[发明专利]一种非均匀加筋层的重型机床复合基础设计方法

摘要

本发明公开了一种非均匀加筋层的重型机床复合基础设计方法，本方法对传统的机床基础结构进行重新设计，避免传统基础的底部结构刚度过剩所造成花费巨额提高的弊端，并能保证基础的承载能力。本发明所采用的方法求解出基础内部的各点的位移分量，实现复合基础的浇筑建设。重型数控机床系统分为三个部分，即上部结构、基础和地基。而地基基础的开挖与浇灌所产生的费用甚至要高出机床本身的价格，所以有必要研究地基基础的结构设计，从而在保证基础刚度满足机床加工要求的情况下，尽可能地减少开支。本发明采用底部稀疏布置加筋层的方式，一方面保证混凝土对机床加工时的承载能力，另外一方面通过减少底部加筋层而缩减机床基础的建造开支。

主权项

1.一种非均匀加筋层的重型机床复合基础设计方法，其特征在于：该方法包括如下流程，步骤1、求解基础内部的应力分量；假设基础边界上受法向集中力F的作用，也即是龙门机床将自身重力通过其两边立柱施加于基础上的力，应力函数φ为：φ＝rf(θ)  (1)其中，r——极径；θ——极角；将其带入极坐标下的相容方程得：求解微分方程后可得，f(θ)＝Acosθ+Bsinθ+θ(Ccosθ+Dsinθ)其中，A、B、C、D均为待定系数；将其代入式(1)可得：φ＝Arcosθ+Brsinθ+rθ(Ccosθ+Dsinθ)又由弹性力学得知，任何应力函数加上一个线性函数，并不影响应力，所以可略去Arcosθ+Brsinθ＝Ax+By，则应力函数可写为：φ＝rθ(Ccosθ+Dsinθ)由应力函数求解应力分量可得：其中，σ_r、σ_θ为极坐标下极径、极角方向上的正应力；τ_rθ则为切应力；步骤2、考虑边界条件，求解待定系数；在原点O附近，任取一截面，如圆柱面abc，则在该圆柱面上，一定有这样的平衡力系，即是该截面和F合成平衡力系，于是列写平衡条件，得出待定系数：即x，y方向合力为0，得平衡方程：将式(2)中的第一式代入式(3)中，得：将式(4)代入至极坐标向直角坐标的变换式中，得直角坐标下的应力分量为：步骤3、求解位移分量；将直角坐标系下的应力分量方程(5)代入弹性力学中的物理方程中可得形变分量：再将式(6)代入几何方程中，可得位移分量：因为当中含有常数C不能确定；因此在基础的竖直方向即x轴方向最远处取基点B，可知其位移量u_xB＝0，则求出在竖直方向上，任意一点M对于基点B的相对位移：相对位移Δu是关于x_B/x_M的对数函数，要使得Δu的变化率尽可能地的大，说明其变形位移衰减很快，在此时当作密实加筋层的高度h也等于x_M；已知x_B，也即是混凝土基础的浇灌深度，由图像可得在5＜x_B/x_M＜25之间，Δu近似呈现线性增长，变化率很小；x_B/x_M＜5时衰减速率有所上升，选取一定的安全系数，如x_B/x_M＝2.5，那么以混凝土浇筑高度x_B＝6米为例，则需要在x_M＝2.4米以上部分，可做加强筋处理；而2.4米以下则可以采用稀疏布筋的方式；可知，当以基础高度x_B＝6米为例时，x_M在2.4米以上为变形区域较大的部分，可做加强筋处理；不同的基础高度时，根据相对位移方程(8)调整；由此，设计一种竖向非均匀布筋的重型机床复合基础。