重型機床因其具有大自重、大載荷等特點，床身、立柱等大型構件的工作精度和壽命均直接受地基與基礎的影響。國內外專家針對土－結構動力相互作用，通過采用有限元分析法、邊界元法、有限差分法、離散元法、無限元法以及雜交混合法等對係統進行動態分析，為了簡化計算模型普遍將地基人工截取區考慮成矩形，然而根據波的傳播理論和力平衡方法，帶有圓錐頭的地基計算區更能反映真實狀況。
      考慮到樁基結構的地基-樁基-重型機床結構的複雜性，即使是較簡單的問題，其相互作用的激勵反應計算量也是非常大，所以在土-結構體係模型的簡化以及土的本構關係選擇上，不宜采用規模和複雜程度太高的模型，采用如圖所示的帶有圓錐地基二維平麵有限元模型來模擬地基-基礎-重型機床相互作用體係動力特性。
      為了降低計算機使用資源，保證重型數控機床與複合基礎節點關係(滑動導軌接觸關係)的對應性，地基-基礎-重型數控機床相互作用體係總體選擇四結點四邊形單元。在地基人工邊界處，為了更有效的得到仿真精度，將地基人工邊界處被破壞的四邊形單元做部分處理：用直線連接所有相鄰人工邊界與四邊形單元邊界線的交點，再連接人工邊界上交點與相鄰沒被破壞四邊形單元的左上角節點，組成人工邊界處的三角形單元，減小了利用矩形單元進行離散時的離散誤差。
      以某重型龍門數控銑床為例，重型龍門數控機床外輪廓尺寸為10m×5m，基礎形式為箱基，其結合麵邊界條件應用式計算，分別考慮地基在3種土質條件下係統的動態響應。
      對觀測點Z方向最大振幅數據采集，從0時刻起至振幅為0時止。由圖可知，當改變土壤土性時，觀測點的Z方向位移響應峰值從0.28mm降低到0.19mm，振動時間由0.7s增加到1.5s，這說明基礎剛度顯著影響著重型數控機床的動力響應。觀測點的位移響應峰值隨著地基剛度的減小而增大，這說明較硬的土體對衝擊力起到放大作用，而軟地基有明顯的吸振作用，可見不同土性的土壤對重型數控機床的加工精度起到關鍵作用。
      將重型機床-基礎-地基各處結合麵考慮成彈簧和阻尼的形式裝配到係統模型中，建立了重型機床－基礎－地基係統有限元模型，針對帶有圓錐的人工截取計算，提出了將人工截取區網格應用三角單元和四邊形單元組合的細化方法，該方法適合不同網格劃分的所有圓錐模型。對3種不同土性的地基進行了動態分析，結果表明：剛度較大的地基土可降低係統的響應峰值，可有效的提高重型機床的加工精度。

                                                                                專業從事機械產品設計│有限元分析│CAE分析│結構優化│技術服務與解決k8 kaifa
                                                                                                                                                      杭州那泰科技有限公司
                                                                              本文出自杭州那泰科技有限公司www.alllinkchina.com，轉載請注明出處和相關鏈接！