申请/专利权人：北京工业大学

申请日：2019-12-17

公开（公告）日：2024-04-12

公开（公告）号：CN110990931B

主分类号：G06F30/13

分类号：G06F30/13;G06F30/23;G06F119/14

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.12#授权;2020.05.05#实质审查的生效;2020.04.10#公开

摘要：本发明公开了一种床身‑地基结合面非线性弹簧单元的建模方法，针对床身‑地基之间的结合面接触特性，本方法考虑了地基混凝土材料的应力软化阶段，通过引入混凝土材料的单轴受压的应力‑应变曲线方程，得到弹性变形与塑性变形、塑性变形与破碎的临界接触面积，将表面接触微凸体分为弹性变形、塑性变形以及破碎三种。基于统计学理论得到弹性变形的各个微凸体接触刚度，并把整个栓接结合面的接触刚度看做各个微凸体接触刚度并联的结果；通过得到的外加载荷与两平面之间距离的非线性关系，建立机床与基础之间的各个垫铁位置非线性弹簧单元模型。解决实际工程中有限元仿真的接触问题，通过理论结果与实验结果对比，验证理论模型的正确性。

主权项：1.一种床身-地基结合面非线性弹簧单元的建模方法，其特征在于：该方法包括以下步骤，S1.通过混凝土材料单轴实验所得的应力-应变曲线方程和赫兹接触理论得到弹性变形到塑性变形的临界变形量δ1以及塑性变形到破碎的临界变形量δ2；S2.通过名义面积上微凸体的分布密度函数，得到弹性变形和塑性变形的接触载荷Fe、Fp，以及弹性变形微凸体的接触刚度K；S3.对所得分布密度函数的关系式进行量纲归一化处理，得到接触载荷与两平面距离的非线性关系以及刚度与两平面距离的非线性关系；S4.通过绘制平面之间力-位移的曲线，对床身-地基之间的垫铁位置添加非线性弹簧接触单元；Popovics公式考虑了EE0的变化，E为初始弹性模量，E0为极限应力σ0时的割线模量；在一定程度上反映了应力应变曲线随混凝土标号变化的特点；采用此曲线进行计算；通过试验的方法获得不同混凝土的应力、应变数据，通过数据与不同曲线方程的拟合，找到适合特定混凝土标号的曲线方程； 式中：n＝5.7×10-3σ0+1；α＝n+β；β-曲线弯度调整常数；σ0-极限应力；ε0-峰值应变；当混凝土在单轴受压情况下，由开始加载到失效经历混凝土弹性变形、微凸体塑性变形和破碎变形三个阶段；峰点C应力值即极限应力为σ0，则有：1混凝土弹性变形阶段，该阶段的最大应力值σc称为比例极限，普通混凝土比例极限为σc＝0.3～0.5σ0，C60标号混凝土取值σc＝0.408σ0，2微凸体塑性变形，当超过破碎临界应力σu＝0.88～0.97σ0时，微凸体出现屈服和破碎变形，C60标号混凝土取值σu＝0.902σ0，3应力值大于0.9020将发生破碎，由于发生破碎的微凸体无法继续承受载荷，应力应变曲线急剧下降；由赫兹接触理论可得弹性变形阶段接触载荷和接触面积分别为： ae＝πRδfe-弹性变形单个微凸体弹性接触力；ae-弹性变形单个微凸体的真实接触面积；E*-等效弹性模量，E1、E2、v1、v2分别为接触两表面的弹性模量和泊松比；R-微凸体的曲率半径；δ-微凸体变形量；由此可得微凸体由弹性变形到塑性变形的临界变形量： δ1-弹性变形到塑性变形的临界变形量；k-平均接触压力系数；H-软材料的硬度；塑性变形阶段接触载荷及接触面积：ap＝2πRδfp＝Hapfp-塑性变形单个微凸体弹性接触力；ap-塑性变形单个微凸体的真实接触面积根据混凝土材料单轴受压时的应力-应变曲线得塑性到破碎阶段的临界形变为εs，由塑性变形到破碎的临界变形量为：δ2＝εsRδ2-塑性变形到破碎的临界变形量；εs-塑性到破碎阶段的临界形变；当δ＜δ1时微凸体发生弹性变形，当δ2＞δ＞δ1时微凸体发生塑性变形，当δ＞δ2时微凸体发生破碎。

全文数据：

权利要求：

百度查询： 北京工业大学 一种床身-地基结合面非线性弹簧单元的建模方法

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