基于复合材料和轻质结构的机床基础件研究与分析
发布时间：2022-07-13 20:51
机床基础件作为高精密机床的主要部件,其抗振性能和热稳定性能直接影响着高精密机床的加工精度,制约着高端机床的发展。铸铁作为机床基础件的传统材料,已经越来越不能满足现代高精密机床的需要。为此,人们开始将其他材料用于机床基础件的制造中,复合材料因其具有良好的抗振性和高阻尼比,轻质蜂窝结构具有质量轻和散热性能好的特点逐渐开始应用于机床部件中。本文采用纤维混凝土复合材料和轻质蜂窝结构对机床基础件进行改进设计,以提高机床基础件和整机的性能。具体研究内容如下:首先,对复合材料和轻质蜂窝结构进行相关理论介绍与分析。运用细观力学中的均匀化计算方法分析了纤维混凝土的弹性刚度。推导了蜂窝夹层结构的重量计算公式,利用力学等效模型-三明治夹芯板理论求得六边形蜂窝结构的等效弹性常数。在此基础上,计算了六边形蜂窝夹层结构的等效密度。其次,将纤维混凝土复合材料应用于机床床身。分析了纤维混凝土中掺杂纤维的种类、长径比、掺量改变时对纤维混凝土材料弹性模量的影响规律,进而将复合材料应用在高速加工中心的床身上,分析了掺杂纤维的属性和含量改变时对床身动力学性能的影响趋势。再次,将纤维混凝土复合材料和轻质蜂窝夹层结构应用在机床工...
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 国内外研究现状及其发展趋势
1.2.1 复合材料及其在机床基础件中的应用与研究现状
1.2.2 轻质结构和多孔材料及其在机床中的研究与应用现状
1.3 论文主要研究内容
第2章 复合材料均匀化及轻质结构力学特性分析
2.1 复合材料及细观力学理论
2.2 纤维混凝土材料的体积单元及弹性刚度计算
2.2.1 纤维混凝土材料的代表性体积单元
2.2.2 纤维混凝土材料的弹性刚度计算
2.3 轻质蜂窝夹芯结构的力学特性分析
2.3.1 蜂窝夹芯结构的重量计算
2.3.2 蜂窝夹芯结构的等效弹性常数计算
2.4 六边形蜂窝夹芯结构的等效密度计算
2.5 本章小结
第3章 纤维混凝土复合材料床身动力学研究与分析
3.1 引言
3.2 纤维混凝土复合材料均匀化
3.3 数值计算和试验结果对比分析
3.4 纤维混凝土性能影响因素分析
3.4.1 纤维种类和含量对纤维混凝土性能的影响分析
3.4.2 纤维长径比对纤维混凝土性能的影响分析
3.5 床身动态性能研究与分析
3.5.1 模态分析基本理论
3.5.2 谐响应分析基本理论
3.5.3 纤维种类和含量对床身动态性能的影响分析
3.5.4 纤维长径比对床身固有频率的影响分析
3.6 本章小结
第4章 三明治夹芯结构工作台的性能研究与应用
4.1 引言
4.2 三明治夹芯工作台的设计
4.3 工作台工况与受力分析
4.3.1 工作台质量计算及惯性力分析
4.3.2 机床切削力计算分析
4.3.3 热源分析及发热量计算
4.4 机床工作台静态性能对比分析
4.4.1 工作台静力学分析
4.4.2 工作台三点弯曲分析
4.5 机床工作台动态性能对比分析
4.5.1 机床工作台模态分析
4.5.2 机床工作台谐响应分析
4.6 机床工作台热态特性分析
4.6.1 热边界条件的确定
4.6.2 工作台稳态热分析
4.6.3 工作台热-力耦合分析
4.6.4 工作台散热性能对比分析
4.7 本章小结
第5章 复合材料和轻质结构在机床立柱中的应用及整机动态性能分析
5.1 引言
5.2 机床整机动力学分析
5.2.1 整机分析有限元模型建立
5.2.2 整机模态分析
5.2.3 整机谐响应分析
5.3 机床立柱的设计与分析
5.3.1 立柱侧壁的拓扑分析与设计
5.3.2 立柱侧壁的尺寸设计
5.3.3 立柱改进前后动态性能分析对比
5.4 立柱横梁的设计与分析
5.4.1 立柱横梁的结构设计
5.4.2 立柱横梁的静态变形及散热分析
5.5 机床整机动态性能对比分析
5.6 本章小结
总结与展望
工作总结
展望
参考文献
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]读《欧洲工业的未来——欧洲制造业2030》看中国制造业[J]. 谢友柏. 中国机械工程. 2019(24)
