ANASYS有限元计算与材力公式计算结果比较
ANASYS有限元计算与材力公式计算结果比较
摘要：基于有限元单元法理论，使用ANASYS软件计算悬臂和两端固定两种梁在简单荷载作用下的位移与应力，并与使用材料力学公式计算的结果作比较，分析误差产生的原因，以加深对有限单元法的理解。
关键词：ANASYS；有限元；材料力学
ANASYS FEM calculation and build formula results Abstract：Based on the theory of finite element method yuan, calculated using software ANASYS cantilever beam and two fixed ends in a simple load of displacement and stress, and the use of the mechanical formula for the results of comparative analysis of the reasons for the error, to deepen the understanding of the finite element method.
Key words: ANASYS; finite element method; material mechanics
1.前言
有限单元法是当今工程分析中获得最广泛应用的数值计算方法，其分析的基本概念是用较简单的问题代替复杂问题后再求解。它将求解域看成是由许多称为有限元的小的互连子域组成，对每一单元假定一个合适且较简单的近似解，然后推导求解这个域总的满足条件，从而得到问题的解。这个解不是准确解，而是近似解，因为实际问题被较简单的问题所代替。由于大多数实际问题难以得到准确解，而有限元不仅计算精度高，而且能适应各种复杂形状，因而成为行之有效的工程分析手段。ANSYS软件是融结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型通用有限元分析软件。由世界上最大的有限元分析软件公司之一的美国ANSYS开发。软件主要包括三个部分：前处理模块，分析计算模块和后处理模块。前处理模块提供了一个强大的实体建模及网格划分工具，可以方便地构造有限元模型，分析计算模块包括结构分析（可进行线性分析、非线性分析和高度非线性分析）、流体动力学分析、电磁场分析、声场分析等，软件提供了100种以上
的单元类型，用来模拟工程中的各种结构和材料。本文基于有限元模拟悬臂梁和两端固定梁受集中力和均布力过程的分析材料应力和位移的方法。通过比较材料力学计算所得的应力和位移，修正后得出最后结果。经检验，ANSYS 有限元分析软件得到的应力和位移与材料实际的应力位移吻合得较好，因此，验证了有限元模型和材料模拟的正确性。
2.基本原理和公式
变分原理实际是把求解偏微分方程边值问题转换为求解某一泛函的最小值问题。有限元法是以变分原理和近似插值离散为基础的。该方法首先利用变分原理把所要求解的边值问题转化为相应的变分问题，也就是泛函极值问题，然后利用对场域的网格剖分离散和在单元上对场函数的插值近似，将变分问题转化为普通多元函数的极值问题，最终归结为一个代数方程组，解之即得待求边值问题的数值解。主要过程为：1.建立计算模型（结构离散化，划分单元，节点编号等）；2. 计算单元刚度矩阵；3. 形成整体刚度矩阵；4. 计算整体节点力；5. 引入位移边界条件；6. 求解整体平衡方程；7. 回代求解单元应力等对于不同物理性质和数学模型的问题,有限元求解法的基本步骤是相同的,只是具体公式推导和运算求解不同。
材料力学计算公式：
（1）均布力作用下的悬臂梁， 2()()2q l x M x -=
，()z M x y
I σ= （2）集中力作用下两端固支梁，()82Fl Fx M x =
- (0 ) 3()28Fx Fl M x =- (2 l 3.ANSYS 有限元计算 在结构分析中， ANSYS 有限元分析软件对构件进行模拟，应考虑各种分析因 素，选择合适的有限元单元类型，确定线性或非线性的问题等等。ANSYS 分析GUIF 方式操作主要为三个步骤： 1. 创建有限元模型。 2. 施加荷载进行求解。 3. 查看结果。 对于钢筋混凝土结构分析中单元划分通常基于两个层次：梁杆单元和实体单元。前者着重分析单元力（包括力和弯矩）与位移（包括位移与转角）之间的关系，而后者着重于分析单元应力—应变分布，由于本次计算着重于位移和应力分析，所以采用PLANE42三角形三节点单元，创建二维平面单元。 图1给出了PLANE42单元的几何形状。 现在选取截面分别为1000mm ×300mm ，1000mm ×500mm ，1000mm ×600mm ，跨 度为3000mm 的三根梁（悬臂梁和两端固定两种梁，其中悬臂梁施加5 KN/m 均布力，两端固定梁施加5 KN 集中力），即l/h ＝10，6，5，对这六根梁进行ANSYS 模拟，研究悬臂梁在均布力作用下，两端固支梁在集中力作用下的应力和位移，同时考虑跨高比的影响，由于是平面单元的模拟，梁厚度取单位1m ，最后输出应力和位移结果图如图2～图15所示。 4.材料力学数值计算 1）悬臂梁 （1）应力 每个截面边缘最大应力：() z M x W σ= 26z bh W = 所以2 2 3()q l x bh σ-= （2）位移 因为2 ()()2q l x M x -=- 2''()()2 q EIW M x l x =-= - 311 '()23q EIW l x C =-?-+ 412()24 q EIW l x C x C =-++ 在x=0 处，0W =,'0W = 所以 316q C l = 4224q C l =- 434()24624 q q q EIW l x l x l =-+- 当x=l 时W 最大， 4 8q W l EI = 所以截面尺寸为1000300?