钢筋混凝土薄板（精选七篇）
钢筋混凝土薄板 篇1
为降低工程施工成本和资源、能源消耗,提高经济效益和社会效益,本研究提出了以高韧性带肋混凝土永久模板作为混凝土结构永久性模板,代替传统混凝土模板,该种模板的原理如图1所示。
1混凝土模板中的预应力筋;2新浇混凝土纵(横)向钢筋; 3新(纵)向钢筋;4混凝土模板;5现浇结构混凝土
本模板的特点及在工程中的适用性主要体现在以下三个方面:1带肋:适应板墙类构件的双向配筋需要,可提高模板自身的强度和刚度,增加模板与新浇混凝土的黏结能力。 2永久性:使用该种模板,待钢筋混凝土施工完毕,达到拆模条件后,拆除模板底支撑即可,混凝土模板在结构混凝土成形前起模板作用,拆模后即是混凝土结构自身组成部分。 3高韧性:在模板本身安装、钢筋安装、混凝土浇筑等施工过程中要承受冲击力,使用高韧性混凝土可改善混凝土模板的抗冲击性能,防止模板在施工过程中由于冲击荷载的作用而破碎。 该种模板研究已取得部分成果[1,2],本研究就是通过在混凝土永久模板中掺加纤维的方法,研究其要解决的关键问题之一 ——— 抗冲击性能。
1试验
1.1试件设计
一般情况下,板类结构保护层厚度为15mm,使用的钢筋多在10mm左右, 故本研究的模板厚度取15mm, 肋高确定为10mm, 模板总厚度 (含肋 )为25mm,所以,试件板厚度为25mm。 模板在施工过程中的搁置间距是按目前使用较多的胶合板模板而确定的,即间距200~250mm,故试验板的长度确定为300mm,试验时的搁置间距为250mm。 为方便试验,板的宽度确定为100mm。
可以用于混凝土中的纤维种类较多[3,4,5],如钢纤维、玻璃纤维、碳纤维、合成纤维等。 玻璃纤维耐碱性较差、性脆,暴露于大气中一段时间后,强度和韧性会有大幅度下降,而本模板较薄,相对表面积较大,故不适合本模板使用。 碳纤维性能好,但成本较高。 合成纤维技术的突破使得其研究与应用取得了实质性的进展, 其中应用较多的有聚丙烯纤维、聚乙烯纤维、聚乙烯醇纤维等。 聚乙烯纤维弹性模量低,所以至今很少使用。 聚乙烯醇纤维(PVA)价廉、 质轻、黏结力高、分散性好、与材料组成的整体性强,有利于土建工程应用。 和工程中常用的合成纤维聚丙烯纤维(PP)相比,PVA纤维亲水、无毒,具有环保效应,弹性模量高,增强效果明显,具有较好的应用价值, 故本试验将PVA纤维选为试验纤维之一。 此外,钢纤维强度高,质量好,在工程应用中也较多,所以,本次研究也将钢纤维作为试验用纤维之一。 为便于探寻最适合本模板使用条件的纤维, 本研究选用了两种不同规格和型号钢纤维和两种不同长度的PVA纤维。试验使用的各种纤维的性能参数及代号见表1。
1.2试件制作
本试验试件混凝土按C30配制,配合比为水∶水泥∶粗砂∶石子=220∶524∶596∶1060。 其中,水为自来水, 水泥为32.5级普通硅酸盐水泥,砂为本地工程中常用的中粗砂,石子为粒径0~10mm的级配碎石。 参照文献[6] 和文献[7],确定PVA纤维掺量为1kg/m3, SS、SL掺量分别为40kg/m3和78kg/m3。
为便于与素混凝土对比,本试验在制作掺纤维混凝土试件的同时,制作了素混凝土试件,所以,试件共分五种,即:无、PVA12、PVA18、SS、SL,每组六个试件。 试件制作完成后在标准养护室下静置2d, 然后编号拆模,再洒水养护至28d。
1.3试验方法及过程
到目前为止,对纤维混凝土抗冲击能力研究较多[8,9,10],但尚未发现适合本研究的纤维混凝土薄板抗弯曲冲击的试验研究,只有文献[11]与本试验要求相似,因此,为符合本研究模板的特点,参照文献 [11],自行设计制作了导杆式冲击试验装置 ,如图2所示。 鉴于本试验的纤维薄板和钢丝网水泥板试件的差异,试验使用的落锤重量为0.85kg,冲击高度为200mm。 试验中,人工将导杆提升至规定的高度 ,然后让其自由落下,对试件形成冲击,记录冲断时的次数冲击。
2试验结果及分析
2.1试验结果及试件破坏形式
从每种试件6个冲击数据中剔除最大值和最小值,将其余4个数据的算术平均值作为评定该组试件冲击韧性的指标,试验结果见表2,试件冲断破坏形态见图3。 通过高倍放大镜拍摄的试件断口处的纤维放大图见图4, 断口处部分混凝土与纤维联接见图5。
2.2试验结果分析
2.2.1抗冲击能力