[2]弹性约束边界条件下矩形蜂窝夹芯板的自由振动分析[J]. 王永福,漆文凯,沈承,卢天健. 应用数学和力学. 2019(06)
[3]碳纤维复合材料层合板三点弯曲损伤仿真研究[J]. 庄蔚敏,王楠,吴迪,武世杰,敖文宏,刘西洋. 机械工程学报. 2019(10)
[4]复合混凝土机床床身的设计[J]. 丁江民,彭世财. 机械制造. 2018(07)
[5]我国数控机床的发展趋势与对策[J]. 郭静. 时代农机. 2017(08)
[6]玄武岩纤维增强树脂混凝土机床基础件结构设计及其性能仿真分析[J]. 于英华,梁宇,沈佳兴,徐平,张文龙. 机械设计. 2017(01)
[7]树脂矿物复合材料机床床身的动态特性研究[J]. 卢东辉,范元勋,吴伟. 机械制造. 2017(01)
[8]车辆底部防护蜂窝夹层结构抗冲击性能分析[J]. 王显会,师晨光,周云波,石怡坤,魏然. 北京理工大学学报. 2016(11)
[9]智能制造——“中国制造2025”的主攻方向[J]. 周济. 中国机械工程. 2015(17)
[10]立式加工中心静刚度有限元仿真分析与试验测试[J]. 黄孝平. 组合机床与自动化加工技术. 2015(08)
博士论文
[1]基于热力耦合影响的高精机床静动态精度性能研究[D]. 邹海天.哈尔滨工业大学 2016
[2]机床用钼纤维增强人造花岗石复合材料力学性能研究[D]. 任秀华.山东大学 2015
[3]机床用碳纤维增强树脂矿物复合材料的制备与性能研究[D]. 王涛.山东大学 2014
[4]多胞金属材料的动力学特性及微结构设计[D]. 张新春.北京交通大学 2011
[5]纤维增强聚合物混凝土及其界面与阻尼机理研究[D]. 白文峰.山东大学 2009
[6]钢纤维聚合物混凝土机床基础件静动态力学性能及损伤机理研究[D]. 徐平.辽宁工程技术大学 2006
硕士论文
[1]复合混凝土车床床身设计研究[D]. 彭世财.大连交通大学 2018
[2]复合材料机床床身动态特性的理论与试验研究及结构优化[D]. 卢东辉.南京理工大学 2017
[3]纤维掺量及粘结长度对混凝土单筋拨出力学性能的物理试验和数值模拟研究[D]. 杨奕.广州大学 2015
[4]机床用树脂矿物复合材料的制备及性能研究[D]. 任娜娜.南京理工大学 2015
[5]树脂矿物复合材料加工中心床身静动态及热态特性应用与研究[D]. 苏欣.南京理工大学 2014
[6]卧式加工中心复合混凝土床身设计研究[D]. 周光富.大连交通大学 2013
[7]人造花岗岩复合材料制备工艺及其关键性质研究[D]. 胡燕华.中原工学院 2013
[8]复合混凝土床身材料性能测试及应用研究[D]. 王紫光.大连交通大学 2012
本文编号：3660748
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 国内外研究现状及其发展趋势
1.2.1 复合材料及其在机床基础件中的应用与研究现状
1.2.2 轻质结构和多孔材料及其在机床中的研究与应用现状
1.3 论文主要研究内容
第2章 复合材料均匀化及轻质结构力学特性分析
2.1 复合材料及细观力学理论
2.2 纤维混凝土材料的体积单元及弹性刚度计算
2.2.1 纤维混凝土材料的代表性体积单元
2.2.2 纤维混凝土材料的弹性刚度计算
2.3 轻质蜂窝夹芯结构的力学特性分析
2.3.1 蜂窝夹芯结构的重量计算
2.3.2 蜂窝夹芯结构的等效弹性常数计算
2.4 六边形蜂窝夹芯结构的等效密度计算
2.5 本章小结
第3章 纤维混凝土复合材料床身动力学研究与分析
3.1 引言
3.2 纤维混凝土复合材料均匀化
3.3 数值计算和试验结果对比分析
3.4 纤维混凝土性能影响因素分析
3.4.1 纤维种类和含量对纤维混凝土性能的影响分析
3.4.2 纤维长径比对纤维混凝土性能的影响分析
3.5 床身动态性能研究与分析
3.5.1 模态分析基本理论
3.5.2 谐响应分析基本理论
3.5.3 纤维种类和含量对床身动态性能的影响分析
3.5.4 纤维长径比对床身固有频率的影响分析
3.6 本章小结
第4章 三明治夹芯结构工作台的性能研究与应用
4.1 引言
4.2 三明治夹芯工作台的设计
4.3 工作台工况与受力分析
4.3.1 工作台质量计算及惯性力分析