的梁： 最大应力为 22 22 335(3000) 1.51000300ql bh σ??===? N/mm 2 最大位移为4 443 12530000.75883101000300 q W l EI ??===???? mm 截面尺寸为的1000500?梁：最大应力为 22 22 335(3000)0.541000500ql bh σ??===? N/mm 2 最大位移为4 443 12530000.162883101000500 q W l EI ??===????mm 截面尺寸为的1000600?梁： 最大应力为 22 22 335(3000)0.3751000600 ql bh σ??===? N/mm 2 最大位移为4 443 12530000.0937883101000600q W l EI ??===???? mm 2）两端固定梁 查结构力学可知：梁弯矩图如图： 取半边结构 （1）应力 跨中最大应力z M W σ= 26z bh W = 所以2 34FL bh σ= （2）位移 因为()2 ()82 l F x Fl M x -=- ''()82 Fl Fx EIW M x =-=- 211 '84 Fl EIW x Fx C =-+ 23121 1612 Flx EIW Fx C x C =-++ 在x=0 处，0W =,'0W = 所以 10C = 20C = 23 1 1612 Flx EIW Fx =- 当x=2l 时W 最大， 3 33 19216F Fl W l EI Ebh == 所以截面尺寸为1000300?的梁： 最大应力为2 34FL bh σ= =0.125 N/mm 2 最大位移为3 3 16Fl W Ebh = =0.0104mm 截面尺寸为的1000500?梁： 最大应力为2 34FL bh σ= =0.045N/mm 2 最大位移为3 3 16Fl W Ebh = =0.00225mm 截面尺寸为的1000600?梁： 最大应力为2 34FL bh σ= =0.03125 N/mm 2 最大位移为3 3 16Fl W Ebh = =0.001303mm 5.误差分析与比较 将ANSYS 分析输出的结果与材料力学计算得的结果列表如下， 注：1.应力单位为N/mm 2，位移单位为mm 。 2.跨度为3000mm ， l/h ＝10，6，5。 由上表所列数据，比较ANSYS分析结果和材料力学结果得出的误差可知：（1）最大误差为33.8％，不超过50％。 （2）均布力作用下的悬臂梁比集中力左右下的两端固支梁结果误差要小。（3）对悬臂梁，应力结果比起位移结果误差偏大，相反，对两端固支梁，应力结果比位移结果误差小。 （4）在容许跨高比范围内，随着跨高比增加，位移误差越来越小。应力误差趋之于大。 分析误差产生原因： 有限元法分析的概念是用较简单的问题代替复杂问题，得到的是一个近似解，非准确解，存在误差是不可避免的。基于有限元法的理论，用ANSYS软件分析结构，对结果的主要影响因素有：模拟的单元类型选择，节点选择，建模方式，网格划分精度和约束边界条件简化以及荷载施加条件，另外，网格质量，材料参数等都对结果有一定的影响。在静力分析当中，网格划分越密，应力分析结果准确度越高。对于简单的结构，经过ANSYS简化分析，得出的结果一般比较准确，与材料力学结果吻合得较好。而对于较复杂的结构，材料力学计算与实际值相差就较大，ANSYS分析结果的准确性很大程度上就取决于建模和边界条件等是否合理了。ANSYS分析的结果值误差通常在10％左右，如果不选择其他单元，而只选择在节点上施加荷载或应力集中处的单元，误差值有可能达到50％或以上。 针对本次计算分析，基于ANSYS误差估计，主要有： （1）悬臂梁比两端固定梁结构简单，因此应力与位移结果较准确，与材料力学结果相近。 （2）由于只进行ANSYS一次计算分析，没有重新划分网格进行二次分析比较可能网格划分精度不足，导致应力值误差较大。 （3）位移误差比应力误差小，悬臂梁位移结果与材料力学结果基本吻合，两端固支梁由于跨中作用一集中力，选取结果值的单元为施加荷载或应力集中附近处，所以误差偏离较大，但是也在可理解的合理范围内。 （4）由于选择的单元类型为三节点的三角形单元，此单元计算精度不高，一般结构分析中不推荐使用。 6.结论 本文通过比较悬臂梁和两端固支梁的有限元分析和材料力学计算的应力、位移结果，得出以下结论： ANSYS通用有限元分析软件，具有极强的前后处理功能和较高的分析精度，并且使用方便，静力分析建模迅速快捷，简单结构的ANSYS分析结果和材料力学的结果非常接近，精度高。 参考文献 【1】王勖成.有限单元法.北京：清华大学出版社，2003 【2】李开泰.有限单元方法及其应用.陕西：西安交通大学出版社，1988 【3】刘尔烈等.有限单元法及程序设计.天津：天津大学出版社，1999 【4】刘涛等.精通ANSYS.北京：清华大学出版社，2002 【5】郝文化.ANSYS土木工程应用实例[M].北京：中国水利水电出版社，2005【6】ANSYS中国公司.ANSYS建模及网络划分指南.2002 【7】ANSYS结构有限元高级分析方法与范例应用.北京：中国水利水电出版社，2006 小学数学1-6年级所有定义、公式、单位换算 二、从一点引出两条射线，就组成了一个角。角的大小与两边叉开的大小有关，与边的长短无关。角的大小的计量单位是（°）。 三、角的分类：小于90度的角是锐角；等于90度的角是直角；大于90度小于180度的角是钝角；等于180度的角是平角；等于360度的角是周角。 四、相交成直角的两条直线互相垂直；在同一平面不相交的两条直线互相平行。 五、三角形是由三条线段围成的图形。围成三角形的每条线段叫做三角形的边，每两条线段的交点叫做三角形的顶点。 