一种床身-地基结合面非线性弹簧单元的建模方法
专利汇可以提供一种床身-地基结合面非线性弹簧单元的建模方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 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。，下面是一种床身-地基结合面非线性弹簧单元的建模方法专利的具体信息内容。
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。
2.根据权利要求1所述的一种床身-地基结合面非线性弹簧单元的建模方法，其特征在于：Popovics公式考虑了E/E0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-混凝土抗压强度；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应力值即抗压强度为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＝(0.3～0.5)σ0，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＝(0.88～0.97)σ0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＝πRδ
fe-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＝2πRδ
fp＝Hap
fp-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＝εsR
δ2-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。
3.根据权利要求1所述的一种床身-地基结合面非线性弹簧单元的建模方法，其特征在于：结合面接触载荷与接触刚度计算如下，
单个微凸体接触刚度：
两个宏观粗糙表面接触，微观上表现为微凸体的接触，如果名义接触面积An上有N个微凸体，根据以上微凸体的三种变形机制，两表面的总的接触载荷为弹性接触力与塑性接触力之和，结合粗刚度为弹性变形的微凸体接触刚度并联的结果；同时，大量研究表明，工程表面的微凸体高度分布服从高斯分布，在名义接触面积An上有N个微凸体，则接触微凸体数量的期望值为：
n-微凸体个数；
An-名义接触面积；
η-微凸体面积密度；
-微凸体高度分布的概率密度函数；
整个结合面的接触载荷：
d-接触表面的距离；
F-总的接触载荷；
Fe-总的弹性接触力；
Fp-总的塑性接触力；
接触刚度
4.根据权利要求1所述的一种床身-地基结合面非线性弹簧单元的建模方法，其特征在于：量纲归一化过程如下，
把所有的长度量、接触面积、接触载荷分别用σ、An、EAnσ进行量纲归一化，量纲归一化后的接触载荷和接触刚度为：
其中：
β-表面形貌参数，β＝σRη；
d*-量纲归一化后的表面距离，
-量纲归一化后的弹性变形到塑性变形的临界变形量，
*
z-量纲归一化后的微凸体高度，
-量纲归一化后的微凸体高度分布的概率密度函数；
σ-粗糙表面高度平均方差；
σs-微凸体高度平均方差；
表面粗糙度参数可由β、 来描述，下表给出不同粗糙表面这两个参数的值，这些参数由NURI对典型的工程表面通过试验而测得的，表面的接触状态还可以更加全面地用塑性指数ψ来表征，ψ定义为：
5.根据权利要求1所述的一种床身-地基结合面非线性弹簧单元的建模方法，其特征在于：添加非线性弹簧单元过程如下，
通过得到的结合面接触载荷和平面距离的关系，描述非线性弹簧的力-位移曲线，在对床身-地基结合面的有限元仿真过程中，在垫铁位置添加非线性弹簧单元。
一种床身-地基结合面非线性弹簧单元的建模方法
技术领域
背景技术
发明内容
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具体实施方式
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