大型铸铁夯锤受力分析及破坏原因

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1、维普资讯http://www.cqvip.com第14卷第1期大连水产学院学报Vo1．14O．1I999年3月JOtJRNALOFDALIANFISHERIESUNIVERSITYMar．1999夯锤受力分析及破坏原因型塑垫乙／吕显强(大连水产学院土木工程系)(大连理工大学工程力学系)【太连水产学院电子系)摘要采用有限元法对踌铁夯锤进行了受力计算并耐其在使用中的开裂破坏进行了分析；同时，考虑到铸铁材料的拉压不同弹性模量性，计算了不同模量比对夯锤应力的影响对夯击接触时间、起落高度、地基硬物等因素也进行探讨关键词夯锤；破坏分析；不同模量中图分类号TB30在工程施工中，夯锤开裂破坏时有发生，造成了施

2、工的不便和经济损失。这种开裂破坏的主要原因是由于夯锤工作时，底部承受偏载或遇到硬物而引起锤体受力不均匀，使局部应力过大而产生的强度破坏对于铸铁件，其材料在拉伸和压缩时的弹性性质有较大差异．设拉伸及压缩时的弹性模量、泊松比分别为，及一，一，文献[1]提供了E：93．27GPa，E：124．36GPa，其拉压弹性模量比E—tE=1．33。这种不同模量性对夯锤的应力会产生一定的影响，如仍用传统的相同模量理论计算，其结果是不可靠的。作者利用拉压不同模量性有限元法对15f铸铁夯锤进行了计算，并对计算结果进行较系统的分析，对夯锤的破坏以及造成破坏的原因如基础硬物、偏载、夯击接触时间、起落高度等因素均进行了

3、一定的探讨，得到一些有价值的结论。1计算模型若暂不计夯锤锤体中空洞的影响，夯锤是一个轴对称结构，其空间剖面图见图11．1荷载模拟和静力分析模型夯锤工作时相当于自由落体运动，开始夯击时的速度为：=百：15．336m，s，其中h：．12m为夯锤下落高度。根据动量定理，碰撞力的平均值为F：m，f：l5×1x15．336；(9．8×0．01)其中：：0．Ols为夯击接触时间。凰1夯锤剖面凰将碰撞力F模拟计算成为夯锤的重力，即将夯锤碰撞的动态过程转化成为相当重力收稿日期：1998—06一o5*该文系辽宁省科委博士启动基金资助项目，项目号为961091**高朝：1958年生，女，副教授，大连116023维

4、普资讯http://www.cqvip.com44大连永产学院学报第14卷作用下的静态问题，并认为夯实物为支承，将夯实过程简化为一个静力平衡问题。其相当密度为p=7．8X10×23473．5／150=1．22kg／cm而由自重产生的密度为7．8×10。”kgtern，与夯击时的相当密度p相比为小量。因此，夯击中一般不计夯锤自重的影响。1．2支承模拟夯锤工作时，局部硬物(如石块)或偏载对夯锤底部的作用可模拟成夯锤的竖向支承链杆，此类链杆只限制夯锤的竖向位移。硬物或偏载对夯锤作用的面积不同，则支承链杆的个数亦不同。2物理方程及有限元列式2．1物理方程及最小势能原理根据不同弹性模量理论用主应力{}及

5、主应变；s}表达的物理方程为{f-[D]{e{(1)在空间轴对称问题中，{T}=[0-]，{el}=[e]，[D]为弹性矩阵，而全应变{E}=[EE，r为{el-[￡]{e{(2)式中r0z。n。][￡]=l0100l(3)Lz；0nz，，J为提高数值计算的迭代收敛速度，并保证应变能可以退化为经典弹性力学的应变能，可将[D]，[￡]扩充为四阶方阵l4。单位体积的应变能为U：1{}[D]{erf](4)其中不同模量问题的弹性矩阵[]为dl+2tEd+日d+4tEdd+Ed23[面]：[￡][口][LdI+(n；+矗)d+lnd”+4fnn3dnLdL】+(z3n】+fIn3)z】bd¨+3d+2

6、tlz3(1Ln3+z3】)dH维普资讯http://www.cqvip.com第1期高潮等：大型铸铁夯锤受力分析及破坏原因45dI2+Ed32ⅡndI2+nd]2fIIdI24-】d32nd．．+(fn；+En)d3+End”+4f-bnn3d“nd2I+nd∞d．．+2n；d．+：d+4n；df1d1+(fI3+1)I3d13+如；d3+2nI3(?l3+nI)dnIdl_+(f13+bnI)如dI3+n3d33+27】(1t3+I)dfIId21+bn㈣dl1ndll+(fI3+fn1)n1nd13+d∞+2I3(fI】+1)dndlI+2flnI3dI+；d33+(11n+I)d44总

7、势能为ll：[d—f{d—fsIft{{ds(6)~其中：{：，{}及{l厂}分别为体力、面力及位移分量列阵。式(6)的变分为aI1：0c2．2有限元列式取三角形轴对称单元进行计算，其结点位移列阵为{dW18']。几何矩阵为zi0f0[B]=丽1(i，，m)(7)0mmJ单元刚度矩阵为[]：l[B][][B]d=[B][儿B]2rrrA(8)式中[]与单元形心的应力状况即应力解答有关，而[B]仅与