六、三角形按角分，可以分为锐角三角形、直角三角形和钝角三角形。 按边分，可以分为等边三角形、等腰三角形和任意三角形。 七、三角形的内角和等于180度。 八、在一个三角形中，任意两边之和大于第三边。 九、在一个三角形中，最多只有一个直角或最多只有一个钝角。 十、四边形是由四条边围成的图形。常见的特殊四边形有：平行四边形、长方形、正方形、梯形。 十一、圆是一种曲线图形。圆上的任意一点到圆心的距离都相等，这个距离就是圆的半径的长。通过圆心并且两端都在圆的线段叫做圆的直径。 十二、有一些图形，把它沿着一条直线对折，直线两侧的图形能够完全重合，这样的图形就是轴对称图形。这条直线叫做对称轴。 十三、围成一个图形的所有边长的总和就是这个图形的周长。 十四、物体的表面或围成的平面图形的大小，叫做它们的面积。 十五、平面图形的面积计算公式推导： 【1】平行四边形面积公式的推导过程？ ①把平行四边形通过剪切、平移可以转化成一个长方形。 ②长方形的长等于平行四边形的底，长方形的宽等于平行四边形的高，长方形的面积等于平行四边形的面积。 ③因为：长方形面积=长×宽，所以：平行四边形面积=底×高。即：S=ah。 【2】三角形面积公式的推导过程？ ①用两个完全一样的三角形可以拼成一个平行四边形。 ②平行四边形的底等于三角形的底，平行四边形的高等于三角形的高，三角形面积等于和它等底等高的平行四边形面积的一半 ③因为：平行四边形面积=底×高，所以：三角形面积=底×高÷2。即：S=ah ÷2。 【3】梯形面积公式的推导过程？ ①用两个完全一样的梯形可以拼成一个平行四边形 ②平行四边形的底等于梯形的上底和下底的和，平行四边形的高等于梯形的高，梯形面积等于平行四边形面积的一半 ③因为：平行四边形面积=底×高，所以：梯形面积=（上底＋下底）×高÷2。即：S=（a+b）h÷2。 【4】画图说明圆面积公式的推导过程 （一）单桩承载力特征值是什么？ 1、单位桩体所能承受的极限荷载力也就是最大静载试验压力除以安 全系数2.0得出的标准值 2、指单桩在外荷载作用下，不丧失稳定，不产生过大变形所能承受的最大荷载特征值。符号为Ra 3、由荷载试验测定的单桩压力变形曲线线性变形段内规定的变形所对应的压力值，其最大值为比例界限值 （二）最近在搞水泥土搅拌桩（桩径500mm），设计给的复合地基承 载力特征值是250kp，现在要计算单桩承载力特征值，应该怎么计算？《建筑地基处理技术规范》JGJ79-2002上有公式计算，但是有好多公式中的符号不知道是什么意思，求高手解答。另外，能不能根据复合地基承载力的特征值推算出单桩的承载力特征值？ 楼主的原意是不是这样：设计给的水泥搅拌桩复合地基承载力特征值是250kp，这是设计要求，桩径500mm，其它还不太清楚，在此条件下，可以按下述步骤依据3楼公式反算： 首先参数确定： fspk─复合地基承载力特征值250kPa，设计要求值； Ap─搅拌桩截面积（m2），500mm桩径为0.19625m^2； fsk─桩间土承载力特征值（kPa），可查勘察报告确定，一般水泥搅拌桩加固作复合地基的地层承载力都不高，假设查勘察报告应取100kPa； m─面积置换率，由计划的加固桩桩间距确定，我们暂时假设按 3d桩间距布桩，则置换率为0.19625/(1.5*1.5)=0.0872； β─桩间土承载力折减系数，一般取0.7。 按3楼搅拌桩复合地基承载力特征值一般可按下式估算： fspk=m（Ra/Ap）＋β（1－m）fsk 则要求的单桩竖向承载力特征值： Ra=Ap（fspk-β（1－m）fsk）/m =0.19625（250-0.7（1-0.0872）100）/0.0872=418.8（kN）就是说按3d桩间距均布500mm搅拌桩，要达到设计要求的 250kPa复合地基承载力需要，当地桩间土承载力特征值为100kPa时，要求的搅拌桩单桩竖向承载力特征值为420kN，按此方案，就可依据 勘察报告提供的搅拌桩桩基参数，进一步确定单颗搅拌桩应该多长，能够达到420kN。 上述步骤才是正确的确定满足设计需要的单桩竖向承载力特征值的正确方法。 切削力计算的经验公式 通过试验的方法，测出各种影响因素变化时的切削力数据，加以处理得到的反映各因素 与切削力关系的表达式， 称为切削力计算的经验公式。在实际中使用切削力的经验公式 有两种：一是指数公式，二是单位切削力 1 .指数公式 mnr. blsz. org 5L 切遗鮒 wire. 5L EI . arg 进给力 TUT . Sisi, org ■51 勺!逍网 mrw. I I ZEZ . OTj? 进给力（ 式中F c 主切削力 N ); G 、 C fp 、 C ff 系数，可查表2-1 ; 51 制造個 nnr. 54空 n. org X fc y fc 、 n fc 、 X fp 、 y f p 、 n fp 、 x ff 、 y ff 、 n ff 指数，可查表2-1。 背向力 …七-5) (2-6) 背向力（ 主切削力 制逍耀 nnr. 51si. org 2 ?单位切削力 M nv. blzz. org 单位切削力是指单位切削面积上的主切削力，用 51 nr. bhz. org kc=Fc/A d=Fc/(a p ? f)=F c/(b d ? h d) (2-7) 式中A D ------ 切削面积（mm 2）； TWT . bhz. org a p ------------ 背吃刀量（mm ）； TUT . 51a i. org f - ------- 进给量（mm/r ）； 斑钊遗時 nnr. Bizi, org E=k c ? 