液壓破碎錘沖擊過程是一個典型的二元沖擊系統(tǒng)，活塞不是直接撞擊工作介質(zhì)，而是通過彈性桿將能量傳遞給工作介質(zhì)。當(dāng)活塞以一定的沖擊末速度撞擊釬尾，并將若干能量以應(yīng)力波形式和一定的波速，由釬柄沿著釬桿向釬頭方向傳播。物理實(shí)質(zhì)是將一長時間作用的力轉(zhuǎn)化為一脈沖力，這一脈沖力可在瞬時提供足夠高的應(yīng)力幅值，用來破碎巖石。釬桿作為能量傳遞的器具，受力狀況尤為惡劣，常出現(xiàn)早期強(qiáng)度不足和疲勞斷裂等不同原因的 失效。

工兵破碎錘
　　本文利用有限元軟件SolidWorks Simulation對一型號釬桿建 立了有限元模型，在對其靜力學(xué)分析的基礎(chǔ)上進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化和疲 勞分析，確定出合理的幾何參數(shù)和壽命周期，設(shè)計的結(jié)果為液壓 錘合理匹配釬桿提供依據(jù)。
   一、結(jié)構(gòu)及工況簡介
　　1.有限元模型
　　靜態(tài)研究階段所關(guān)注的重點(diǎn)是零件所承受的最大應(yīng)力和設(shè)計 安全系數(shù)。在SolidWorks軟件狀態(tài)下，啟動SolidWorks Simulation 程序，建立靜態(tài)研究算例，并設(shè)置結(jié)算器為Direct sparse，按工 況要求添加材質(zhì)、約束及壓力，并進(jìn)行網(wǎng)格化分。為了保證計算的精確度，本文中采用四面體網(wǎng)格，網(wǎng)格的大小為9.449mm，共計
　　50,149個單元。運(yùn)行靜態(tài)分析模塊，獲得釬桿的應(yīng)力、設(shè)計安全 系數(shù)，如圖2所示。由圖2可知釬桿承受最大應(yīng)力為284M P a，小于 材料的屈服強(qiáng)度;設(shè)計最小安全系數(shù)為3.27，滿足設(shè)計要求。
　　2.初始結(jié)構(gòu)
　　釬桿初始結(jié)構(gòu)尺寸如圖l所示，所選用的材料是42Cr Mo，其主要參數(shù)性能為：彈性模量E=212G Pa，泊松比u=0.28，屈服強(qiáng)度σs=930MPa。
　　3.工況及設(shè)計要求
　　
      由于液壓錘的活塞和釬桿都屬于大尺寸結(jié)構(gòu)件，尺寸愈大的構(gòu)件其發(fā)生微裂紋擴(kuò)展的概率愈大，根據(jù)疲勞強(qiáng)度統(tǒng)計理論，在強(qiáng)度校核中應(yīng)考慮尺寸影響系數(shù)，算出當(dāng)量應(yīng)力值。尺寸影響系數(shù)為：式中——構(gòu)件直徑比;n ——材料常數(shù)。考慮尺寸影響的當(dāng)量應(yīng)力值經(jīng)計算
由于釬桿在使用過程中，會出現(xiàn)不同的使用工況，本文只對釬桿在垂直于工作對象的狀態(tài)下進(jìn)行靜力學(xué)分析，所以要求在工作時承受應(yīng)力不得 超過許用應(yīng)力320MPa，安全系數(shù)大于等于3。此外，在滿足強(qiáng)度的前提下，獲得最優(yōu)結(jié)構(gòu)尺寸和重量，以滿足經(jīng)濟(jì)性的設(shè)計要求。