根据表2的试验数据绘制柱状图如图6。 由表2及图6可知,五种试件抗冲击次数最大、最小和平均值均为SL>SS >PVA18> PVA12>无。 同样厚度的试件,不掺纤维试件的冲击次数均为一次;掺钢纤维试件冲击次数均高于掺PVA纤维试件;长纤维试件均高于短纤维试件。 其主要原因是:1素混凝土为准脆性材料[12],无纤维分散冲击所产生的集中应力和吸收冲击能量, 且初裂后裂缝两侧无纤维跨接,所以,抗冲击力能力差,且一旦试件底面开裂, 整个试件立即断开。 2掺PVA纤维混凝土,纤维和水泥基料紧密地结合在一起,水泥的水化反应比素混凝土彻底,骨料离析减少,混凝土成分更加均匀; 在混凝土硬化过程中,由于纤维数量多(每kg数千万根),阻止了部分微裂缝的产生,也约束了部分微裂缝源的发展,使裂缝尺度变小,并且不至于连通, 也就是说,PVA纤维混凝土的内在质量高于无纤维混凝土;当试件受到冲击时,纤维可以分散由冲击力引起的集中应力,延缓了裂缝的产生;当因冲击产生裂缝时,由于纤维跨接于裂缝两边,纤维混凝土不会发生素混凝土那样的裂缝即脆断现象,而是由于纤维拉断或自混凝土中拔出而产生破坏,从而提高了混凝土的冲击能力。 3由于钢纤维弹性模量大,断面积大(见表1),一般表面都经过处理,虽数量(根数)有限,对微观裂缝约束效果不大,但阻止裂缝开展的能力较强,当冲击累积能量达到一定数值时,随着纤维的拔出,构件才被冲断。 4同种纤维材料,长纤维与混凝土黏结面更大,受力更充分,约束混凝土基体范围更广,当试件受力出现裂缝时可以有效地限制纤维拔出的能力,从而需消耗更多的能量。 因此,本试验中,同种类型的纤维相比,长纤维抗冲击能力都高于短纤维。 同时,由于本试验采用的长钢纤维为压痕(波纹)型,与混凝土黏结力更强[13],所以 ,其平均抗冲击能力与短钢纤维相比 ,提高更大。
2.2.2试验数据的离散性
从表2及图6可知,去掉每种试件冲击次数的最大值和最小值后,18mm PVA、12mm PVA、SS试件的冲击次数最大最小差值均为1次,说明这三类试件纤维在混凝土中分布比较均匀,板制作时质量容易得到保证。 而SL(长钢纤维)试件最大值与最小值之差相差较多,差值为1.33倍,说明该类试件质量不均匀, 其主要原因是在纤维混凝土搅拌过程中, 长钢纤维容易结团,导致混凝土和易性变差,同样拌制的混凝土, 钢纤维分散不均匀, 加之试件高 (厚 )度较小 ,纤维长度较长 ,纤维受约束较大 ,在成形过程中, 纤维难以在振动力作用下趋于均匀分布,所以导致该类试件质量不均匀,试验数据离散性较大。 如果从较高使用保证率角度考虑,掺SS纤维抗冲击次数应选5次,掺SL纤维也只有6次,所以,对于钢纤维来说,选用SS纤维和选用SL纤维的差别并不特别明显。
2.2.3断口处破坏特征
由图3可知,五种试件冲击破坏后的断口形状差别较大,无纤维试件断口比较平整,断口拼接吻合程度较好。 反之,加纤维试件断口吻合程度较差, 且冲击次数越多的试件,其断口吻合程度越差。 原因是无纤维试件由于其冲击次数均为一次,试件开裂即断,断口面基本为沿冲击应力最大面,除断口外,混凝土整体性较好,且由于石子粒径较小,所以断口比较平整。 而加纤维试件,一方面由于纤维乱向分布的特点,使阻裂也是乱向的,增加了裂缝开裂路径的曲折性,另一方面是由于纤维的应力分散作用,在试件受到冲击时,同一根(组)纤维有两条 (甚至多条)裂缝与之相交,两端都与混凝土基体产生滑移,而纤维中间与混凝土黏接较牢,当再受冲击时,已滑移两端的薄弱一端即全部滑出,另一端仍然与混凝土基体连接,当试件断裂时,未滑出端仍与混凝土联接,尚未掉下来(见图5),但可能已不在原来位置,而且这种情况随着冲击次数的增多而越加明显,所以,掺加纤维试件断口处的吻合度比素混凝土试件断口处吻合度差, 且冲击次数越多, 吻合度越差。
2.2.4纤维断裂情况
通过60~100倍放大镜拍摄的12mm PVA纤维混凝土破坏图见图4(b), 18mm PVA纤维混凝土破坏图见图4(c)。 35倍的放大镜拍摄的SS钢纤维混凝土破坏图见图4 (d),SL钢纤维混凝土破坏图见图4(e)。
由图4(b)可见,纤维周围附着有混凝土基体, 纤维长度比较均匀,说明纤维是从混凝土基体中剥离或拔出为主。 由图4(c)可见,纤维长度参差不齐, 其中短纤维较多, 表明大部分纤维是被拉断的,少部分纤维是拔出的,说明PVA抗冲击能力主要取决于纤维的抗拉能力及纤维与混凝土的黏结能力。 由图4(d)和图4(e)可以看出,钢纤维试件较PVA纤维试件的断面破坏形式表现的更加宏观,SS纤维都是从混凝土基体中拔出的,说明其抗冲击能力取决于纤维与混凝土基体的黏结,纤维强度并未充分发挥。 而SL纤维试件虽然已经破坏,但纤维非但没被拉断,且部分纤维尚未拔出,试件并没有断开,说明其抗冲击能力不取决于纤维及纤维与混凝土的黏结,而取决于混凝土本身。
