[發明專利]一種考慮混凝土微凸體破碎的機床-基礎結合面接觸剛度計算方法

有效

• 申請號: 201611113852.7
• 申請日: 2016-12-07
• 公開（公告）號: CN106768741B
• 公開（公告）日: 2018-12-07
• 發明（設計）人: 趙永勝;王皓;李偉凱;戚澤華;趙開瑞;陶文秀
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: G01M5/00
• 分類號: G01M5/00
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 沈波

本發明公開了一種考慮混凝土微凸體破碎的機床?基礎結合面接觸剛度計算方法，該方法認為混凝土表面微凸體受較大載荷時會產生破碎現象，原本破碎的微凸體負載由其他未破碎的微凸體承擔，繼續有微凸體產生破碎，如此往復達到一種平衡狀態。首先依據相應混凝土標號的單軸受壓應力?應變曲線，建立混凝土臨界破碎應力和單個微凸體的臨界破碎面積的關系，并獲得單個微凸體臨界變形面積值，基于分形理論分別求出混凝土微凸體在彈性、塑性、破碎變形階段的承載力。采用有限元方法提取不同預緊力下的試件結合面接觸壓強，在此基礎上計算獲得混凝土?鋼結合面接觸剛度，并利用ANSYS進行仿真分析，設計實驗對理論模型進行驗證。

技術領域

本發明屬于機床動力學領域，涉及一種考慮混凝土微凸體破碎的機床-基礎結合面接觸剛度的計算方法，更具體的是考慮混凝土微凸體在不同變形階段載荷迭代的機床-基礎結合面接觸剛度計算方法。

背景技術

在很多行業中，大型動力機械、重型機床應用越來越廣泛，任何一個固定的機床都需要基礎進行可靠的支撐。如圖1所示，基礎通常由混凝土制成，并且與機床地腳相連。由于重型機床有自重大、載荷大等特點，床身、立柱等大尺度構件的工作精度和壽命均直接受地基與基礎的影響，尤其是基礎剛性不足引起的承載變形，嚴重影響機床工作精度及精度保持性。機床-基礎結合面作為重要的連接單元，其接觸特性直接影響著整機的工作精度和壽命。工程實踐中由于未考慮重型機床-基礎相互之間的作用，經常出現尺寸精度無法保證等現象。目前國內外對機床-基礎結合面的研究主要是通過靜力加載測試變形的方式是獲得結合部接觸剛度，針對動力機械開展的重型機床-基礎相互作用體系的數學模型比較少，進一步提出有效的機床-基礎結合面接觸剛度模型對于提高機床工作精度和壽命是非常有必要的。

發明內容

本發明旨在提供一種考慮混凝土微凸體破碎的機床-基礎結合面接觸剛度計算方法，該方法考慮了混凝土微凸體在不同變形階段的承載變化，利用迭代方法將混凝土微凸體在破碎變形階段的承載力反復累加到其他階段，同時接觸剛度累加到平衡狀態，計算得出機床-基礎結合面的總體接觸剛度。

本發明是采用以下技術手段實現的：

1、運用現有混凝土單軸變形的應力-應變曲線預測方程，由混凝土微凸體在不同變形階段的承載力變化，計算得到微凸體由彈性變形轉變到塑性變形的臨界變形面積a_c及塑性變形轉變為破碎變形的臨界變形面積a_u。

2、由分形理論及Hertz接觸理論，分別計算得到混凝土表面微凸體上彈性接觸載荷F_e、塑性接觸載荷F_p以及破碎接觸載荷F_u，根據微凸體橫截面積大小統計學分布函數在不同變形階段的積分相加可以得到結合面總體接觸載荷F_a。

3、針對混凝土表面微凸體受較大載荷時會產生破碎的現象建立混凝土破碎迭代機理，在產生破碎現象時，原本破碎的微凸體負載由其他未破碎的微凸體承擔，繼續有微凸體產生破碎，如此往復達到一種平衡狀態。

4、根據分形理論可以計算得到單個微凸體的接觸剛度，通過單個微凸體剛度與橫截面積大小分布函數相乘積分得到單次迭代的總體剛度，由本發明混凝土破碎迭代機理將接觸剛度進行分層迭代，獲得混凝土-鋼即機床-基礎結合面的總體接觸剛度。

本發明的特點在于考慮了混凝土微凸體的破碎現象，建立并運用混凝土微凸體破碎迭代機理，結合分形理論、Hertz接觸理論提出了機床-基礎結合面接觸剛度的計算方法。本發明提供的方法可為機床-基礎結合面接觸剛度計算提供理論支撐，為提高機床工作精度和壽命提供指導。通過下面的描述并結合附圖說明，本發明會更加清晰，附圖說明用于解釋本發明方法及實施例。

附圖說明

圖1機床-基礎結合面示意圖。

圖2混凝土受壓應力-應變曲線。

圖3結合面接觸示意圖。