机床主轴部件的刚度分析

本文对影响机床主轴部件静刚度的一些因素进行了分析,并提出为提高主轴部件刚度所应注意的事项。如主轴受力的部位和方向的影响,考虑轴承也具有弹性变形时的合理的支座距离和悬臂比,主轴断面形状对刚度的影响,滾动轴承的刚度、配合间隙、接触变形和弹性变形等对主轴部件效果刚度的影响等。最后并推荐考虑轴承具有弹性位移而影响支座位置时,主轴部件刚度的计算方法。     

用分布质量梁模型计算主轴部件的静动态特性

本文建立了主轴部件的分布质量模型,考虑了剪切变形和截面转动惯量的影响,,并编制了BASIC语言计算程序,该程序简短,占用的内存不多,可在微型台式计算机上进行主轴部件的计算.以MBS1332高速外圆磨床的主轴部件为例,用频率响应逐次计算法计算了它的共振频率、动柔度和静刚度,分析了各种因素对主轴部件静动态特性的影响。     

考虑剪切变形的多梁式改进型波形钢腹板组合小箱梁桥荷载横向分布系数计算

目前有关钢-混组合箱梁桥的剪切变形对其荷载横向分布影响的研究较少。首先,在考虑自身剪切变形的基础上,采用正弦荷载得出刚度折减系数,并推导出了考虑剪切变形效应的偏心压力法、修正偏心压力法以及考虑剪切变形效应的刚接梁法等,用于计算多梁式波形钢腹板-钢底板-混凝土顶板(简称改进型波形钢腹板,即CSWSB)组合小箱梁桥横向荷载分布系数的方法的计算公式;然后,选取一多梁式改进型波形钢腹板组合小箱梁桥实桥进行了试验研究;最后将采用文中讨论的各计算方法计算得到的结果与有限元法结果、试验实测值进行了对比分析。结果表明:采用考虑剪切变形效应的刚接梁法得到的挠度值和Ansys模拟值更为接近,计算跨中的荷载横向分布系数时应采用考虑剪切变形效应的刚接梁法;当桥梁结构不满足窄桥条件时,宜采用考虑剪切变形效应的刚接梁法计算跨中截面的荷载横向分布系数;当满足窄桥条件时,可以采用考虑剪切变形效应的修正偏心压力法计算横向分布系数。     

机床主轴-轴承系统热-力耦合模型及其动态性能研究

为了研究机床主轴系统在高速运转情况下的动态性能变化,建立了一种主轴-轴承系统的热-力耦合模型,该模型包括了主轴转子和轴承模型.采用有限元法得到主轴转子模型,该模型考虑了主轴的离心效应、陀螺力矩和轴承刚度软化效应.通过对Jones非线性轴承模型进行改进获得了轴承模型,它考虑了主轴与轴承的初始装配过盈量、离心力、温升等因素导致的轴承内圈径向变形及预紧力的变化.理论仿真结果表明:轴承内圈离心膨胀以及内外圈热膨胀会导致轴承刚度增大,而对于背靠背的轴承配置形式,热诱导预紧力会导致轴承刚度减小.此外,主轴离心效应比轴承的刚度软化对主轴-轴承系统动态特性的影响更明显.     

剪力对机床主轴弯曲刚度的影响

本文讨论７在计算短、粗主轴弯曲刚度时，剪力时这一刚度的影响，给出了在计算剪切挠度时，剪切变形在空心主轴截面上不均匀分布系数Ｘ的近似值；作出了（ｙ＿ｓ／ｙ＿ｂ）％－（ａ／Ｄ）（Ｌ／Ｄ）的曲线，从而证明了在计算短、粗主轴弯曲刚度时，不应忽略剪力的影响。     