3结论
(1)在混凝土薄板中掺加适量纤维 ,可起到加筋的作用,使其连续性得到明显改善,可提高混凝土薄板抗冲击能力。
(2)PVA纤维和钢纤维对混凝土薄板的抗冲击能力都有提高,但钢纤维比PVA纤维的提高效果更加明显。
(3)纤维的长度对混凝土冲击性能影响明显 , 在一定范围内的同种纤维,长纤维比短纤维抗冲击能力强。
(4)由于钢纤维的成本较高 ,且肋形混凝土模板仅在运输和施工期间可能承受冲击荷载,受冲击次数有限,在制作肋形模板时,还要配置少量细钢筋, 所以, 使用18mm PVA纤维能够满足要求,因此,选用18mm PVA纤维作为肋形混凝土模板用纤维比较合理且经济。
摘要：为了研究高韧性肋形混凝土永久模板性能,制作了同规格的分别掺加四种不同纤维及无纤维混凝土薄板,用于模拟高韧性肋形混凝土模板实际支承条件的抗冲击试验。试验结果表明,掺加纤维的混凝土薄板比无纤维混凝土薄板抗冲击性能有明显提高,能够满足永久性模板在运输和施工过程中可能承受的冲击力影响。
钢筋混凝土薄板 篇2
1小挠度简支矩形薄板横向振动的基本方程
以变形前板的中面为xy平面,以中面一角点为坐标原点,建立直角坐标系(见图1)。
假设挠度方向以坐标轴负向为正。板面作用有面力P(x,y,)(如图1)。设振动时,板的阻尼力为作用于板面的均布力。在长(A)×宽(B)×高(h(x,y))的矩形板中取板微元dx×dy×z=h(x,y),该微元当其初始应力及体力为0(构件分析时体力可设为面力)时,由其内力变化图(同图1)可得到横向载荷下板的动力平衡方程:
式中,c为阻尼系数;ρ为板材密度;W为挠度。
由于小挠度薄板的特点,可按其直法线假设,中面为中心性层假设及σz远小于σx,σy的三个假设来解析弹性力学三维通用方程组(物理方程、几何方程、变形协调方程、平衡方程),将得到动力分析所需的方程式:
式中ν为泊松比。此后,若设板厚变化平缓且平分板厚的中面仍为中面,则有将其并(2)式整理后代入(1)式可得到横向干扰简
支矩形薄板动力分系的基本微分方程式为:
式中,ρ1=h(x,y)×ρ;D=;E为弹性模量。
2小挠度混凝土简支矩形薄板受横向干扰时的挠度函数
设符合简支边界条件的挠度函数:
式中,t为时间;ω、Amn为系数。
将式(4)代入式(3)后设其相关系数可得一特解。利用(4)式解齐次方程由其两个线性无关的实值解得通解。特解与通解之和,即小挠度混凝土简支矩形薄板遇横向干扰时的挠度函数为(混凝土构件阻尼比ξ<1,板按小阻尼振动考虑):
W={sin(ωcr姨1-ξ2t+θ)e(ω1-ω)t+1}1(1+2bξ2+b2ξ2)W静
式中,W静=4AB乙ηy-d2ηy+d2乙ηx+d11ηx-d1ρ1ω2crP(x,y)sinAmπXsin
时(即:由纳维法解得的挠度函数;为板自由振动时的固有频率,由纳维法解得;板的振动频率ω1-ω=-(1+b)ξωcr≥0;阻尼系数C=ξCcr=2ρ1ξωcr(其中:临界阻尼系数Ccr=2ρ1ωcr,阻尼比ξ,θ及b(≥0)为常数,由初值确定);其余见上文。
3振动特征分析
由挠度函数可知,当m=n=1时,振动挠曲线为一正弦半波,其最大弯矩在垮中,最大剪力在挠度为0的支座处。当m=n=2时,挠曲线为一正弦波,最大弯矩在及垮度处,最大剪力则在支座及垮中挠度为0处出现。其余的n,m取值情况类推。
总之,由于w与m、n的取值为反比,因此分析板的工程指标时仅需考虑m=n=1时一阶波形的情况各阶波形示意见图2。
1)振动的衰减
通常情况下,板是由静止开始振动。因此可设t=0时,W=W静。此时,由挠度函数W可解得sinθ=1-ρ1(注:因对结果无影响,为计算方便,令θ取值在至-之间)。将sinθ代入函数W,由初始速度、加速度解W的方程式可得到系数θ与b的函数关系。并由此得出θ与b的值。
而ω1-ω=-ξ(1+b)×ωcr是个小于0的量,因此,当板的密度ρ、固有频率ωcr、阻尼比ξ之中任何一物理量增加时,都将在任一时间隔△t内,引起挠度函数W的分母增加,导致挠度值衰减速度的增加,使板由振动至静止的时间变短。当这些物理量保持不变,即有一个确定的板,一个确定的干扰时,板的振动将仅与时间有关,板振动将仅随时间的增加逐步衰减至静止。
分析挠度函数,可知式为板内任一质点振动波形的控制方程式。该式的周期T=
期及波形曲线(见图3)。