3p ? f=k c ?h d ?b d (2-8) h d -------------- 切削厚度（mm ）； VYV. Slsz. OTF! b d -------------- 切削宽度（mm ） 51 划 网 wm. 5132. org 已知单位切削力 k c ,求主切削力 51 制nv. 51zz. org F c K Fc 、 K FP K Ff — 修正系数，可查表2-5 表2-6 ■5 I 韦lift 刈 T1TU. 512Z. OTI! kc 表示，见表2-2。 51 制遗M wmr. iliz. orp 创制遗您 wic org 各种单位换算及公式 长度单位面积单位 1 in = 25.4 mm 1 in 2 = 6.45 cm2 1 ft = 0.3048 m 1 ft2 = 0.09 3 m2 1 micron = 0.001 mm 体积单位 1 litre = 0.001 m3 1 cu.ft. = 0.0283 m3 1 cu.in. = 16.39 cm3 1 fluid oz.(imp) = 28.41 mL 1 fluid oz.(us) = 29.57 mL 1 gal(imp) = 4.546 L 1 gal(us) = 3.79 L 温度单位 (°F-32)X5/9=℃K-273.15 = ℃ 功及能量单位 1 Nm = 1 J 1 kgm = 9.807 J 1 kW/hr = 3.6 MJ 1 lbft = 1.356 J 功率单位 1 Nm/sec = 1 W 1 lbft/sec = 1.356 W 1 kgm/sec = 9.807 W 1 Joule/sec = 1 W 1 H.P.(imp) = 745.7 W 质量单位 1 lb = 453.6 g 1 tonne = 1000 kg 1 ton(imp) = 1016 kg 1 ton(us) = 907. 2 kg 流量计算公式 Q = Cv值X 984 = Kv值X 1100 Cv = So ÷ 18 力单位 1 kgf = 9.81 N 1 lbf = 4.45 N 1 kp(kilopound) = 9.81 N 1 poundal = 138.3 mN 1 ton force = 9.964 kM 力矩单位 1 kgm = 9.807 Nm 1 ft. poundal = 0.0421 Nm 1 in lb = 0.113 Nm 1 ft lb = 1.356 Nm 压力单位 1 psi = 6.89 kPa 1 kgf/cm 2 = 98.07 kPa 1 bar = 100 kPa 1 bar = 14.5 psi 1 mm mercury = 133.3 Pa 1 in mercury = 3.39 kPa 1 Torr = 133.3 Pa 1 ft water = 0.0298 bar 1 bar = 3.33 ft water 1 atmosphere = 101.3 kPa 1 cm water = 97.89 Pa 1 in water = 248.64 Pa 换算表 1psi=6.895kPa=0.07kg/cm2=0.06895bar=0.0703atm 1standard atmosphere=14.7psi=101.3kPa=1.01325bar 1kgf/cm2 = 98.07kPa=14.22psi = 28.96ins mercury 1m3 = 1000000cm3 1cu ft/min = 28.3 l/min 地基容许承载力的确定方法 地基的容许承载力是单位面积上容许的最大压力。容许承载的基本要素是：地基土性质；地基土生成条件；建筑物的结构特征。极限承载力是能承受的最大荷载。将极限承载力除以一定的安全系数，才能作为地基的容许承载力。 浆砌片石挡墙地基承载力达不到设计要求时,将基础改为砼基础是为了增加挡墙的整体性.这也只能是相差不大时才行.一般来说要深挖直至达到要求.如果深挖不行只有扩大基础,降低压强.或者改为其它方案 从现场施工的角度来讲地基，地基可分为天然地基、人工地基。地基就是基础下 地基；而在地质状况不佳的条件下，如坡地、沙地或淤泥地质，或虽然土层质地较好，但上部荷载过大时，为使地基具有足够的承载能力，则要采用人工加固地基，即人工地基 地基容许承载力与承载力特征值 所有建筑物和土工建筑物地基基础设计时，均应满足地基承载力和变形的要求，对经常受水平荷载作用的高层建筑高耸结构、高路堤和挡土墙以及建造在斜坡上或边坡附近的建筑物，尚应验算地基稳定性。通常地基计算时，首先应限制基底压力小于等于地基容许承载力或地基承载力特征值( 设计值) ，以便确定基础的埋置深度和底面尺寸，然后验算地基变形，必要时验算地基稳定性。 地基容许承载力是指地基稳定有足够安全度的承载能力，也即地基极限承载力除以一安全系数，此即定值法确定的地基承载力；同时必须验算地基变形不超过允许变形值。地基承载力特征值是指地基稳定有保证可靠度的承载能力，它作为随机变量是以概率理论为基础的，分项系数表达的极限状态设计法确定的地基承载力；同时也要验算地基变形不超过允许变形值。因此，地基容许承载力或地基承载力特征值的定义是在保证地基稳定的条件下，使建筑物基础沉降的计算值不超过允许值的地基承载力。 地基容许承载力:定值设计方法 承载力特征值:极限状态设计法 按定值设计方法计算时,基底压力P不得超过修正后的地基容许承载力. 切削力的经验公式 目前，人们已经积累了大量的切削力实验数据，对于一般加工方法，如车削、孔加工和铣削等已建立起了可直接利用的经验公式。 测力实验的方法有单因素法和多因素法，通常采用单因素法。即固定其它实验条件，在切削时分别改变背吃刀量ap和进给量f，并从测力仪上读出对应切削力数值，然后经过数据整理求出它们之间的函数关系式。 通过切削力实验建立的车削力实验公式，其一般形式为： 注意：切削力实验公式是在特定的实验条件下求出来的。在计算切削力时，如果切削条件与实验条件不符，需乘一个修正系数KF，它是包括了许多因素的修正系数乘积。修正系数也是用实验方法求出。 三、单位切削力、切削功率和单位切削功率 1、单位切削力p：是指切除单位切削层面积所产生的主切削力。