综合考虑半刚性、节点域剪切变形的钢框架计算

基于梁柱理论,建立考虑轴力和剪切变形影响的梁柱单元刚度矩阵;再综合考虑节点半刚性、节点域剪切变形的影响,推导出综合考虑节点半刚性、节点域剪切变形梁柱单元刚度矩阵。通过数值算例来检验本研究方法和所编计算机程序的可行性、有效性与精确度。算例表明,钢框架设计时必须考虑节点半刚性、节点域剪切变形的影响,该方法简单易行,便于程序实现,计算结果可靠。     

考虑剪切变形影响的L形柱单元刚度矩阵

分析等肢L形截面柱的受力性能,在非惯性轴坐标系下,建立了考虑剪切变形及形心与剪切中心不重合影响下的L形截面柱单元刚度矩阵,并编写了L形截面柱框架结构内力分析的有限元程序.通过某三层框架结构算例,将所编程序的计算结果与ANSYS软件分析结果及采用异形柱刚度等效的计算结果进行了比较,得出L形柱的剪切变形与等效矩形柱的剪切变形差异较大及考虑扭转效应对L形柱的扭矩影响较大的结论.     

考虑层间滑移的水泥混凝土路面结构力学响应分析

为快速分析水泥混凝土路面结构响应特性,将路面结构简化为Winkler地基上的双层欧拉直梁,基于Euler-Bernoulli梁理论和状态空间方法,提出了一种考虑层间界面剪切滑移效应的水泥混凝土路面结构力学响应的解析计算方法.通过与有限元数值计算的结果对比,验证了该解析计算方法的正确性,并揭示了不同路面结构长度与层间剪切刚度影响下水泥混凝土路面结构变形响应的变化规律,以及荷载大小对界面处剪切力集度的影响规律.结果表明：计算时选用不同的路面结构长度对变形响应具有显著影响,建议长度不宜小于10 m;层间界面的剪切滑移效应会显著地影响水泥混凝土路面结构的竖直位移与弯曲变形,且该影响会随着荷载的增加而愈加显著,层间界面的接触效应不容忽略;增大层间剪切刚度能够有效地减小荷载对水泥混凝土路面结构变形响应的影响.     

考虑弹性支承和剪切变形影响的单跨斜梁温度次内力分析

在考虑端横梁弯曲和支座变形对斜主梁提供的弹性抗扭支承和竖向弹性支承以及斜主梁剪切变形的基础上,导出了考虑支承刚度以及剪切变形影响的单跨斜梁温度次内力的计算公式,并通过一个简单算例对公式进行了验证,分析了支承刚度、斜度以及剪切变形对斜主梁温度次内力的影响。研究结果表明,在一定范围内,端横梁抗弯刚度的变化会引起斜梁温度次内力的急剧变化;斜主梁的温度次内力可以通过改变端横梁的抗弯刚度进行有效的调整;当斜度等于0°时,剪切变形对次扭矩的影响达到最大,为10.6%。     

考虑剪切变形的RC结构梁柱单元模型

基于纤维模型有限单元柔度法,考虑轴向、弯曲和剪切效应,对钢筋混凝土结构承受单调荷载作用进行非线性分析.应用多轴应力状态下的塑性应力-应变关系理论,在单元模型中考虑了弹塑性区域剪切变形对单元弹塑性刚度的影响,建立能够考虑梁柱非线性剪切变形的纤维单元在复杂加载历史中的切线刚度矩阵.在所建立的截面刚度矩阵中,剪切变形和轴向、弯曲变形不耦合,而剪切和弯曲力在单元层面耦合,且在梁单元上满足力的平衡关系.将计算结果和钢筋混凝土柱的加载试验结果相比较,验证了模型的有效性.     

