其強度和壽命有著重要意義。
1、空間力學分析
生物質在擠壓過程中，因受壓縮腔錐形口的作用，沿徑向發生塑性變形，并產生垂直于接觸面的壓力。錐形腔處不同位置發生的徑向變形不同，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）產生位移。
2、建立有限元模型
2.1 計算模型
鑒于套筒結構的對稱性，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。根據生產及試驗情況，取長50mm、直徑66mm的木屑作為研究對象。預壓縮腔內徑為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構問題，若不考慮摩擦熱，可采用ANSYS中的PLANE82板單元。該單元是8節點高階二維單元，具有塑性、蠕變、輻射膨脹、應力剛度、大變形以及大應變的能力，能較好地模擬生物質壓縮過程。采用TARGE169作為目標單元，因CONTA172有3個節點，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（內部襯套）。
采用手動控制網格劃分，木屑、襯套和套筒沿x和)，向的單元長度均為2mm，網格劃分結果如圖3所示。2.3邊界條件和載荷施加
在成型構件一端施加固定約束，套筒外部和木屑的左邊施加關于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置，如使用足夠小的時間步長以及設置合適的接觸剛度。其中，接觸剛度是同時影響計算精度和收斂性的重要參數，本文設置接觸剛度值為1.0。
3、有限元計算
3.1有限元基本方程
鋸末在擠壓時發生彈塑性變形，根據文獻彈一塑性理論可得總的應變增量與彈性應變和塑性應變的關系，即
3.2計算結果與分析
1)圖4是在0.5T時刻襯套及套筒的接觸應力等值線圖。此時生物質在應力的作用下，已將整個錐形腔填滿。
由圖4(a)和圖4(b)可清楚地看到，有襯套時結構所受接觸應力更為均勻，且接觸應力最大值為50. 3MPa，小于無襯套結構的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，受內壁局部最大應力的限制，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所受到的y方向反力與y方向位移關系曲線。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，這與實際生產試驗基本一致。
4、結論
1)分析表明，有襯套結構的應力分布較無襯套結構的均勻，最大應力小于無襯套結構的最大應力。這與試驗結果定性一致，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，這與生產試驗結果基本一致。