若仅时间改变,因板的振动随时间的增加逐步衰减,因此应存在最大的振动反应时刻(见图3)。由图3分析知:若θ≤0,当时为第一个最大负向动反应峰值的时刻,取中最大动反应正向值的时刻为第一个正向最大动反应峰值时刻。若θ>0,当时为第一个最大正向动反应峰值时刻,取中最大动反应负向值的时刻为第一个负向最大动反应峰值时刻。
将W1、W静代入式(1)式中动荷系数Kdx=σx/σx静(Kdy=σy/σy静与Kdx式相同)将给出式:将最大动反应峰值时刻及系数θ与b代入,可知动力分析大于静力分析的最大倍数。
4结论
动力分析较全面的定量了小挠度混凝土简支矩形薄板受横向干扰时,板振动反应的变化情况。并可对其得出两个重要的观点。
1)板的工程计算可仅取动反应最大时的一阶波形,及中最大负反应值kd所代表的时刻和最大正反应值kd所代表的时刻的振动模态予以控制。在此之后的时间内,因振动的衰减,工程安全的及使用功能的计算可无需考虑。
2)与静力分析相比,动力分析位移值要高出kd倍。因此板的振动,采用静力分析作结构验算时,应对其乘以动荷系数中之最大值以确保板构件的可靠性。
摘要：通过建立混凝土简支矩形小挠度薄板受横向干扰时弹性力学的数理方程,解出方程的挠度函数,以此对其振动波形、波形衰减周期、最大振动反应及其时间等振动特征进行分析,并与静力分析的解比较,阐述了横向干扰混凝土简支矩形等厚薄板工程应用问题的若干基本观点。
关键词：固有频率,阻尼比,动荷系数,弹性力学,动力平衡,小挠度薄板,中面直角坐标系
参考文献
【1】吴家龙.弹性力学[M].上海:同济大学出版社,1993.
【2】中国建筑工业出版社.建筑结构设计规范[S].北京:中国建筑工业出版社,2008.
薄板件磨削方法解析 篇3
板类零件的面积 (长×宽) 与厚度之比大于或等于20时, 称之为薄板件。
2 薄板件分类
薄板件分为方形薄板件、圆形薄板件两种。
3 薄板件的校平方法
一般薄板件在热处理后常出现弯曲或扭曲变形。若变形量较大, 超出工件加工余量 (即留磨量) 范围, 不能直接进行磨削工作, 需进行校平工作, 将变形量控制在加工余量范围内才能进行后续磨削工作。
常见校平方法有热校平、冷校平两种。热校平是通过热处理的方法将工件加热, 当工件处于可塑性较好的温度时进行热压, 然后进行回火处理, 消除校型内应力, 以此来达到校平的目的。冷校平是指不采用热处理加热工件, 通常是将工件放在平台上, 用圆头锤敲打工件的凹凸部位, 敲击时用力不可过大, 敲痕应浅, 不应过深, 要由凹凸部位逐步向周围扩展。校平后应进行回火处理消除内应力。
4 薄板件的装夹及磨削方法
装夹正确, 砂轮修磨锋利, 磨削时冷却充分, 减少磨削接触面及降低磨削热是磨削薄板件的关键。
常见的磨削方法有以下几种:
(1) 垫薄胶皮或薄纸磨削
这种方法适用于磨削各种薄板件。采用薄橡皮或纸填充薄板件及平磨磁力平台之间的空隙, 先磨出一平面度较好的面, 然后以此面为基准放在磨床磁力平台上, 磨削另一面。通过反复在磁力平台上垫、磨, 逐步达到磨削要求。
(2) 松香填充法
用松香将薄板件的一面上的凹面填充修平后放于磨床磁力平台上进行磨削另一面。磨平后将松香清理干净, 再将磨完平面放在磨床磁力平台上用磁力吸附后磨削填充松香面, 反复磨削达到要求。由于粘接磨削时, 工件不受磁力或夹紧力的影响, 不至于产生变形, 磨削后的精度及平面度较高。但采用此方法的准备工作和磨削后的清理工作比较复杂, 时间较长, 通常还需采用酒精进行清理。
(3) 石蜡填充法
此方法与松香填充法相类似, 只是填充介质由松香改为石蜡。用石蜡将薄板件的一面上的凹面填充修平后放于磨床磁力平台上进行磨削另一面。磨平后翻转将磨完平面放在磨床磁力平台上用磁力吸附后磨削填充石蜡面, 反复磨削达到要求。由于石蜡受热后会融化挥发, 因此无需人工将石蜡清理干净。但磨削时需注意磨削量要小, 冷却要充分, 要让石蜡充分挥发后将平面磨平, 然后反复翻转磨削直到达到要求精度及平面度。
(4) 隔磁法磨削
采用薄厚均匀的皮革或毛料等隔磁材料放在薄板件与磨床磁力平台之间, 将薄板件固定好防止磨削时工件松动。磨削时砂轮与薄板件之间的磨削接触面和吃刀量要小, 磨平后翻转几次磨削, 最终达到精度要求。此方法适用于磨削长板类薄板件。
(5) 用减小磁力影响的方法磨削薄板件
a.剩磁法适用于磨削各种薄板件。其方法是先将工件通磁一定时间后, 然后撤磁, 但不移动零件不退磁, 利用磁力平台的剩磁吸附住零件进行磨削加工。由于剩磁的吸力较小, 磨削的吃刀量要小。而采用此方法对于工件的装夹变形及磨削后的恢复变形量均较小。