可用下式表示： 上式表明，单位切削力p与进给量f有关，它随着进给量f增大而减小。单位切削力p不受背吃刀量ap的影响。 单位切削力p可查手册，利用单位切削力P来计算主切削力Fz较为简易直观。 2、切削功率Pm：消耗在切削过程中的功率称为切削功率Pm(国标为Po)。 切削功率为力Fz和Fx所消耗的功率之和，因Fy方向没有位移，所以不消耗功率。于是 Pm=(FzVc+Fxnwf/1000)×10-3 其中：Pm—切削功率（KW）； Fz—切削力（N）； Vc—切削速度（m/s）； Fx—进给力（N）； nw—工件转速（r/s）； f—进给量（mm/s）。 式中等号右侧的第二项是消耗在进给运动中的功率，它占总功率5%左右，可以略去不计，于是 Pm=FzVc×10-3 按上式求得切削功率后，如要计算机床电动机的功率（PE）以便选择机床电动机时，还应考虑到机床传动效率。 PE≥Pm/ηm 式中：ηm—机床的传动效率，一般取为0.75～0.85，大值适用于新机床，小值适用于旧机床。 3、单位切削功率Ps 单位切削功率Ps是指单位时间内切除单位体积金属Zw所消耗的功率。 四、切削力的变化规律 实践证明，切削力的影响因素很多，主要有工件材料、切削用量、刀具几何参数、刀具材料刀具磨损状态和切削液等。 1、工件材料 （1）硬度或强度提高，剪切屈服强度τs增大，切削力增大。 （2）塑性或韧性提高，切屑不易折断，切屑与前刀面摩擦增大，切削力增大。 2、切削用量 重量单位换算 1吨=1000千克 1吨=1000 000克 吨：吨是重量单位;公制一吨等于1000公斤：计算船只容积的单位;一吨等于2.83立方米（合100立方英尺）。 1千克=1000克 500克=1斤 千克：克;(符号kg或㎏)为国际单位制中量度质量的基本单位;千克也是日常生活中最常使用的基本单位之一。一千克的定义就是国际千克原器的质量;几乎与一升的水等重。 1千克=1公斤 1公斤=2斤 公斤;或称千克;(符号kg或㎏)为国际单位制中量度质量的基本单位;千克也是日常生活中最常使用的基本单位之一。 人民币单位之间的换算 方法：人民币单位之间是十进制关系。 1元=10角 元：货币单位;人民币是中华人民共和国大陆地区的法定货币符号,人民币的单位为元;人民币辅币单位为角、分。人民币货币符号为“￥”;譬如;人民币100元;可写作;RMB￥100(区别于日元);或￥100。 1角=10分 角：货币单位;一元钱的十分之一。 1元=100分 分：货币单位;一元钱的百分之一。 时间单位换算 1世纪=100年 1年=12个月 世纪：计算年代的单位;一百年为一个世纪。 大月(31天)有:1\3\5\7\8\10\12月 大月：指阳历(公历)有三十一天的月份;公历每年一﹑三﹑五﹑七﹑八﹑十﹑十二这七个月为大月;均三十一天。 小月(30天)的有:4\6\9\11月 小月：指阳历一个月三十天或农历一个月二十九天的月份。 平年2月28天,闰年2月29天 平年：阳历或阴历中无闰日的年;或阴阳历中无闰月的年。 平年全年365天,闰年全年366天 闰年：阳历或阴历中有闰日的年;或阴阳历中有闰月的年。 1日=24小时 1时=60分 日：以地球自转周期为基准的时间单位;等于86400s。 分：时间的辅助单位。 1分=60秒 1时=3600秒 秒：时间的基本单位。 长度单位换算 地基承载力特征值计算方 法梳理 Prepared on 22 November 2020 地基承载力特征值计算方法梳理 地基承载力计算是地基计算中重要且最基本的工作，一直以来，不少设计人员只习惯于深宽修正的计算方法，对于地基承载力的概念以及各种计算方法认识不清。故对于地基承载力的基本概念、地基设计的理念以及在地基设计过程中多种地基承载力计算方法及其综合应用，需要进行必要的梳理和说明。 1 地基承载力特征值的概念 关于地基承载力的概念，应当从地基土和结构两个方面来认识。 “地基承受荷载的能力称为地基的承载力。通常区分为两种承载力，一种称为极限承载力，它是指地基即将丧失稳定性时的承载力。另一种称为容许承载力，它是指地基稳定有足够的安全度并且变形控制在建筑物容许范围内时的承载力”。地基极限承载力不仅与地基土的性质有关，还与基础的形式、形状、埋置深度、宽度等有关。“而容许承载力则还与建筑物的结构特性等因素有关”。 基础构建必须既要保证基底压力处于安全的应力水平，又要将沉降控制在容许的范围内。 2 地基承载力特征值与地基设计的关系 基本建设程序是“先勘察、后设计、再施工”。勘察单位的工作成果是岩土工程勘察报告（以前是工程地质勘察报告）。设计单位依照勘察报告进行地基基础设计。勘察报告的地基评价内容包括地基承载力，这是设计人员最为关心的。 以天然地基上的浅基础为例，得到勘察报告当中的地基承载力建议值，经过计算就能得出深宽修正后的地基承载力fa值，据此就可以设计基础尺寸并展开基础设计的后续工作。 在这一设计流程当中，存在着某些不正确的倾向，有的设计人员认为勘察报告建议值可以放心大胆采用，反正出了问题是勘察单位负责。 对于勘察报告给出的包括地基承载力建议值在内的岩土设计参数，应当加以正确理解与使用，需要有一个再分析的过程，这个过程其实也是地基设计的一个过程。可以看出，前述的设计流程看似顺理成章，其实不然，主要的问题就在于容易忽视重要环节——地基设计。 地基评价和地基计算都属于地基设计的范畴。正如工程勘察大师顾宝和先生所指出的“地基承载力的建议值目前虽然一般由勘察报告提出，但不同于岩土特性指标，本质是地基基础的设计。” 3 fa计算方法的梳理 地基承载力计算公式很多，有理论的、半理论半经验的和经验统计的，它们大都包括三项： 1. 反映粘聚力c的作用； 2. 反映基础宽度b的作用； 3. 反映基础埋深d的作用。 在这三项中都含有一个数值不同的无量纲系数，称为承载力系数，它们都是内摩擦角φ的函数。