树脂基复合材料加工中心基础件结构材料设计与实验研究

摘要

近代一百多年以来，超高精密加工技术在制造业迅猛发展的过程中得到越来越多的应用，相应的机械配合精度以及测量技术精度都显著提高，精度正朝着微米、纳米级别稳步发展。传统的铸铁材料已不能满足越来越高的加工设备设计要求，以天然矿物石料等为骨料，树脂粘结剂为基体的树脂混凝土材料，具有高阻尼，高热稳定性等特点，在高精度机械加工设备领域已得到了一定的应用。负热膨胀材料（简称NTE）是指在温度变化情况下随温度的升高体积减小，其可作为填料制备可控热膨胀系数的复合材料。其中，钨酸锆是一种具有各向同性属性并且在大范围温度区间的负热膨胀材料，但是具体关于钨酸锆的深入工业应用的研究却并不多。而负热膨胀性材料对树脂混凝土的热稳定性有着重要的影响，故本文提出将钨酸锆作为填料加入树脂混凝土中并进行相关研究，为提高树脂混凝土的热学性能提供理论依据。
　　首先，本文基于数学优化的骨料堆积级配模型，建立了连续和非连续级配两种理论级配模型，通过求解两种模型并与现有级配模型对比，得到了高精度的骨料级配数据。其次，本文基于经典细观力学理论以及复合模型建立了树脂混凝土热膨胀系数的预测计算模型，并深入研究了界面结构对热膨胀系数的理论计算精度的影响，通过比较得到较为准确的热膨胀系数预测模型。再次，本文根据理论级配结果，建立了不规则多边形2D、3D骨料颗粒数学堆积模型，并运用有限元分析软件对树脂混凝土性能进行了仿真模拟，并将分析结果与传统铸铁材料进行对比，证明了树脂混凝土的理论性能优势。最后，为了探求负热膨胀性材料钨酸锆对作为填料对材料整体的性能影响，本文以树脂混凝土骨料连续与非连续级配、树脂与钨酸锆含量比和不同的树脂材料为因素设计了实验，制作了试样，进行了部分性能实验，研究了多个因素对树脂混凝土性能的影响并得到了相关结论。
　　本文的树脂混凝土热膨胀系数预测方程为后续研究提供了参考依据，同时在树脂混凝土加入钨酸锆填料以及二次混合的浇注方法也对高热稳定性树脂混凝土基础件制造提供了指导意义。

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字母注释表

第一章 绪论

1.1课题背景及研究意义

1.2树脂混凝土在机械行业应用现状

1.3负热膨胀性材料的应用研究现状

1.4本文的主要内容和结构安排

第二章 树脂混凝土材料的组分构成及性能概述

2.1树脂混凝土定义和成分

2.2树脂混凝土工艺概述

2.3本章小结

第三章 树脂混凝土热膨胀系数预测

3.1热膨胀系数物理意义简介

3.2复合材料热膨胀系数的预测方法

3.3本文建立的预测方法

3.4树脂混凝土钨酸锆填料热膨胀系数预测

3.5热膨胀系数预测方程验证

3.6本章小结

第四章 树脂混凝土试样的实验研究

4.1原料选择

4.2待测性能和测试仪器

4.3树脂混凝土试样制备及实验测试

4.4本章小结

第五章 树脂混凝土的堆积模型和性能模拟

5.1颗粒堆积模型

5.2树脂混凝土的3D颗粒堆积模型

5.3树脂混凝土的2D颗粒堆积模型

5.4树脂混凝土模型的有限元性能分析

5.5本章小结

第六章 总结与展望

6.1结论

6.2展望

参考文献

发表论文和科研情况说明

致谢