b.钢板减磁法。采用此方法进行磨削加工, 关键在于选取合适厚度的钢板, 利用钢板具有导磁性的特点, 先将薄板件置于钢板上, 以通磁后从垂直方向取不动零件为准, 然后进行磨削加工。磨削时吃刀量要小防止大面积接触。此方法适用于磨削直径在100mm以内, 精度要求较高的零件, 例如垫圈、片铣刀等。
(6) 在内圆磨床上用夹具磨削环形薄板件
以上均是介绍在平面磨床上磨削薄板件的方法。针对环形装在内圆磨床的磨头卡盘上夹紧, 薄板件在内圆磨床上利用夹具也可以进行磨削加工。具体加工方法是:将夹具再将环形薄板件安装在夹具的安装轴上, 贴紧定位端面。在安装轴轴端开有轴向窄槽, 用锥杆螺钉可以扩张轴端直径将工件夹紧, 然后可用碗型砂轮进行磨削加工。磨削时应找正夹具, 使之与内圆磨头同轴, 夹具定位端面与安装轴轴心线垂直, 使砂轮轴线偏移小角度以此来减小磨削接触面。此方法适用于加工平行度和平面度为0.005mm的环形薄板件。
5 结束语
矩形薄板的混沌运动研究 篇4
关键词：矩形薄板,混沌运动,几何大变形,梅尔尼科夫方法
矩形薄板广泛应用于工程领域,如,飞机、汽车和高速列车等。这种矩形薄板结构受到气流和其他外载荷的作用,发生几何大变形,产生混沌运动等非线性动力学行为,导致矩形薄板结构出现疲劳破坏,产生气动噪声[1]。因此,研究矩形薄板结构在气流作用下的非线性振动行为,具有重要的工程实际应用意义。
最近几十年,许多学者对板壳的气动力问题进行了大量 的研究,得到了很 多有意义 的结论。 Dowell运用势理论和模态展开法研究了薄板的二维亚音速不可压缩气流的气动力模型问题[2]。Dugundji和Dowell应用不可压缩气动力模型从理论和实验两个方面研究了二维简支薄板的稳定性[3]。Amabili等利用Hankel变换计算了圆形板流固耦合问题的固有频率[4]。Tang等研究了亚音速气流作用下考虑结构非线性的二维悬臂板的极限环振动[5]。 Li等利用梅尔尼科夫方法研究了亚音速气流和横向载荷共同作用下二维薄板的混沌运动[6]。周良强等用规范型方法研究了超音速气流中受热壁板的非线性动力学行为[7]。
考虑几何非线性,运用Hamilton原理和线性势理论建立了四边简支矩形薄板的气动力非线性动力学方程,用梅尔尼科夫方法得到了系统存在混沌的必要条件,数值模拟得到了系统的分叉图、相图和庞加莱截面,分析了来流速度和外激励对薄板混沌运动的影响规律。
1薄板的气动力微分方程
考虑图1所示的亚音速气流作用下四边简支矩形薄板,板的长、宽和厚分 别为a、b和h,满足h < < min{ a,b} ; 以板的中面作为x Oy面,建立如图1所示的直角坐标系。考虑几何大变形,运用Hamilton原理,得到矩形薄板的运动微分方程:
式( 1) 中 ρm为矩形薄板的密度; Fcosωt为横向外载荷; c为结构阻尼系数; ΔP为亚音速气动力。
由矩形薄板的四边简支条件,设横向位移为:
式( 2) 中 φm,n( x,y) 为振型,q( t) 为广义坐标。
由线性势理论[2]得到气动压力 ΔP为:
将式( 2) 、式( 3) 代入式( 1) 得常微分方程:
式( 4) 中系数m,c,k,r,f分别为:
式( 5) 中为矩形薄板的刚度。
2混沌运动分析
为了方便,令a1= c / m,a2= k / m,a3= r / m, γ = f / m,则方程式( 4) 转化为:
引进小参数 ε,令a1= εa'1和 γ = εγ',则有:
随着来流速度U∞的增加,a2将由正变负,系统的固有频率将趋于0,系统振动进入不稳定状态[8],a2为0对应的来流速度定义为临界发散速度Ucd。
当U∞> Ucd,a2< 0,式( 7) 对应的未扰系统具有一个鞍点 ( 0,0) 和两个中心。式( 7) 对应的未扰系统的同宿轨为:
扰动系统式( 7) 的稳定流形和不稳定流形的距离可由梅尔尼科夫函数来定义[9,10]:
若梅尔尼科夫函数只有一个简单零点,则扰动系统式( 7) 的庞加莱映射具有奇怪吸引子,有可能出现混沌运动。
令M( t0) = 0,可以得到混沌运动存在的必要条件为:
3数值模拟
选取结构和材料参数为: a = 1. 2 m,b = 1. 0 m,和,来流速度U∞范围为82 ~ 100 m/s。
定义为临界曲面,由混沌存在的必要条件式( 10)得: 对于给定的U∞和 ω,只有当γ /a1在临界曲面之上时,混沌运动才有可能发生; 当γ /a1在临界曲面之下时,矩形薄板处在周期振动状态。