多因素影响下钢-混连续组合梁的挠度计算分析

为精确计算钢-混凝土连续组合梁的挠度,在综合考虑钢梁与混凝土板之间的滑移效应及组合梁剪切变形影响的基础上,运用能量变分法推导出了钢-混凝土组合梁挠度计算的平衡微分方程,并给出了相对应的边界条件.通过引入均布荷载作用下钢-混凝土两跨连续组合梁的边界条件,求得了考虑滑移效应和剪切变形效应下组合梁的挠度计算公式,并对计算公式的正确性进行了验证.对钢-混凝土连续组合梁挠度做进一步分析表明:滑移效应会降低钢-混凝土连续组合梁的刚度,使组合梁产生附加挠度,并且会在中支点处引起梁负弯矩的增加,对混凝土板的受力产生不利影响.层间滑移位移随剪力连接件抗剪刚度的增大而减小,当剪力连接件抗剪刚度小于1200MPa时,层间滑移效应产生的附加挠度较大,对总挠度的影响也较大,应当考虑滑移效应对组合梁挠度的影响;当剪力连接件抗剪刚度大于1200MPa时,层间滑移效应产生的附加挠度较小,对总挠度的影响也较小,可以忽略滑移效应对组合梁挠度的影响.     

基于广义位移的波形钢腹板组合箱梁有限梁段分析方法

为准确分析腹板手风琴效应、剪切变形与翼板剪力滞效应对波形钢腹板组合箱梁挠曲变形及应力的影响,利用截面变形连续条件建立了综合考虑腹板手风琴效应、剪切变形与剪力滞效应的挠曲位移模式.通过引入广义剪切位移和剪力滞位移,将该挠曲变形状态解耦为拟平截面的Euler梁挠曲、广义剪切变形引起的挠曲以及剪力滞效应引起的挠曲3种状态.依据广义位移与转角的关系,选用Hermite多项式作为位移形函数,推导出广义位移的单元刚度矩阵,提出了适合该组合箱梁的梁段分析方法.数值算例结果表明,基于该方法得到的应力及变形与三维空间有限元结果吻合良好.广义剪切变形对梁的挠曲变形与应力存在较大影响,集中荷载作用或中支点截面附近的应力放大系数甚至超过2.0.     

框-剪结构考虑剪力墙剪切变形影响的剪力墙合理数量

基于框-剪结构协同工作的连续化分析原理,文章得到了考虑剪力墙剪切变形影响的框-剪结构刚接体系的剪力墙合理数量计算式,并与不考虑剪力墙剪切变形影响的铰接体系和刚接体系的计算式进行比较,分析了它们在确定剪力墙合理数量上的相似和不同。通过算例讨论了框-剪结构的具体剪力墙合理数量值,分析了剪力墙剪切变形和连梁约束刚度对其影响程度,并得出剪力墙的剪切变形对剪力墙合理数量的影响比连梁约束刚度弱;考虑剪力墙剪切变形影响的刚接体系的剪力墙合理数量比不考虑剪力墙剪切变形影响的铰接体系和刚接体系均少,使得结构在安全前提下更加经济合理。     

薄壁连续箱梁的弯曲自振频率分析

为分析薄壁箱梁考虑剪切变形影响时的弯曲自振频率,将箱梁翼板、腹板受剪切变形影响的纵向位移综合为一个函数表达式.基于此表达式及Hamilton原理,运用能量变分法建立薄壁箱梁的弯曲自振频率控制微分方程.根据边界条件求解考虑剪切变形影响的简支箱梁弯曲自振频率.进而利用三弯矩法,得到等截面连续箱梁的弯曲自振频率表达式.数值算例结果表明,按照所得公式计算出的连续箱梁考虑了剪切效应的弯曲振动频率,与基于ANSYS空间壳单元及考虑剪切效应的梁单元有限元模型的计算结果均吻合较好.考虑剪切变形时,薄壁箱梁的弯曲自振频率减小,且随着自振频率阶数的增加,剪切变形影响逐渐增大,因此在求解薄壁箱梁的高阶自振频率时剪切变形的影响不可忽略.     

