一種敞口槽腔腹板的剛度計(jì)算方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種敞口槽腔腹板的剛度計(jì)算方法，特別涉及一種一側(cè)敞口的槽腔的 腹板的剛度計(jì)算方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 框體零件中有一類零件具有多個(gè)敞口槽腔結(jié)構(gòu)特征，這類框體零件隨著精度提 高，零件剛性不夠、加工變形等因素導(dǎo)致數(shù)控可加工性越來越差，制造難度越來越大。業(yè)界 的研究主要采用虛擬仿真、有限元分析等手段，集中在機(jī)床、刀具、切削參數(shù)、走刀軌跡，切 削力等方面，忽略了對(duì)零件自身結(jié)構(gòu)剛性強(qiáng)弱的分析和研究，目前還不能精確計(jì)算表達(dá)敞 口槽腔結(jié)構(gòu)特征的剛性。工程實(shí)踐表明，敞口槽腔的底板即腹板的剛性強(qiáng)弱是影響框體零 件裝夾及加工質(zhì)量的首要因素。因此，精確計(jì)算腹板的剛性，可以為框體零件的裝夾方案設(shè) 計(jì)和框體零件的加工質(zhì)量控制帶來理論依據(jù)，從而對(duì)框體零件的裝夾方案設(shè)計(jì)和采取的工 藝策略形成理論指導(dǎo)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的還不能精確計(jì)算表達(dá)敞口槽腔腹板結(jié)構(gòu)特征的剛性的問 題，本發(fā)明提供了一種敞口槽腔腹板的剛度計(jì)算方法。本發(fā)明的一種敞口槽腔腹板的剛度 計(jì)算方法，其特征在于，所述的敞口槽腔一側(cè)敞口且腹板處處等厚，包括如下步驟：
[0004] 1)首先確定敞口槽腔的敞口邊緣的腹板的敞口中點(diǎn)是最弱剛度點(diǎn)；
[0005] 2)以最弱剛度點(diǎn)為懸臂梁的自由端，以腹板封閉區(qū)域的邊界的任意點(diǎn)為懸臂梁的 約束端，將腹板微分成微分梁，以懸臂梁彎曲模型為依據(jù)，按公式（1)計(jì)算微分梁剛度K。，
[0007] 3)對(duì)微分梁剛度計(jì)算表達(dá)式（1)沿腹板封閉區(qū)域的邊界積分，計(jì)算腹板最弱剛度 點(diǎn)的總體抗彎剛度KN，
[0009] 本發(fā)明相比于現(xiàn)有技術(shù)具有如下積極效果，本發(fā)明的一種敞口槽腔腹板的剛度計(jì) 算方法，將力學(xué)模型與工程實(shí)踐相結(jié)合，使工程問題能被精確表達(dá)；本發(fā)明的腹板剛度計(jì)算 方法基于懸臂梁彎曲模型，不需借助有限元等分析軟件，僅從框體零件的敞口槽腔特征為 出發(fā)點(diǎn)，快速計(jì)算出腹板剛度；得到的腹板剛度，能對(duì)加工過程中框體零件的裝夾方案和質(zhì) 量控制提供理論依據(jù)，從而減少專用工裝、縮短工裝制造周期，降低成本、提高效率。
【附圖說明】
[0010] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
[0011] 圖1是本發(fā)明的一種敞口槽腔腹板的剛度計(jì)算方法依據(jù)的懸臂梁彎曲變形模型 慣性矩示意圖。
[0012] 圖2是圖1的A-A截面示意圖。
[0013] 圖3是本發(fā)明的一種敞口槽腔腹板的剛度計(jì)算方法依據(jù)的懸臂梁受力示意圖。
[0014] 圖4是本發(fā)明的一種敞口槽腔腹板的剛度計(jì)算方法依據(jù)的敞口槽腔結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015] 圖5是本發(fā)明的敞口槽腔腹板是矩形的實(shí)施例簡化結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016] 圖6是本發(fā)明的敞口槽腔腹板是圓形的另一個(gè)實(shí)施例簡化結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017] 圖1是本發(fā)明的一種敞口槽腔腹板的剛度計(jì)算方法依據(jù)的懸臂梁受力示意圖，圖 2是圖1的A-A截面圖，截面為矩形，其中Z是彎曲變形的中性軸，則懸臂梁截面對(duì)相對(duì)于Z 軸的慣性矩I計(jì)算公式如（1-1):
[0018]
(1-1)
[0019]公式（1-1)中，
[0020] I:懸臂梁截面相對(duì)于Z軸的慣性矩，
[0021] m:矩形長度，
[0022] η:矩形寬度，
[0023] 圖3是一種敞口槽腔腹板的剛度計(jì)算方法依據(jù)的懸臂梁受力示意圖。懸臂梁自由 端的剛性最弱點(diǎn)受到的集中載荷F，產(chǎn)生彎曲變形值ω，按懸臂梁彎曲變形力學(xué)模型，用公 式（1-2)計(jì)算懸臂梁自由端的剛性最弱點(diǎn)彎曲變形值ω，
[0025] (1_2)公式中：
[0026] ω :懸臂梁自由端的剛性最弱點(diǎn)的彎曲變形值；
[0027] F :懸臂梁自由端受到的集中載荷；
[0028] E :楊氏模量；
[0029] I:懸臂梁截面相對(duì)于Z軸的慣性矩；
[0030] 1 :懸臂梁的長度；
[0031] k1:懸臂梁自由端的剛性最弱點(diǎn)的抗彎剛度。