下面介绍三种典型的承载力公式。 a.太沙基公式 式中： Pu——极限承载力，Ka c ——土的粘聚力，KPa γ——土的重度，KN/m，注意地下水位下用浮重度； b，d——分别为基底宽及埋深，m； Nc，Nq，Nr——承载力系数，可由图8.4.1中实线查取。 图8.4.1 对于松砂和软土，太沙基建议调整抗剪强度指标，采用 c′=1/3c ， 此时，承载力公式为： 式中Nc′，Nq′，Nr′——局部剪切破坏时的承载力系数，可由图8.4.1中虚线查得。 对于宽度为b的正方形基础 对于直径为b′的圆形基础 b.汉森承载力公式 式中Nr，Nq，Nr——无量纲承载力系数，仅与地基土的内摩擦角有关，可查表8.4.1 表8.4.1承载力系数Nc，Nq，Nr值 Nc Nq Nr Nc Nq Nr 0 5.14 1.00 0.00 24 19.32 9.60 6.90 2 5.6 3 1.20 0.01 26 22.25 11.85 9.53 4 6.19 1.43 0.0 5 28 25.80 14.72 13.13 6 6.81 1.72 0.14 30 30.14 18.40 18.09 8 7.53 2.06 0.27 32 35.49 23.18 24.95 10 8.35 2.47 0.47 34 42.16 29.44 34.54 12 9.28 2.97 0.76 36 50.59 37.75 48.06 14 10.37 3.59 1.16 38 61.35 48.93 67.40 16 11.63 4.34 1.72 40 75.31 64.20 95.51 18 13.10 5.26 2.49 42 93.71 85.38 136.76 20 14.83 6.40 3.54 44 118.37 115.31 198.70 常用公式及单位换算表 一、长度单位转换公式: 公里(km) 千米(km) 米(m) 分米(dm) 厘米(cm) 毫米(mm) 微米(um) 纳米(nm) 1 公里(km) =1千米 (km) 1 公里(km) = 1000 米(m) 1千米 (km) =1000米(m) 1米(m)=10分米(dm) 1分米(dm)=10厘米(cm) 1厘米(cm)=10毫米(mm) 1米(m)= 10 分米(dm) =100厘米(cm) = 1000 毫米(mm) 1 毫米(mm) = 1000 微米(um) = 1000000 纳米(nm) 1公里(km)=1千米(km)=1000米(m)=10000分米(dm) =100000厘米(cm) =1000000毫米(mm) 二、重量单位换算:吨( t ) 千克 (kg) 克( g ) 1千克 (kg)=1公斤 (kg) 1千克 (kg)=1000克( g ) 1吨( t )=1000千克 (kg) 1吨( t )=1000千克 (kg) =1000000克( g ) 1公斤=500克 1市斤=10两 1两=50克 三、时间单位换算: 1日=24小时 1时=60分 1分=60秒 1时=3600秒 1世纪=100年 1年=12月 大月(31天)有:1、3、5、7、8、10、12月 小月(30天)的有:4、6、9、11月 平年2月28天,平年全年365天,闰年2月29天,闰年全年366天 四、面积换算: 平方公里(km2)公顷(ha)平方米(m2) 1平方千米(平方公里)=100公顷=1000000平方米 1 公顷 = 0.01 平方公里(平方千米) 1公顷=10000平方米1平方米=100平方分米 1平方分米=100平方厘米 1平方厘米=100平方毫米 1公顷=15亩=100公亩=10000平方米 1公亩=100平方米 单桩竖向承载力特征值按《建筑桩基技术规范》JGJ94 -2008第5.2.2条公式5.2.2计算： R a=Q uk/K 式中： R a——单桩竖向承载力特征值； Q uk——单桩竖向极限承载力标准值； K——安全系数，取K=2。 1. 一般桩的经验参数法 此方法适用于除预制混凝土管桩以外的单桩。 按JGJ94-2008规范中第5.3.5条公式5.3.5计算： 式中： Q sk——总极限侧阻力标准值； Q pk——总极限端阻力标准值； u——桩身周长； l i——桩周第i 层土的厚度； A p——桩端面积； q sik——桩侧第i 层土的极限侧阻力标准值；参考JGJ94-2008规范表5.3.5-1取值，用户需在地质资料土层参数中设置此值；对于端承桩取q sik=0； q pk——极限端阻力标准值，参考JGJ94-2008规范表5.3.5- 2取值，用户需在地质资料土层参数中设置此值；对于摩擦桩取q pk=0； 2. 大直径人工挖孔桩（d≥800mm）单桩竖向极限承载力标准值的计算 此方法适用于大直径（d≥800mm）非预制混凝土管桩的单桩。按JGJ94-2008规范第5.3.6条公式5.3.6 计算： 式中： Q sk——总极限侧阻力标准值； Q pk——总极限端阻力标准值； q sik——桩侧第i层土的极限侧阻力标准值，可按JGJ94-2008规范中表5.3.5-1取值，用户 需 1取值，用户需在地质资料土层参数中设置此值；对于扩底桩变截面以上2d范围不计侧阻力；对于端承桩取q sik=0； q pk——桩径为800mm极限端阻力标准值，可按JGJ94-2008规范中表5.3.6- 1取值；用户需在地质资料土层参数中设置此值；对于摩擦桩取qpk=0； ψsi，ψp——大直径桩侧阻、端阻尺寸效应系数，按JGJ94-2008表5.3.6-2取值； 切削力计算的经验公式 通过试验的方法，测出各种影响因素变化时的切削力数据，加以处理得到的反映各因素与切削力关系的表达式，称为切削力计算的经验公式。在实际中使用切削力的经验公式有两种：一是指数公式，二是单位切削力。 1 ．