[發(fā)明專利]一種考慮徐變效應(yīng)的重型機(jī)床基礎(chǔ)沉降變形計(jì)算方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110877688.1
• 申請(qǐng)日: 2021-08-01
• 公開（公告）號(hào): CN113722948B
• 公開（公告）日: 2023-04-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張建濤;劉志峰;姜?jiǎng)P;蘇賀旺;楊聰彬;趙永勝
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F30/23
• 分類號(hào): G06F30/23
• 代理公司: 北京思海天達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11203
• 代理人: 沈波

本發(fā)明公開了一種考慮徐變效應(yīng)的重型機(jī)床基礎(chǔ)沉降變形計(jì)算方法，該方法在空間域上，對(duì)機(jī)床基礎(chǔ)的水平方向進(jìn)行稠密和稀疏兩種方式的加筋，基礎(chǔ)縱向布筋方式可采用均勻布筋和非均勻布筋，依據(jù)布筋方式建立基礎(chǔ)的有限元求解模型。在時(shí)域上，基于齡期調(diào)整的有效模量法，引入鋼筋效應(yīng)的調(diào)整系數(shù)，應(yīng)用有限元平衡方程求解，將計(jì)算的徐變值和彈性變形疊加得到考慮徐變效應(yīng)的基礎(chǔ)沉降變形值。本發(fā)明為重型數(shù)控機(jī)床混凝土基礎(chǔ)沉降變形提供了理論計(jì)算方法，能通過Matlab計(jì)算得到變形值，可以為重型機(jī)床加工誤差補(bǔ)償工作具有一定的工程意義，也可依據(jù)得到的沉降變形局部最大值，反推針對(duì)重型機(jī)床更為合適的基礎(chǔ)布筋方式，為機(jī)床基礎(chǔ)設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于重型機(jī)床基礎(chǔ)沉降計(jì)算技術(shù)領(lǐng)域，基于有限元平衡方程計(jì)算機(jī)床基礎(chǔ)沉降變形。

背景技術(shù)

混凝土徐變特性是建工領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。由于混凝土基礎(chǔ)在上層結(jié)構(gòu)的長時(shí)間作用下，產(chǎn)生一定的沉降，這一沉降變形反作用在基礎(chǔ)上的建筑結(jié)構(gòu)時(shí)，將對(duì)建筑的安全質(zhì)量造成不利的影響。混凝土徐變特性不僅僅存在于建工領(lǐng)域，在機(jī)械領(lǐng)域也是不可忽略的。具有大自重、大尺度特點(diǎn)的重型數(shù)控機(jī)床對(duì)混凝土基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)有著較高的要求，基礎(chǔ)發(fā)生微小的沉降變形，傳遞到機(jī)床刀尖點(diǎn)，就會(huì)對(duì)機(jī)床的加工精度產(chǎn)生較大的影響。因此，計(jì)算得到基礎(chǔ)的沉降變形，進(jìn)而可以通過后續(xù)方法得到基礎(chǔ)的沉降變形映射到機(jī)床刀尖點(diǎn)的情況，為機(jī)床精度調(diào)節(jié)提供理論依據(jù)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的核心是根據(jù)重型機(jī)床加工特點(diǎn)，在空間域上對(duì)機(jī)床混凝土基礎(chǔ)進(jìn)行合理的布筋處理，建立重型數(shù)控機(jī)床混凝土基礎(chǔ)復(fù)合材料的等效彈性模量的計(jì)算公式；在此基礎(chǔ)上，針對(duì)機(jī)床基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，用8節(jié)點(diǎn)6面體基本單元?jiǎng)澐只A(chǔ)，建立基礎(chǔ)有限元模型，組建整體剛度矩陣，建立平衡方程，求出單元節(jié)點(diǎn)位移，得到基礎(chǔ)彈性階段的沉降變形。在時(shí)域上，基于混凝土徐變理論中的基于齡期調(diào)整的有效模量法，引入鋼筋徐變效應(yīng)調(diào)整系數(shù)，計(jì)算出不同時(shí)間段的有效彈性模量，代替有限元模型中整體剛度矩陣的彈性模量，可計(jì)算出混凝土基礎(chǔ)由徐變效應(yīng)引起的沉降變形，二者疊加即可得到一定徐變時(shí)間下的基礎(chǔ)沉降變形值。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明建立了混凝土基礎(chǔ)的有限元模型，提出了一種考慮徐變效應(yīng)的重型機(jī)床基礎(chǔ)沉降變形計(jì)算方法，包括如下步驟：

步驟(1)：機(jī)床混凝土基礎(chǔ)是多層片狀加筋層構(gòu)成。基礎(chǔ)復(fù)合材料的等效彈性模量的計(jì)算公式為：

E_x＝E_1xλ_p+E_fλ_s

E_y＝E_z＝E_1zλ_p+E_fλ_s

式中：E_x——加筋混凝土基礎(chǔ)x方向彈性模量；E_1x——單層加筋層x方向彈性模量

E_y——加筋混凝土基礎(chǔ)y方向彈性模量；E_1y——單層加筋層y方向彈性模量E_z——加筋混凝土基礎(chǔ)z方向彈性模量；E_1z——單層加筋層z方向彈性模量

λ_p——所有筋層占材料比例，

λ_s——素混凝土層占材料比例，

l、w、h分別為基礎(chǔ)的長、寬和高；ρ_fρ_m分別為素混凝土的密度和鋼筋密度；r表示鋼筋截面半徑；n₁、n₂、n₃表示x、y、z方向鋼筋的個(gè)數(shù)。

機(jī)床基礎(chǔ)的橫向x軸在機(jī)床的經(jīng)常加工位置采用稠密式布筋，兩端位置采用相對(duì)稀疏的方式作布筋處理；機(jī)床基礎(chǔ)的縱向z軸采用均勻布筋或非均勻布筋方式。