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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

徐平  
【摘要】:采用新材料制造静、动态性能优异的机床基础件,对提高机床加工精度及机械制造业整体水平具有重要的理论和实际意义。本文研究了一种新型工程材料——钢纤维聚合物混凝土(Steel-fiber Polymer Concrete缩写为SFPC)的静、动态力学性能及损伤机理,并将其用于制造机床基础件,以达到改善机床静、动态性能,满足机床向高精度、重切削和高效率方向发展的要求。主要研究内容和得出的结论如下: 通过试验和理论分析的方法,研究了钢纤维聚合物混凝土组分及各组分配比对其静动态力学性能的影响,确定了适于制造机床基础件的钢纤维聚合物混凝土的最佳组分配比。 应用复合材料细观力学理论,对钢纤维聚合物混凝土的界面形成机理、界面力学行为和纤维增强机理进行了研究,建立了该材料承载时,钢纤维的拉应力、界面之间的剪应力、界面粘结系数及钢纤维聚合物混凝土强度和弹性模量的数学模型。得出在制备材料时,为提高其力学性能应遵循如下原则:其一,通过控制钢纤维长径比,尽量使粘结系数为1;其二,通过界面粘结强度的提高,使钢纤维的强度得到充分的发挥;其三,提高聚合物混凝土(Polymer Concrete缩写为PC)的强度,研究配制高强度的聚合物混凝土基体;最后,在界面强度能满足要求的情况下,采用高强度的纲纤维会带来明显的效果。 根据损伤力学理论建立了钢纤维聚合物混凝土抗压损伤本构方程,并与实验数据进行了比较,证明了其正确性。 根据复阻尼理论,采用自由振动实验方法,研究了钢纤维对聚合物混凝土阻尼的影响,并对其机理进行了微观解释。当钢纤维含量不多时,钢纤维聚合物混凝土阻尼可保持甚至高于聚合物混凝土阻尼,约为铸铁的7倍。 研究了钢纤维聚合物混凝土机床基础件的制造工艺流程。与铸铁机床基础件的制造相比,钢纤维聚合物混凝土材料可在室温下成型,不需要熔化加热和时效处理,因而,采用钢纤维聚合物混凝土制造机床基础件的工艺简单,易实现机械化、自动化进而改善劳动条件,减少环境污染同时可大量节省能源,节约钢铁材料。


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