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《钢丝缠绕预应力嵌合结构基础性原理》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第10卷第29期2010年10月科学技术与工程Vol10No29Oct201016711815(2010)29727405ScienceTechnologyandEngineering2010SciTechEngng仪表技术钢丝缠绕预应力嵌合结构基础性原理1*1111刘海霞颜永年曾攀林峰张磊张人佶(北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院,北京100191;清华大学机械工程系1,北京100084)摘要钢丝缠绕预应力嵌合结构是指在预应力钢丝缠绕层的预紧下,嵌合子结
2、构经界面嵌合作用而连接起来的结构。其应用解决了重型承载结构的设计、制造、运输、安装等诸多困难。近年来在我国自主建造的万吨级重型压机中已经得到广泛应用,但嵌合连接的基础性原理研究远滞后于工程应用。现重点从多峰弹塑性接触理论、断裂力学和弱边界理论三个方面对嵌合原理进行分析和探讨,为嵌合结构的深入研究和工程应用提供了初步的基础性原理支持。关键词预应力嵌合多峰弹塑性接触断裂弱边界中图法分类号TH114;文献标志码A预应力技术可以改变承载结构在工作载荷后工、运输等多个环节的困难;甚至可以有效地实现的受力
3、状态,变拉为压,以保证结构的抗疲劳性能,必要材料的梯度分布和合理选取,在很大程度上提提高可靠性。早在17世纪就已产生(主要是大炮高承载结构的可制造性和安全性。目前该技术的的预紧),19世纪已有大量的工业应用,随着预应力发展已达到一个新的里程碑,并在重型设备领域得[1,2][6,7]技术的发展,逐渐被应用到重型承载结构上。到推广应用。20世纪70年代中后期,瑞典、前苏联和我国相继开展了钢丝缠绕预应力结构的研究,并取得了第一批1预应力嵌合连接结构[3,4]理论成果。随着承载能力的增加及技术的发展,钢丝缠绕预应力承载结构重量及结构
4、形式也在清华大学重型装备团队在近35年预应力钢丝不断的发展,其自身重量一般都达几百吨甚至几千缠绕结构工程实践的基础上,于21世纪初,提出了[8]吨。对于重量在300t以内的承载结构,尚可采用整嵌合结构(图1)。体制造方法,随着重量的增加,其制造难度增高、风险加大。通常由于多个环节能力和规模不足,无法完成其整体制造,而成为工程的瓶颈,极大地影响重型装备的发展。为解决更大吨位承载结构的设计、制造等困难,提出了钢丝缠绕预应力剖分组合[5]技术。设计结构先剖分及进行子件加工后再组合成整体,零件的尺度和重量大大降低,解决了加图1嵌合结
5、构模型图2010年7月26日收到第一作者简介:刘海霞(1977),博士,研究方向:材料科学与嵌合结构是经界面嵌合作用而将子件连接起工程。来的结构。嵌合结构摒弃键和键孔,采用摩擦系数*通信作者简介:颜永年(1938),博士研究生导师,研究方向:锻大而硬度略低的金属嵌合层代之,子件A1和A2的压机械。接触面经嵌合处理(多峰结构的处理),在预应力钢29期刘海霞,等:钢丝缠绕预应力嵌合结构基础性原理7275丝缠绕层的预紧下,多峰结构挤压入金属嵌合层,合板发生接触,产生接触效应(设峰体为刚性小产生一种不可逆的塑性接触,形成巨大的足
6、以抵抗球)。当预应力较小时,接触属于弹性接触范围,随Q的稳定摩擦力。嵌合结构首先考虑大幅度降低预着预应力的增大,接触也由初始的弹性接触变为弹紧件的刚度,用强度达到200MPa的丝材(如弹簧塑性接触(图2)。因此,将嵌合现象视为一种多峰[8]钢65Mn钢丝)代替细螺栓,相对刚度值进一步降弹塑性接触。到C=0.10.15左右。进入塑性变形阶段,接触区的金属开始流动。嵌合结构强调降低C值的同时,还进一步提高金属流动的结果将产生双尺度阻滞!现象。多峰预紧程度,将机架的预紧级数提高到=1.52,挤压形成的峰间隆起h为大尺度阻滞结
7、构,即产生则值大大下降。对一切重型预应力结构来说,这大尺度的机械阻挡效应;由表面粗糙度产生的阻滞一点是非常重要。如=2,C=0.12,则=2.6%。为小尺度阻滞结构,产生摩擦阻滞,即犁沟和粘着如此小的说明预紧件(钢丝层)承受的是一种准效应。因此可定义嵌合系数为静载荷,其疲劳强度是键合结构无法相比的。以上F==大+小。P分析说明,当预紧件刚度小到一定程度后,虽然外其中:大为大尺度机械阻挡对嵌合系数的贡献。多载荷的性质没有改变,但结构承载性质发生了质峰间的距离!值越小,峰间隆起值h将会减少,大变,它从承受典型的交变载荷转变
8、成准静载荷!降低;!值越大,峰沟数量减少,同样会降低大;小(近似静载荷);而被预紧件始终处于交变的压应力为小尺度犁沟及粘着效应的贡献。文献[8]具体地作用下,强度与疲劳强度不会有问题。嵌合结构另推导了嵌合系数,并得出∀0.62,同时经大量的实一个显著的优点在于:多峰结构的尺