指数公式 主切削力(2-4) 背向力(2-5) 进给力(2-6) 式中F c————主切削力（N）； F p————背向力（N）； F f————进给力（N）； C fc、C fp、C ff————系数，可查表2-1； x fc、y fc、n fc、x fp、y fp、n fp、x ff、y ff、n ff ------ 指数，可查表2-1。 K Fc、K Fp、K Ff ---- 修正系数，可查表2-5，表2-6。 2 ．单位切削力 单位切削力是指单位切削面积上的主切削力，用kc表示，见表2-2。 kc=Fc/A d=Fc/(a p·f)=F c/(b d·h d) (2-7) 式中A D -------切削面积（mm 2）； a p ------- 背吃刀量（mm）； f - ------- 进给量（mm/r）； h d -------- 切削厚度（mm ）； b d -------- 切削宽度（mm）。 已知单位切削力k c ,求主切削力F c F c=k c·a p·f=k c·h d·b d (2-8) 式2-8中的k c是指f = 0.3mm/r 时的单位切削力，当实际进给量f大于或小于0.3mm /r时，需乘以修正系数K fkc，见表2-3。 表2-3 进给量?对单位切削力或单位切削功率的修正系数 K fkc，K fps 地基承载力计算公式 对于宽度为b的正方形基础 对于直径为b′的圆形基础 b.汉森承载力公式 式中Nr，Nq，Nr——无量纲承载力系数，仅与地基土的内摩擦角有关，可查表8.4.1 S c ，S q ，S r ——基础形状系数，可查表8.4.2 d c ，d q ，d r ——基础埋深系数，可查表8.4.3 c q r 注： H，V——倾斜荷载的水平分力，垂直分力，KN ； F——基础有效面积，F=b'L'm； 当偏心荷载的偏心矩为e c和e b，则有效基底长度， L'=L-2e c；有效基底宽度：b'=b-2e b。 地基承载力计算公式很多，有理论的、半理论半经验的和经验统计的，它们大都包括三项： 1. 反映粘聚力c的作用； 2. 反映基础宽度b的作用； 3. 反映基础埋深d的作用。 在这三项中都含有一个数值不同的无量纲系数，称为承载力系数，它们都是内摩擦角φ的函数。 下面介绍三种典型的承载力公式。 a.太沙基公式 式中： P u ——极限承载力，K a c ——土的粘聚力，KP a γ——土的重度，KN/m，注意地下水位下用浮重度；b，d——分别为基底宽及埋深，m； N c ，N q ，N r ——承载力系数，可由图8.4.1中实线查取。 图8.4.1 对于松砂和软土，太沙基建议调整抗剪强度指标，采用 c′=1/3c ， 此时，承载力公式为： 式中N c ′，在这三项中都含有一个数值不同的无量纲系数，称为承载力系数，它们都是内摩擦角φ的函数。 下面介绍三种典型的承载力公式。 N q ′，N r ′——局部剪切破坏时的承载力系数，可由 图8.4.1中虚线查得。 对于宽度为b的正方形基础 对于直径为b′的圆形基础 b.汉森承载力公式 式中Nr，Nq，Nr——无量纲承载力系数，仅与地基土的内摩擦角有关，可查表8.4.1 切削力计算经验式 ————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期： 您 要 打 印 的 文 件 是： 切 削 力 计 算 的 经 验 公 式 打印本文 切削力计算的经验公式 作者：佚名转贴自：本站原创 1．计算切削力的指数公式常用的指数公式如下： 式中Fc、Fp、Ff ─分别为主切削力、背向力、进给力； CFc、CFp、C Ff ─决定于被加工材料和切削条件的系数； xFc、yFc、nFc、xFp、yFp、nFp、xFf、yFf、nFf ─公式中切削用量的指数； KFc、KFp、KFf ─三个分力计算中，当实际加工条件与求得经验公式的条件不同时，各种因素对切削力影响的修正系数之积。 各系数、指数及修正系数之值可查阅《金属切削手册》。 2．用单位切削力算主切削力已取得了不同刀具、工件材料及不同加工条件下的单位切削力和单位切削功率的实验统计数据。从手册中可查到这些数据。表3-2几种常用材料的单位切削力、单位切削功率，由式(3-13)计算出Fc。 表3—2 硬质合金外圆车刀切削常用金属材料的单位切削力、单位切削功率 工件材料 单位切削功率 /[KW/(mm3/s)]单位切削 力 /(N/mm2) 实验条件 名称牌号 制造热处 理状态硬度 /HBS 刀具几何参数切削用量范围 钢45 热轧或正 火187196210-61962 =15° 前 刀 br1=0 Vc=1.5~1.75m/s ap=1~5mm 调质(淬火高温回火)229230510-62305 =75° =0° 面 带 卷 屑 槽 br1=0.1~0.15mm f=0.1~0.5mm/r 淬硬(淬火低温回火)44(HRC)264910-62649 r01=-20° 40Cr 热轧或正 火 212196210-61962 br1=0 调质(淬火 高温回火) 285230510-62305 r01=-20°br1=0.1~0.15mm 灰铸 铁 HT200退火170111810-61118br1=0平前刀面,无卷屑槽 Vc=1.17~1.42m/s ap=2~10mm f=0.1~0.5mm/r 3．影响切削力的因素 ⑴工件材料的影响工件材料的强度、硬度越高，剪切强度τs越大，虽然切削厚 度压缩比有所下降，但切削力总趋势还是增大的。强度、硬度相近的材料，塑性大，则与刀面的摩擦系数μ也较大，故切削力增大。灰铸铁及其它脆性材料，切削时一般形成崩碎切屑，切屑与前刀面的接触长度短，摩擦小，故切削力较小。材料的高温强度高，切削力增大。 ⑵切削用量的影响 ①背吃刀量和进给量的影响背吃刀量ap或进给量f加大，均使切削力增大，但两者的影响程度不同。