为了验证结论的正确性,选取 γ/a1= 0. 015, ω = 25 rad / s,求得满足必要条件的来流速度范围为U∞∈[82. 21,92. 20 ]。由必要条件知,只有当U∞∈[82. 21,92. 20],混沌运动才可能出现。
图2给出了当 γ/a1= 0. 015,ω = 25 rad / s时, 矩形薄板的中点的横向位移关于U∞的分叉图。由图2可知,周期振动和混沌运动交替出现: 当82. 23 m / s < U∞< 82. 31 m / s和82. 76 m / s < U∞< 83. 47 m / s时,混沌运动出现。
图3给出了当U∞= 83. 01 m / s时矩形薄板在中心点的相图和庞加莱截面,由这些图可知,矩形薄板为混沌运动。
4结论
柔性薄板件装配变形仿真 篇5
关键词：机箱结构,预紧力,ANSYS仿真
1 引言
薄板件是现代工业工程中常见的结构, 比如大小型机箱、飞机机身以及汽车覆盖件等, 其装配精度是反应产品或结构质量的重要指标。薄板件有着重量轻、加工量小及易剪裁等优点, 但是其横向抗弯能力差, 厚度小, 受力时易出现变形等问题也是工程中亟待解决的问题。有研究对铝合金矩形机箱的组装进行改进, 通过选用表面定位方式, 提高其表面及机箱结构的完整性。还有学者分析了薄板件装配时的误差来源, 并采用状态空间法建立了多工位误差传递模型, 以汽车地板薄板件为例, 验证了该方法的有效性。当薄板件采用螺栓连接时, 螺栓预紧力的施加及螺栓的安装顺序都会使得薄板件发生不同的变形。本文通过建立某型号机箱的有限元模型, 并模拟螺栓拧紧过程, 通过仿真计算得到不同的螺栓安装方案对薄板件的变形作用, 并得出使得薄板件变形最小的螺栓安装方案。以仿真结果作为实际安装工程的指导, 有效提高薄板件的螺栓装配精度与可靠性。
2 机箱结构建模
ANSYS软件是一款综合性的有限元分析软件, 其细化为非常多的专业模块。在进行静力学分析时, ansys建模方便, 网格划分准确, 计算结果精确, 操作方便。本文通过对机箱结构进行静力学分析得到因螺栓预紧力造成的机箱薄板件在装配时的表面变形、应力分布等。本文的机箱结构是由铝合金组成, 厚度为3mm, 尺寸为600mm*400mm, 连接方式包括焊接、铆接和螺栓连接, 在机箱每个面的边缘各有4个螺栓。但在建模时为了减少计算量, 忽略焊接点、铆接的集中应力影响。根据实际模型建立仿真模型, 单元类型选择shell, 材料选择铝合金, 密度为2700kg/m3, 屈服强度为72000Gpa, 泊松比为0.3, 划分网格时采用映射网格划分法, 由于shell单元划分网格时比较简单, 可直接在ANSYS软件中meshtool工具栏中设置网格单元大小或单元个数, 并且施加全约束。重力通过设置重力加速度来实现, 重力加速度在defineloads工具栏中设置。螺栓预紧力的施加方法有直接法、降温法和渗透法等, 本文选用降温法。降温法的基本思想是:把初载荷换算成对应的温度载荷加载的螺栓杆上。假定螺栓最初安装的联接件上不产生预紧力, 当螺栓上作用有负的温度载荷 (假定初始温度为0) 其他构件温度不变, 这时螺栓必然收缩, 螺栓必然受到一个拉力阻止其自由收缩, 而被联接件则受到压力作用。通过换算使温度载荷等效于螺栓上施加的初载荷, 便可以模拟预紧力。
3 仿真计算
本文研究机箱某一面的薄板, 在螺栓采取不同的顺序拧紧及不同的螺栓预紧力施加方法时, 薄板的变形情况。设置好各种参数后, 利用ansys中分析计算模块, 进行分析计算, 并在后处理模块中查看仿真结果。查看结果得到当薄板的螺栓同时拧紧时, 薄板的变形位移的均方根值最小, 表面最平整;最大应力为293Mpa, , 最小应力为46Mpa, 均方根值为0.16mm。当螺栓预紧力分为三步加载时, 薄板的变形比一次拧紧螺栓时有明显改善, 其均方根值分别为0.158mm和0.254mm。说明薄板件在使用螺栓装配时, 螺栓的装配方案会影响其表面精度;同时拧紧螺栓及螺栓预紧力分布加载都可以减小薄板的变形。
4 结论
本文通过仿真不同的螺栓分布及螺栓直径的钢板连接变形, 对比实验数据发现:
(1) 在相同的螺栓预紧力施加方法下, 螺栓拧紧顺序会影响薄板件变形, 同时拧紧螺栓变形最小;
(2) 螺栓拧紧顺序相同时, 预紧力分步加载会减小薄板件变形;
(3) 在进行仿真分析时, 薄板件板结构只受到螺栓预紧力和重力的影响, 未考虑热变形与振动, 有待进一步研究。
参考文献
[1]刘玉梅.薄板件切削回弹变形机理及装夹优化方法研究[D].山东:山东大学机电学院, 2012.
