钢棒挤压式锚具受力探析.pdfVIP

2004 年 MSC.Software 中国用户论文集 钢棒挤压式锚具的受力分析 郑晓龙 朱万旭 柳州海威姆建筑机械有限公司 钢棒挤压式锚具的受力分析 郑晓龙 朱万旭 （柳州海威姆建筑机械有限公司） 摘 要： 本文介绍钢棒挤压式锚具的设计中采用有限元方法进行计算的过程。 关键词: 挤压 锚具 有限元 一、前言 预应力钢棒可以采取两种方式进行锚固，一种是直接在钢棒的表面进行滚丝，然后在丝 牙上套上螺母进行锚固，由于钢棒的强度很高，这种方式的实现有一定的难度；另一种是在 钢棒的表面套上挤压套，然后末端利用挤压机（见图 1）挤压挤压套，再在挤过以后的套管 上制螺纹，套上螺母进行锚固。 两种锚固方式的锚具都必须达到预应力锚具国标《预应力筋用锚具、夹具和连接器》 GB/T14370-2000 中Ι类锚具的要求，尤其首先必须满足静载试验的要求，即锚固效率系数 要大于等于 95% ，锚具的设计也主要围绕这一指标进行。由于我公司对钢绞线挤压式锚具 已经有一定的研制和设计经验，在此基础之上，着重对第二种即钢棒挤压式锚具进行研制， 而其中的关键是确定挤压套的尺寸。挤压套在被挤过后，经历了完全塑性的过程，其径向的 变形决定了对钢棒握裹力的大小，很难用理论公式计算和校核，此次我公司采用MSC.Patran 及MSC.AFEA 对挤压机挤压挤压套的整个过程进行模拟，并着重观察挤压套的变形状况。 图1 挤压机实物 二、有限元模型的建立 由于挤压套和挤压模两种部件实体结构根据中心轴对称，据此建立平面轴对称几何模型 及有限元模型，两种部件均作为二维单元加入，赋予各部分单元材料特性，按实际工况加上 约束和位移。模型总共有439 个节点，356 个单元。分析模型见图2。 1 图2 有限元模型 三、参数的选取 1、挤压套材质为45 号钢，屈服强度355MPa，弹性模量E 取200Gpa，泊松比ν 取0.3； 挤压模材质为硬质合金yg20c。 2、根据实际工况，给挤压套加上强迫位移。 3、在挤压套和挤压模之间定义接触关系，摩擦系数取0.05。计算中采用大变形理论。 4、不考虑挤压套加工误差。 四、分析结果 图3 从左至右为挤压机挤压挤压套通过挤压模过程中挤压套的径向变形量云图。通过 全过程的模拟，不仅可以观测到挤压套的变形情况，而且可以完全量化挤压套被挤压后的壁 厚和径向位移，根据计算的结果结合工业试验，对挤压套的长度和厚度进行改进。 图3 挤压套各阶段的径向变形量分布云图 2 图4 从左至右为挤压套通过挤压模过程中挤压套的Von-mises 应力分布云图。从图中可 以看出挤压套的绝大部分区域远远超过了材料的屈服极限 355MPa，经历了完全塑性变形的 过程。 图4 挤压套各阶段的Von-mises 应力分布云图 通过以上模型的计算，由于挤压套为均匀厚度，对钢棒均匀的压紧，在试验中发现前 端拉应力较大，造成钢棒在挤压套前端破断，于是将挤压套前端改为带有一定锥度的斜角， 使挤压套对钢棒从前端至后端的握裹力逐步增大，根据这一思路再次建立有限元模型进行计 算，新的模型见图5。 图5 改进后的有限元模型 图6 从左至右为挤压机挤压改进后的挤压套通过挤压模过程中挤压套的径向变形量云 图。从整个过程可以看出，挤压套前端的径向变形量较小，到中间后逐步趋于均匀，到后端 径向变形均匀，从而对钢棒的握裹力形成从前至后逐步增加。根据这一结果进行的产品试制， 效果良好，锚固效率系数达到了国标的要求。 3 图6 改进后的挤压套各阶段的径向变形量分布云图