盾构隧道纵向变形引起的横向效应

提出了隧道纵向变形对横断面的影响机理可以分为横断面压扁效应和纵向剪切传递效应,并针对典型的盾构隧道纵向变形曲线,分析了压扁效应与纵向剪切传递效应对隧道横向受力、变形的影响特点.结果表明:隧道纵向变形过程中,纵向剪切传递效应和压扁效应共同作用使隧道产生横向附加变形和受力;在通常情况下,纵向剪切传递效应产生的隧道横断面变形与受力强于压扁效应,但是随着隧道纵向变形的增加,压扁效应的作用也逐渐变得显著,在设计中应当进行考虑.     

基于剪切变形法考虑遮帘效应的群桩沉降计算

基于剪切变形法原理,导得了各基桩桩侧摩阻力在地基土中产生的位移场及应力场;并考虑了桩的遮帘效应,即各相邻基桩的存在对沉降的折减,得到了桩侧桩-土接触等效剪切弹簧刚度;同时,利用经深度修正后Boussinesq位移解,导得桩端-土接触等效弹簧刚度;在此基础上,分别求得了各基桩由自身桩顶荷载及其他邻桩引起的柔度系数,建立了基于剪切变形法的群桩沉降计算方法。算例结果表明,本文方法与实测值吻合较好。     

机床主轴部件支承刚度的确定

本文分析了二支承主轴支承刚度对主轴部件刚度的影响。在此基础上,用非线性回归分析法,导出了前支承刚度的计算公式,以及二支承主轴部件最住悬伸比λ_0的计算公式,用以确定后支承刚度。最后对三支承主轴部件的第三支承刚度以及跨距进行了讨论。     

考虑耦合效应的水平轴风力机有限元建模与变形行为分析

为实现对风力机结构变形的实时求解、分析风力机控制过程对结构的影响,构建了考虑风力机气弹耦合效应的有限元模型.模型充分考虑了风力机诸如主轴倾角、风轮预装锥角以及变桨和偏航机构的结构特点.本文分析了离心软化,应力刚化以及风力机控制过程对风力机结构的影响,并对风力机结构问题的求解方法进行了对比研究.结果表明:应使用LDLt方法求解由风力机塔根与叶尖刚度巨大差异所引起的病态问题;应力刚化效应对风力机叶尖变形量及拍打模态的频率有较大影响;本文模型很好地模拟了风力机受阶跃载荷时的旋转动态非线性变形,并模拟了变桨过程引起的风力机叶片拍打方向的刚度增大.     

考虑剪切变形影响的单跨曲线梁受力分析

基于Timoshenko深梁理论及力法原理,建立了考虑剪切变形影响的单跨曲线梁计算方法,导出了单跨曲线梁在集中荷载作用下的内力及变形计算表达式。通过算例验证了所推导公式的正确性,同时分析了单跨曲线梁在圆心角、曲率半径变化下剪切效应对其变形的影响规律。研究结果表明,单跨曲线梁在集中荷载作用下,随着圆心角的变化,考虑剪切变形影响的深梁理论与不考虑剪切变形影响的初等梁理论间挠度计算结果相差甚大;随着曲率半径的变化,剪切效应对其挠度有较大影响;初等梁理论过低地估计了剪切效应在曲线梁变形中的影响。     

基于LABVIEW的主轴静刚度检测系统

为准确掌握理想工况下机床承受的最大载荷,依据静刚度计算原理建立了主轴组件的静刚度数学模型,采用LABVIEW开发了主轴静刚度检测系统。以CA6140型机床主轴为检测体,通过施加不同载荷获得了主轴组件的位移。结果表明：主轴组件在外载荷作用下发生弹性变形,载荷增加,主轴变形量也增大。外载荷达到5000N时,主轴组件的静刚度达到最小,主轴变形最大。当外载荷大于5000N时,主轴组件的静刚度不再增加,开始出现振荡。若继续增大载荷,主轴达到强度极限后会发生断裂。该检测方法直观、准确、可靠。