[2]唐彬, 魏连峰, 王泽明, 王世忠, 俞德怀.铝合金矩形机箱工装设计及拼接工艺[J].宇航材料工艺, 2013 (03) :134-136.
北新房屋薄板钢骨房屋体系技术 篇6
主体结构,所谓薄板为OSB板,钢骨为高强度镀锌钢骨。OSB,是以环保意义的速生才,间阀才为原料,通过专用设备加工一定规格的刨片,经过干燥、施胶、定向铺装、连续热压成型等工艺制成的高强度结构板材。尺度稳定,线膨胀系数小,坑弯坑剪强度高等等。防火体系的安全性是经过各种层次的质量认证,包括试验,包括减震试验,也包括耐火试验等等,另外可能大家对钢结构住宅的隔声性能会有一些疑问,但是经过我们特殊的构造处理,隔声效果是非常好的,达到了国家规定的标准。
耐久性,镀锌量能够达到每平米270克,这样可以保证住宅,包括钢铁寿命至少达到90年以上。七层结构,先进的保温,隔热技术,先进保温方式,环保节能,杜绝结露,通风间层,远离酷热。可以形成一个热传导的循环,在太阳直射的情况下形成一个环流,这样使住宅的隔热性能大大提高。我们做了一个测试,通过检测外墙的温度比较高,另外我们有专业化的设计队伍,以及现场组装的施工队伍。
咱们国家主要是以砖混结构为主,砖混结构可能有一些缺点,破坏工地等等,对于中国来讲咱们木结构的资源可能还不够丰富,对于型钢结构来讲,可能从施工方面,包括开工方面,比较复杂,不便于工业化的指导。
套内使用面积,我们的墙体加上外保温,厚度不到200毫米,这样的话使建筑物的套内使用面积增大。另外我们的住宅环保的健康方面也做了一些工作,包括我们设置了很多通风换风器,以及空调的设施。从可持续发展上来看,因为我们的房屋的主材是钢骨和木材,这两种原料都是可再生能源,在制造过程中这两种原料耗能是比较低的,另外它回收的难度也比较小。
我们生产车间有一套从日本引进的生产线,它可以完成各种房屋形式的版块,包括薄板的制造。从这个体系大家可以看到,如果是200平方米到300平方米的独立住宅,主体结构只需五天,一个半月完成精装修。减少施工垃圾,避免环境污染。
小型薄板类零件加工工艺研究 篇7
薄板类零件是制造领域经常遇到的工件类型, 常用作定位或结构件, 广泛应用于汽车、航天航空、家用电器以及金属夹具等行业[1]。其中, 小型薄板类零件多用于光电元件的定位件, 在保证使用性能的前提下, 为了减轻重量, 材质多以铝合金为主, 厚度较薄, 刚性较差。目前, 对于精度要求不高的小型薄板类零件可以采用冲裁的成型加工方法, 但是这种方法不适合具有复杂特征的零件, 同时, 冲裁只在大批量生产中才能取得较好的经济效益;对于特征复杂, 具有一定精度要求的小型薄板类零件, 一般需要多面加工, 多以加工中心综合加工为主, 往往采用单件多序的加工方法, 因为零件整体尺寸小, 厚度薄, 当零件上下表面有技术要求需要铣削时, 装夹易变形, 上下表面不需要加工时又不利于装夹;毛坯材料使用率较低;由于此类零件单件生产时, 单序工时短, 工序数量多, 浪费人力。因此, 单件多序的加工方法综合工时长, 成本高[2,3]。
为了提高小型薄板类零件的毛坯材料利用率和加工效率, 节省人力和成本, 本文提出了单序多件的加工工艺方案。通过实例分析, 研究小型薄板类零件加工工艺, 探讨单序多件的加工方法, 为同类型零件加工提供参考。
1 问题提出
图1所示为某型光学食品检测设备上一种典型的小型薄板类零件开关支架, 零件尺寸较小, 壁厚5mm, 毛坯材料为LY12。该零件对表面质量和形位公差要求较高, 上下底面粗糙度要求很高, 要求在0.8um以下;上下底面对上端侧面有垂直度要求。同时, 该零件需要加工的特征较多, 几乎所有面都有加工特征, 多个棱边都需要倒角。
传统方式采用加工中心综合加工成型, 单个零件分多序进行。毛坯选用尺寸为8mm×20mm×80mm的铝条, 采用精密平口虎钳进行装夹。先进行正面外轮廓、以及螺纹、腰形槽与倒角等特征的加工, 然后倒面装夹, 铣平面及各倒角加工, 保证厚度要求。最后竖直夹持工件, 加工侧面M3螺纹孔。
通过加工实践发现, 在传统的加工过程中, 存在很多弊端:①下料占用人力及设备。虽然相同规格的铝条可以在市场买到, 但是需要自己下料保证长度, 如果工件量大, 则需要专人专机下料供应, 占用设备和人力。②毛坯的利用率低。为了保证尺寸也便于装夹, 选用材料厚度大于要求尺寸, 造成材料利用率低。③单件工时长。由于每序中工步较多而每个工步加工时间又较短, 需要机床频繁换刀, 占用大量工时造成加工效率及设备利用率低。④操作人员劳动强度大。单件加工时间短, 需要频繁装夹, 每名操作者仅能操作一台设备, 处于频繁装夹过程中, 占用大量人力。⑤装夹易变形且尺寸不容易保证, 废品率高。因为薄板类零件刚性差, 倒面装夹容易夹伤、变形;平口钳铝屑不易清理, 极易造成装夹不正, 从而无法保证形位公差及尺寸要求。间接提升了对操作者的要求, 也加大了生产成本。
