钢纤维混凝土在机床床身中的应用研究

论文摘要

钢纤维混凝土是近年来在国内外迅速发展的新型复合材料,它以优良的抗拉、抗弯、抗剪、阻裂、耐冲击、耐疲劳、高韧性等性能被广泛应用于建筑、桥梁、隧道、水工、港工、军事工程等诸多领域。随着机械行业的快速发展,机床的产量一直居高不下,但是由于受到传统材料的限制,普通机床的成本几乎已不可能再有实质性改变,因此,如果想降低机床的制造成本,就必须采用一种新型材料。本文将钢纤维混凝土应用于机床床身,通过数值模拟设计并优化钢纤维混凝土机床床身的结构形式,根据机床床身自身的结构特点,选取钢纤维混凝土机床床身的合适原材料及其配合比,通过试验研究钢纤维混凝土机床床身尺寸在长期荷载作用下的稳定性,通过钢纤维混凝土床身原型试验验证ANSYS分析的准确性。计算与试验结果表明:设计的床身结构形式合理,在强度、刚度、固有频率等方面均符合设计要求;钢纤维混凝土床身原型试验结果验证了有限元软件ANSYS分析结果的准确性;选取的钢纤维混凝土机床床身原材料及其配合比,配制的钢纤维混凝土在强度、弹性模量、流动性等方面达到要求;对钢纤维混凝土机床床身预埋件及模具的设计,以及对钢纤维混凝土机床床身的实体浇注成果,给应用钢纤维混凝土机床床身的制造提供了思路及方法;钢纤维混凝土机床床身造价比原铸铁床身低30%左右;钢纤维混凝土机床床身结构通过改善后徐变减少57%左右,但还需要进一步降低徐变。研究内容及成果对应用钢纤维混凝土制造机床床身具有很好的参考价值和指导意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 研究背景和意义
• 1.2 钢纤维混凝土
• 1.2.1 钢纤维混凝土概述
• 1.2.2 钢纤维混凝土的增强机理
• 1.2.3 钢纤维混凝土研究与应用现状
• 1.3 机床床身材料
• 1.3.1 机床床身材料国外研究及应用现状
• 1.3.2 机床床身材料国内研究及应用现状
• 1.4 存在的问题
• 1.5 本文研究主要内容
• 2 钢纤维混凝土机床床身的结构设计与优化
• 2.1 机床床身的原型
• 2.2 机床床身的设计荷载及要求
• 2.2.1 设计荷载
• 2.2.2 床身要求
• 2.3 钢纤维混凝土机床床身的结构形式
• 2.4 钢纤维混凝土机床床身的结构设计与优化
• 2.4.1 概述
• 2.4.2 钢纤维混凝土机床床身方案一
• 2.4.3 钢纤维混凝土机床床身方案二
• 2.4.4 钢纤维混凝土机床床身方案三
• 2.4.5 钢纤维混凝土机床床身方案四
• 2.4.6 钢纤维混凝土机床床身方案比选
• 2.5 钢纤维混凝土机床床身的制造研究及成本估算
• 2.5.1 钢纤维混凝土机床床身的预埋件及构件设计
• 2.5.2 钢纤维混凝土机床床身的浇注
• 2.5.3 钢纤维混凝土机床床身的养护
• 2.5.4 钢纤维混凝土机床床身与导轨的连接
• 2.6 钢纤维混凝土机床床身成本估算
• 2.7 本章结论
• 3 钢纤维混凝土机床床身数值计算及试验验证
• 3.1 概述
• 3.2 数值计算
• 3.2.1 计算软件
• 3.2.2 计算假定
• 3.2.3 有限元模型及网格划分
• 3.3 钢纤维混凝土机床床身加载试验
• 3.3.1 试验加载及固定方式
• 3.3.2 应变计与位移计布置位置
• 3.3.3 钢纤维混凝土机床床身试验装置
• 3.4 ANSYS数值模拟结果与试验结果比较
• 3.5 本章结论
• 4 钢纤维混凝土原材料设计及力学性能试验
• 4.1 试验材料选取及配比
• 4.1.1 试验材料选取
• 4.1.2 材料配合比
• 4.2 钢纤维混凝土立方体抗压强度试验
• 4.3 钢纤维混凝土劈裂抗拉强度试验
• 4.4 钢纤维混凝土抗折强度试验
• 4.5 钢纤维混凝土抗折弹性模量试验
• 4.6 本章结论
• 5 钢纤维混凝土构件在长期荷载下的变形研究
• 5.1 概述
• 5.2 试件的制作
• 5.3 试验方法
• 5.4 试验结果
• 5.5 本章结论
• 6 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