鋼纖維聚合物混凝土機床基礎件靜動態(tài)力學性能及損傷機理研究.pdf

1、本文采用新材料制造靜、動態(tài)性能優(yōu)異的機床基礎件，對提高機床加工精度及機械制造業(yè)整體水平具有重要的理論和實際意義。本文研究了一種新型工程材料——鋼纖維聚合物混凝土(Steel-fiberPolymerConcrete縮寫為SFPC)的靜、動態(tài)力學性能及損傷機理，并將其用于制造機床基礎件，以達到改善機床靜、動態(tài)性能，滿足機床向高精度、重切削和高效率方向發(fā)展的要求。主要研究內容和得出的結論如下： 通過試驗和理論分析的方法，研究了鋼纖維

2、聚合物混凝土組分及各組分配比對其靜動態(tài)力學性能的影響，確定了適于制造機床基礎件的鋼纖維聚合物混凝土的最佳組分配比。 應用復合材料細觀力學理論，對鋼纖維聚合物混凝土的界面形成機理、界面力學行為和纖維增強機理進行了研究，建立了該材料承載時，鋼纖維的拉應力、界面之間的剪應力、界面粘結系數(shù)及鋼纖維聚合物混凝土強度和彈性模量的數(shù)學模型。得出在制備材料時，為提高其力學性能應遵循如下原則：其一，通過控制鋼纖維長徑比，盡量使粘結系數(shù)為1；其二，

3、通過界面粘結強度的提高，使鋼纖維的強度得到充分的發(fā)揮；其三，提高聚合物混凝土(PolymerConcrete縮寫為PC)的強度，研究配制高強度的聚合物混凝土基體；最后，在界面強度能滿足要求的情況下，采用高強度的綱纖維會帶來明顯的效果。 根據損傷力學理論建立了鋼纖維聚合物混凝土抗壓損傷本構方程，并與實驗數(shù)據進行了比較，證明了其正確性。 根據復阻尼理論，采用自由振動實驗方法，研究了鋼纖維對聚合物混凝土阻尼的影響，并對其機理進

4、行了微觀解釋。當鋼纖維含量不多時，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床基礎件的制造工藝流程。與鑄鐵機床基礎件的制造相比，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效處理，因而，采用鋼纖維聚合物混凝土制造機床基礎件的工藝簡單，易實現(xiàn)機械化、自動化進而改善勞動條件，減少環(huán)境污染同時可大量節(jié)省能源，節(jié)約鋼鐵材料。 對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床床身在靜態(tài)力作用下的變形及其對工件加工精度影響進行了分析。結果表明：鋼纖維聚合物混凝土機床基礎件的靜態(tài)性能明顯優(yōu)于聚合物混凝土機床基礎件的靜態(tài)性能。 采用有限元模擬仿真和激振實驗方法，對所研制出的鋼纖維聚合物混凝土車床床身進行了模態(tài)分析和諧響應分析。進一步證明了鋼纖維聚合物混凝土機床基礎件的動態(tài)性能優(yōu)于鑄鐵機床基礎件的動態(tài)性能。 綜上所述，采用鋼纖維聚合物混凝土制造的機床基礎件，具有靜態(tài)性能