2 工艺设计
由于传统加工方法有以上缺陷, 车间对开关支架的加工工艺进行了改进。本文拟采用单序多件的加工方法, 通过对工件进行分析, 对加工工艺过程进行创新设计, 设计了专用夹具, 采用单序多件的加工方式, 稳定了工件质量, 大大提高了加工效率和毛坯的使用率, 减轻了操作人员的劳动强度, 大大降低了生产成本。考虑到工件的技术要求和批量要求, 在毛坯选择、工序安排、夹具设计和切削轨迹等方面都进行了优化。
2.1 工艺流程
2.1.1 毛坯选择
由于开关支架的上下底面都有较高的表面质量要求, 因此选择表面质量较高, 尺寸精准的轧制铝合金拉丝覆膜板料作为毛坯, 尺寸为300mm×180mm×5mm, 如图2所示。这样, 可以直接保证较高的表面质量和符合图纸要求的厚度尺寸, 免去上下底面的铣加工;毛坯可以选择由供应商直接供应, 减少了自身下料所需的人力和设备。
2.1.2 工艺孔加工
在毛坯左右两侧, 加工销孔, 如图3所示, 作为一序和二序加工的公共基准。在毛坯的上下两侧加工8个通孔, 通过该通孔, 采用螺纹夹紧的方式装夹工件。
2.1.3 反面加工中心综合加工
反面及对应侧立面加工采用单序多件的加工方法, 同时, 外轮廓侧立面采用不完全加工的方式, 即侧立面单边预留0.2mm的余量, 铣削到2mm的深度, 一个毛坯上铣削多个工件, 工件与工件之间通过剩余材料相连。另外, 腰型槽和反面两个棱边的倒角也在该序加工到位。M3螺纹孔的倒角, 也在本序中加工, 以避免先加工完螺纹掉面倒角时螺纹牙形损坏。反面加工中心综合加工完成后的效果, 如图4所示。
2.1.4 正面加工中心综合加工
调面加工, 以两个销孔定位, 采用螺纹夹紧;铣削上下侧立面保证75mm尺寸要求。程序M00暂停, 用自制压板压紧, 铣削左右侧立面保证16mm尺寸, 棱边倒角, 钻M3螺纹孔到尺寸。正面加工中心综合加工过程, 如图5所示。
2.1.5 侧立面M3螺纹加工
采用专用夹具, 每次多件装夹, 单序完成多件加工。节省装夹和换刀时间。
2.2 工件装夹
因为采用薄板毛坯, 为避免装夹变形, 我们采用压板压紧方式, 夹具选用自制平板, 既能保证夹紧力又能保证加工精度。采用销孔定位, 很好地保证了调面加工时定位精度。压板的设计, 既能保证铣削加工时有足够的夹紧力, 也有效地避开了侧壁加工时刀具的干涉问题, 装夹方便。
2.3 程序规划
以FANUC Oi系统为例, 在程序每次运行到需要换夹具之前, 加入M00指令, 程序运行到M00后暂停, 操作者在工件位置不动的状态下完成下一步装夹, 在装夹完成后按循环启动, 则自动进入到下一序的加工中。这样只需要一个程序就可完成整个零件多序的加工且避免装夹过程中定位误差的产生。
3 工艺对比
经过一段时间的加工生产, 车间对新工艺和传统工艺在工时、人工成本等方面进行对比分析, 结果如表1所示。其中, 工件单件辅助时间和换刀时间大大降低, 这样工人的工作强度就会大大降低, 改善了工人的工作条件;毛坯使用率大大提高, 直接降低了工件成本;机床使用率大大提高, 充分发挥了数控机床的优势;工件合格率也有所提高, 提高了工厂的声誉。
另外, 在新工艺中工人只需装夹四次就可完成24个或者更多零件的加工, 较传统工艺每件3次的装夹方便很多, 大大降低了工人的劳动强度;由于连续加工时间变长, 也使通过采用一人看护多机来进一步降低成本成为可能。经过财务人员测算, 工艺改进后, 直接和间接的成本节约达到70%。
4 结语
本文以车间某小型薄板类零件为例, 对工艺进行创新设计, 通过实际生产的验证, 该方法在多个方面都有较好的效果, 如降低了单件工时、降低了工人的劳动强度, 提高了毛坯使用率和机床的使用率, 大大降低了工件的综合成本。
另外, 在一个完整的加工过程中, 工人辅助装夹时间共为7min, 机床加工时间为1小时35分钟, 大大节约了人力, 为工人控制多台设备提供了可能;新工艺装夹简单, 技术要求较低, 降低了对工人的技术要求, 以上都为进一步优化整个车间工艺及布局提供了可能。
参考文献
[1]淮妮, 张小粉, 白瑀, 等.薄板类零件夹具的设计[J].价值工程, 2012, 2:20-21.
[2]赵跃俊.薄板类零件加工变形的解决方法[J].机械研究与应用, 2012, 119:147-149.