[0032] 當(dāng)懸臂梁截面為矩形，則代入公式（1-1)得出懸臂梁自由端的剛性最弱點(diǎn)的抗彎 剛度h的計(jì)算公式（1-3)
[0034]圖4是一種敞口槽腔腹板的剛度計(jì)算方法依據(jù)的敞口槽腔結(jié)構(gòu)示意圖，腹板敞口 AB處的中點(diǎn)是O點(diǎn)，也是剛性最弱點(diǎn)，根據(jù)上述懸臂梁自由端的剛性最弱點(diǎn)的抗彎剛度Ic1 的計(jì)算公式（1-3)，得出任意微分梁剛性最弱點(diǎn)的抗彎剛度的解析表達(dá)式
(1)
[0036] 式中：
[0037] K。:微分梁自由端的抗彎剛度；
[0038] t :腹板厚度；
[0039] ds :微分梁寬度；
[0040] I (S):微分梁的長度表示為S的函數(shù)；
[0041] 沿腹板封閉區(qū)域的邊界進(jìn)行積分，得到腹板剛性最弱點(diǎn)的總體抗彎剛度Kn
(2)
[0043] 圖5是本發(fā)明的敞口槽腔腹板是矩形的實(shí)施例簡化結(jié)構(gòu)示意圖。由于腹板形狀是 矩形，敞口中點(diǎn)就是矩形邊的幾何中點(diǎn)，圖中腹板敞口 BC處的幾何中點(diǎn)是N，也是剛性最弱 點(diǎn)，dx和dy都表示腹板ABCD的微分梁的寬度，在腹板形狀是矩形的實(shí)施例中，建立矩形腹 板結(jié)構(gòu)簡化模型，推導(dǎo)后得到剛度計(jì)算表達(dá)式（3)，如下：
[0049] 式中：
[0050] KN:腹板抗彎剛性最弱點(diǎn)的抗彎剛度；
[0051] KNa:長度方向的最弱抗彎剛度；
[0052] KNb:寬度方向的最弱抗彎剛度；
[0053] KN1:寬度方向微分梁的最弱抗彎剛度；
[0054] Kn2 :長度方向微分梁的最弱抗彎剛度；
[0055] a :腹板長度；
[0056] b :腹板寬度；
[0057] 圖6是本發(fā)明的敞口槽腔腹板是圓形的另一個(gè)實(shí)施例簡化結(jié)構(gòu)示意圖。由于腹板 形狀是圓形，開敞腹板區(qū)域?qū)?yīng)的角平分線與腹板就是矩形邊的幾何中點(diǎn)，圖中腹板敞口 MN處的中點(diǎn)是A，也是剛性最弱點(diǎn)，ds是微分梁的寬度，在腹板形狀是圓形的另一個(gè)實(shí)施例 中，建立圓形腹板結(jié)構(gòu)簡化模型，得到最弱剛性處剛度計(jì)算表達(dá)式（4):
[0061] 式中：
[0062] K3:圓形腹板最弱點(diǎn)的抗彎剛度；
[0063] KA:微分梁最弱點(diǎn)的抗彎剛度；
[0064] R :圓形腹板半徑；
[0065] α :開敞腹板區(qū)域?qū)?yīng)的圓心角；
[0066] Θ :微分梁對(duì)應(yīng)的圓心角。
[0067] 以上所述的僅是本發(fā)明的具體實(shí)施例，應(yīng)當(dāng)理解本發(fā)明并非局限于本文所披露的 形式，本文所披露的形式不應(yīng)看做是對(duì)其他具體實(shí)施例的排除。本領(lǐng)域人員所進(jìn)行的改動(dòng) 和變化只要不脫離本發(fā)明的精神和范圍，都應(yīng)在本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種敞口槽腔腹板的剛度計(jì)算方法，其特征在于，所述的敞口槽腔一側(cè)敞口且腹板 處處等厚，包括如下步驟： 1) 首先確定敞口槽腔的敞口邊緣的腹板的敞口中點(diǎn)是最弱剛度點(diǎn)； 2) 以最弱剛度點(diǎn)為懸臂梁的自由端，以腹板封閉區(qū)域的邊界的任意點(diǎn)為懸臂梁的約束 端，將腹板微分成微分梁，以懸臂梁彎曲模型為依據(jù)，按公式（1)計(jì)算微分梁剛度K。，3) 對(duì)微分梁剛度計(jì)算表達(dá)式（1)沿腹板封閉區(qū)域的邊界積分，計(jì)算腹板最弱剛度點(diǎn)的 總體抗彎剛度Kn，
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種敞口槽腔腹板的剛度計(jì)算方法，用于精確計(jì)算該類結(jié)構(gòu)的腹板剛度。該方法以懸臂梁彎曲力學(xué)模型為基礎(chǔ),首先確定腹板最弱剛度點(diǎn)，并以該點(diǎn)為懸臂梁的自由端，將腹板微分成懸臂梁彎曲模型，得到微分剛度計(jì)算表達(dá)式，然后對(duì)該表達(dá)式沿腹板邊界積分，得到腹板最弱剛度點(diǎn)的剛度精確表達(dá)式。本發(fā)明的剛度計(jì)算方法不需借助有限元等分析軟件，僅從框體零件的敞口槽腔特征為出發(fā)點(diǎn)，快速計(jì)算出腹板剛度，能對(duì)加工過程中框體零件的裝夾方案和質(zhì)量控制提供理論依據(jù)，從而減少專用工裝、縮短工裝制造周期，降低成本、提高效率。
【IPC分類】G06F19/00
【公開號(hào)】CN105046058
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510354828
【發(fā)明人】駱金威, 林勇, 隋少春, 牟文平
【申請(qǐng)人】成都飛機(jī)工業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司
【公開日】2015年11月11日
【申請(qǐng)日】2015年6月25日