摘 要：為防止多級液壓缸在受壓工作中出現(xiàn)失穩(wěn)破壞，基于工程作業(yè)安全的重要性，建立多級液壓缸有限元壓縮桿簡化模型，并通過有限元分析軟件ABAQUS從等截面對壓桿模型進行非線性屈曲分析。

關(guān)鍵詞：壓縮桿;非線性;屈曲分析

0 引 言

大型起豎設(shè)備，在起豎過程中，液壓缸作為支撐部件，將負載從水平位置起升至一定角度的過程里，始終會受到負載的軸向壓力。實際工程中多級液壓缸完全伸出時，其在距離長、受壓大且在軸向力作用下易出現(xiàn)彎曲或失穩(wěn)，從而出現(xiàn)重大的工程安全問題，因此其穩(wěn)定性的研究具有重要的工程實際意義。

1 液壓缸有限元模型的建立

為確定多級液壓缸最大臨界載荷的范圍，防止液壓缸結(jié)構(gòu)失穩(wěn)，引起工程安全事故。本文以對四級液壓缸的實際測量值為參照對液壓缸進行參數(shù)化建模。

考慮到液壓缸在起豎過程中伸出行為緩慢，而且過程中一直承受沿著軸線方向上的軸向力，因此壓桿的邊界條件設(shè)置為底端采用固定約束，頂端施加軸向載荷，其載荷根據(jù)液壓缸工作阻力大小而依據(jù)實際加載。根據(jù)實際液壓缸長度，設(shè)定各級液壓缸長度為1.5m，從而通過改變液壓缸截面半徑來研究臨界載荷的大小。定義的液壓缸的材料屬性為彈性模量為E=210GPa，泊松比μ=0.3，屈服應(yīng)力σ=355Mpa。有限元的單元模型采用B32梁單元，其屬性為三結(jié)點二次空間梁單元。

2 等截面非線性屈曲分析

線性屈曲分析得到臨界載荷的方法便捷，但是結(jié)構(gòu)中若存在初始缺陷或其它非線性會導(dǎo)致結(jié)果存在大的誤差，使得臨界載荷得到的結(jié)果偏大。而非線性屈曲考慮了結(jié)構(gòu)的缺陷問題，從而得到的結(jié)果相比線性方法更精確。通常非線性屈曲分析是基于特征值屈曲分析的結(jié)果作為初始缺陷，通過逐步加載載荷從而得到臨界失穩(wěn)載荷。對非線性分析，利用弧長法比牛頓算法更穩(wěn)定，已經(jīng)成為解決結(jié)構(gòu)非線性問題有力工具。分析中利用弧長法求解臨界載荷。

在線性屈曲分析基礎(chǔ)上，對各級缸以第一階屈曲模態(tài)為基礎(chǔ)，施加1%的初始缺陷，因為初始缺陷不僅影響屈曲臨界載荷大小，且可能會導(dǎo)致完全不同的屈曲方式，進而得到貼近實際情況的臨界載荷。

（1） 一級缸的非線性屈曲分析：

圖1顯示了非線性屈曲分析中弧長法的迭代過程，其優(yōu)點在于整個迭代過程是逐步增加載荷直至發(fā)生屈曲，結(jié)果達到收斂，可通過縱坐標加載載荷的比例與施加載荷的乘積得出臨界載荷大小，其載荷因子類比于線性屈曲中的特征值?？赏ㄟ^比較載荷因子與線性特征值的大小，間接衡量兩種方法的精確度。從圖2的載荷—位移曲線可看出，在載荷施加的前一階段載荷與位移近似成線性，當加載到一定值時位移突然改變而后保持改變后的狀態(tài)，則說明此時施加的載荷為發(fā)生屈曲的臨界載荷。二、三級缸的非線性屈曲分析類似于一級缸的分析。三級缸的非線性屈曲分析如圖3所示：

將各級缸線性分析中一階屈曲特征值和其非線性分析中的載荷因子進行比較，可得經(jīng)過非線性屈曲分析后得到的載荷因子比線性分析得到的特征值小，而且隨著截面半徑的增大。線性與非線性求得的結(jié)果差距越來越大，即非線性分析的結(jié)果越來越精確，從而經(jīng)過非線性分析可以將臨界載荷的大小范圍進一步縮小。

3 結(jié) 論

本文采用有限元方法從等截面非線性屈曲的角度對液壓缸模型進行了研究分析，為工程實際應(yīng)用與運用提供了參考。

參考文獻

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火箭軍士官學(xué)校 姚瑞橋