4.3.2 机床切削力计算分析
4.3.3 热源分析及发热量计算
4.4 机床工作台静态性能对比分析
4.4.1 工作台静力学分析
4.4.2 工作台三点弯曲分析
4.5 机床工作台动态性能对比分析
4.5.1 机床工作台模态分析
4.5.2 机床工作台谐响应分析
4.6 机床工作台热态特性分析
4.6.1 热边界条件的确定
4.6.2 工作台稳态热分析
4.6.3 工作台热-力耦合分析
4.6.4 工作台散热性能对比分析
4.7 本章小结
第5章 复合材料和轻质结构在机床立柱中的应用及整机动态性能分析
5.1 引言
5.2 机床整机动力学分析
5.2.1 整机分析有限元模型建立
5.2.2 整机模态分析
5.2.3 整机谐响应分析
5.3 机床立柱的设计与分析
5.3.1 立柱侧壁的拓扑分析与设计
5.3.2 立柱侧壁的尺寸设计
5.3.3 立柱改进前后动态性能分析对比
5.4 立柱横梁的设计与分析
5.4.1 立柱横梁的结构设计
5.4.2 立柱横梁的静态变形及散热分析
5.5 机床整机动态性能对比分析
5.6 本章小结
总结与展望
工作总结
展望
参考文献
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]读《欧洲工业的未来——欧洲制造业2030》看中国制造业[J]. 谢友柏. 中国机械工程. 2019(24)
[2]弹性约束边界条件下矩形蜂窝夹芯板的自由振动分析[J]. 王永福,漆文凯,沈承,卢天健. 应用数学和力学. 2019(06)
[3]碳纤维复合材料层合板三点弯曲损伤仿真研究[J]. 庄蔚敏,王楠,吴迪,武世杰,敖文宏,刘西洋. 机械工程学报. 2019(10)
[4]复合混凝土机床床身的设计[J]. 丁江民,彭世财. 机械制造. 2018(07)
[5]我国数控机床的发展趋势与对策[J]. 郭静. 时代农机. 2017(08)
[6]玄武岩纤维增强树脂混凝土机床基础件结构设计及其性能仿真分析[J]. 于英华,梁宇,沈佳兴,徐平,张文龙. 机械设计. 2017(01)
[7]树脂矿物复合材料机床床身的动态特性研究[J]. 卢东辉,范元勋,吴伟. 机械制造. 2017(01)
[8]车辆底部防护蜂窝夹层结构抗冲击性能分析[J]. 王显会,师晨光,周云波,石怡坤,魏然. 北京理工大学学报. 2016(11)
[9]智能制造——“中国制造2025”的主攻方向[J]. 周济. 中国机械工程. 2015(17)
[10]立式加工中心静刚度有限元仿真分析与试验测试[J]. 黄孝平. 组合机床与自动化加工技术. 2015(08)
博士论文
[1]基于热力耦合影响的高精机床静动态精度性能研究[D]. 邹海天.哈尔滨工业大学 2016
[2]机床用钼纤维增强人造花岗石复合材料力学性能研究[D]. 任秀华.山东大学 2015
[3]机床用碳纤维增强树脂矿物复合材料的制备与性能研究[D]. 王涛.山东大学 2014
[4]多胞金属材料的动力学特性及微结构设计[D]. 张新春.北京交通大学 2011
[5]纤维增强聚合物混凝土及其界面与阻尼机理研究[D]. 白文峰.山东大学 2009
[6]钢纤维聚合物混凝土机床基础件静动态力学性能及损伤机理研究[D]. 徐平.辽宁工程技术大学 2006
硕士论文
[1]复合混凝土车床床身设计研究[D]. 彭世财.大连交通大学 2018
[2]复合材料机床床身动态特性的理论与试验研究及结构优化[D]. 卢东辉.南京理工大学 2017
[3]纤维掺量及粘结长度对混凝土单筋拨出力学性能的物理试验和数值模拟研究[D]. 杨奕.广州大学 2015
[4]机床用树脂矿物复合材料的制备及性能研究[D]. 任娜娜.南京理工大学 2015
[5]树脂矿物复合材料加工中心床身静动态及热态特性应用与研究[D]. 苏欣.南京理工大学 2014
[6]卧式加工中心复合混凝土床身设计研究[D]. 周光富.大连交通大学 2013
[7]人造花岗岩复合材料制备工艺及其关键性质研究[D]. 胡燕华.中原工学院 2013
[8]复合混凝土床身材料性能测试及应用研究[D]. 王紫光.大连交通大学 2012
本文编号：3660748
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