鋼纖維聚合物混凝土機(jī)床基礎(chǔ)件靜動(dòng)態(tài)力學(xué)性能及損傷機(jī)理研究.pdf

1、本文采用新材料制造靜、動(dòng)態(tài)性能優(yōu)異的機(jī)床基礎(chǔ)件，對(duì)提高機(jī)床加工精度及機(jī)械制造業(yè)整體水平具有重要的理論和實(shí)際意義。本文研究了一種新型工程材料——鋼纖維聚合物混凝土(Steel-fiberPolymerConcrete縮寫(xiě)為SFPC)的靜、動(dòng)態(tài)力學(xué)性能及損傷機(jī)理，并將其用于制造機(jī)床基礎(chǔ)件，以達(dá)到改善機(jī)床靜、動(dòng)態(tài)性能，滿(mǎn)足機(jī)床向高精度、重切削和高效率方向發(fā)展的要求。主要研究?jī)?nèi)容和得出的結(jié)論如下： 通過(guò)試驗(yàn)和理論分析的方法，研究了鋼纖維

2、聚合物混凝土組分及各組分配比對(duì)其靜動(dòng)態(tài)力學(xué)性能的影響，確定了適于制造機(jī)床基礎(chǔ)件的鋼纖維聚合物混凝土的最佳組分配比。 應(yīng)用復(fù)合材料細(xì)觀力學(xué)理論，對(duì)鋼纖維聚合物混凝土的界面形成機(jī)理、界面力學(xué)行為和纖維增強(qiáng)機(jī)理進(jìn)行了研究，建立了該材料承載時(shí)，鋼纖維的拉應(yīng)力、界面之間的剪應(yīng)力、界面粘結(jié)系數(shù)及鋼纖維聚合物混凝土強(qiáng)度和彈性模量的數(shù)學(xué)模型。得出在制備材料時(shí)，為提高其力學(xué)性能應(yīng)遵循如下原則：其一，通過(guò)控制鋼纖維長(zhǎng)徑比，盡量使粘結(jié)系數(shù)為1；其二，

3、通過(guò)界面粘結(jié)強(qiáng)度的提高，使鋼纖維的強(qiáng)度得到充分的發(fā)揮；其三，提高聚合物混凝土(PolymerConcrete縮寫(xiě)為PC)的強(qiáng)度，研究配制高強(qiáng)度的聚合物混凝土基體；最后，在界面強(qiáng)度能滿(mǎn)足要求的情況下，采用高強(qiáng)度的綱纖維會(huì)帶來(lái)明顯的效果。 根據(jù)損傷力學(xué)理論建立了鋼纖維聚合物混凝土抗壓損傷本構(gòu)方程，并與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了比較，證明了其正確性。 根據(jù)復(fù)阻尼理論，采用自由振動(dòng)實(shí)驗(yàn)方法，研究了鋼纖維對(duì)聚合物混凝土阻尼的影響，并對(duì)其機(jī)理進(jìn)

4、行了微觀解釋。當(dāng)鋼纖維含量不多時(shí)，鋼纖維聚合物混凝土阻尼可保持甚至高于聚合物混凝土阻尼，約為鑄鐵的7倍。 研究了鋼纖維聚合物混凝土機(jī)床基礎(chǔ)件的制造工藝流程。與鑄鐵機(jī)床基礎(chǔ)件的制造相比，鋼纖維聚合物混凝土材料可在室溫下成型，不需要熔化加熱和時(shí)效處理，因而，采用鋼纖維聚合物混凝土制造機(jī)床基礎(chǔ)件的工藝簡(jiǎn)單，易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、自動(dòng)化進(jìn)而改善勞動(dòng)條件，減少環(huán)境污染同時(shí)可大量節(jié)省能源，節(jié)約鋼鐵材料。 對(duì)相同形狀尺寸的鋼纖維聚合物混凝土和

5、聚合物混凝土兩種不同材料的機(jī)床床身在靜態(tài)力作用下的變形及其對(duì)工件加工精度影響進(jìn)行了分析。結(jié)果表明：鋼纖維聚合物混凝土機(jī)床基礎(chǔ)件的靜態(tài)性能明顯優(yōu)于聚合物混凝土機(jī)床基礎(chǔ)件的靜態(tài)性能。 采用有限元模擬仿真和激振實(shí)驗(yàn)方法，對(duì)所研制出的鋼纖維聚合物混凝土車(chē)床床身進(jìn)行了模態(tài)分析和諧響應(yīng)分析。進(jìn)一步證明了鋼纖維聚合物混凝土機(jī)床基礎(chǔ)件的動(dòng)態(tài)性能優(yōu)于鑄鐵機(jī)床基礎(chǔ)件的動(dòng)態(tài)性能。 綜上所述，采用鋼纖維聚合物混凝土制造的機(jī)床基礎(chǔ)件，具有靜態(tài)性能