加大ap 时，切削厚度压缩比不变，切削力成正比例增大；加大f加大时，有所下降，故切削力不成正比例增大。在车削力的经验公式中，加工各种材料的ap指数xFc≈1，而f的指数yFc=0.75～0.9，即当ap加大一倍时，Fc也增大一倍；而f加大一倍时，Fc只增大68%～86%。因此，切削加工中，如从切削力和切削功率角度考虑，加大进给量比加大背吃刀量有利。 ②切削速度的影响在图3-15的实验条件下加工塑性金属，切削速度vc＞27m/min 时，积屑瘤消失，切削力一般随切削速度的增大而减小。这主要是因为随着vc的增大，切削温度升高，μ下降，从而使ξ减小。在vc＜27m/min时，切削力是受积屑瘤影响而变化的。约在vc=5m/min时已出现积屑瘤，随切削速度的提高，积屑瘤逐渐增大，刀具的实际前角加大，故切削力逐渐减小；约在vc=17m/min处，积屑瘤最大，切削力最小；当切削速度超过vc=17m/min，一直到vc=27m/min时，由于积屑瘤减小，使切削力逐步增大。 地基承载力特征值计算方法梳理 地基承载力计算是地基计算中重要且最基本的工作，一直以来，不少设计人员只习惯于深宽修正的计算方法，对于地基承载力的概念以及各种计算方法认识不清。故对于地基承载力的基本概念、地基设计的理念以及在地基设计过程中多种地基承载力计算方法及其综合应用，需要进行必要的梳理和说明。 1 地基承载力特征值的概念 关于地基承载力的概念，应当从地基土和结构两个方面来认识。 “地基承受荷载的能力称为地基的承载力。通常区分为两种承载力，一种称为极限承载力，它是指地基即将丧失稳定性时的承载力。另一种称为容许承载力，它是指地基稳定有足够的安全度并且变形控制在建筑物容许范围内时的承载力”。地基极限承载力不仅与地基土的性质有关，还与基础的形式、形状、埋置深度、宽度等有关。“而容许承载力则还与建筑物的结构特性等因素有关”。 基础构建必须既要保证基底压力处于安全的应力水平，又要将沉降控制在容许的范围内。 2 地基承载力特征值与地基设计的关系 基本建设程序是“先勘察、后设计、再施工”。勘察单位的工作成果是岩土工程勘察报告（以前是工程地质勘察报告）。设计单位依照勘察报告进行地基基础设计。勘察报告的地基评价内容包括地基承载力，这是设计人员最为关心的。 以天然地基上的浅基础为例，得到勘察报告当中的地基承载力建议值，经过计算就能得出深宽修正后的地基承载力fa值，据此就可以设计基础尺寸并展开基础设计的后续工作。 在这一设计流程当中，存在着某些不正确的倾向，有的设计人员认为勘察报告建议值可以放心大胆采用，反正出了问题是勘察单位负责。 对于勘察报告给出的包括地基承载力建议值在内的岩土设计参数，应当加以正确理解与使用，需要有一个再分析的过程，这个过程其实也是地基设计的一个过程。可以看出，前述的设计流程看似顺理成章，其实不然，主要的问题就在于容易忽视重要环节——地基设计。 地基评价和地基计算都属于地基设计的范畴。正如工程勘察大师顾宝和先生所指出的“地基承载力的建议值目前虽然一般由勘察报告提出，但不同于岩土特性指标，本质是地基基础的设计。” 您要打印的文件是：切削力计算的经验公式打印本文 切削力计算的经验公式 作者：佚名转贴自：本站原创 度压缩比有所下降，但切削力总趋势还是增大的。强度、硬度相近的材料，塑性大，则与刀面的摩擦系数μ也较大，故切削力增大。灰铸铁及其它脆性材料，切削时一般形成崩碎切屑，切屑与前刀面的接触长度短，摩擦小，故切削力较小。材料的高温强度高，切削力增大。 ⑵切削用量的影响 ①背吃刀量和进给量的影响背吃刀量ap或进给量f加大，均使切削力增大，但两者的影响程度不同。加大ap 时，切削厚度压缩比不变，切削力成正比例增大；加大f加大时，有所下降，故切削力不成正比例增大。在车削力的经验公式中，加工各种材料的ap指数xFc≈1，而f的指数yFc=0.75～0.9，即当ap加大一倍时，Fc也增大一倍；而f加大一倍时，Fc只增大68%～86%。因此，切削加工中，如从切削力和切削功率角度考虑，加大进给量比加大背吃刀量有利。 ②切削速度的影响在图3-15的实验条件下加工塑性金属，切削速度vc＞27m/min 时，积屑瘤消失，切削力一般随切削速度的增大而减小。这主要是因为随着vc的增大，切削温度升高，μ下降，从而使ξ减小。在vc＜27m/min时，切削力是受积屑瘤影响而变化的。约在vc=5m/min时已出现积屑瘤，随切削速度的提高，积屑瘤逐渐增大，刀具的实际前角加大，故切削力逐渐减小；约在vc=17m/min处，积屑瘤最大，切削力最小；当切削速度超过vc=17m/min，一直到vc=27m/min时，由于积屑瘤减小，使切削力逐步增大。 图3-15 切削速度对切削力的影响 切削脆性金属(灰铸铁、铅黄铜等)时，因金属的塑性变形很小，切屑与前刀面的摩擦也很小，所以切削速度对切削力没有显著的影响。 ⑶刀具几何参数的影响 ①前角的影响前角γo加大，被切削金属的变形减小，切削厚度压缩比值减小，刀具与切屑间的摩擦力和正应力也相应下降。因此，切削力减小。但前角增大对塑性大的材料(如铝合金、紫铜等)影响显著，即材料的塑性变形、加工硬化程度明显减小，切削力降低较多；而加工脆性材料(灰铸铁、脆铜等)，因切削时塑性变形很小，故前角变化对切削力影响不大。 ②负倒棱的影响前刀面上的负倒棱(如图3-16a)，可以提高刃区的强度， 长度单位换算 1千米=1000米1米=10分米1分米=10厘米1米=100厘米1厘米=10毫米 面积单位换算 1平方千米=100公顷 1公顷=10000平方米 1平方米=100平方分米 1平方分米=100平方厘米 1平方厘米=100平方毫米 体(容)积单位换算 1立方米=1000立方分米 1立方分米=1000立方厘米 1立方分米=1升 1立方厘米=1毫升 1立方米=1000升 重量单位换算 1吨=1000千克1千克=1000克1千克=1公斤人民币单位换算 1元=10角 1角=10分 1元=100分 时间单位换算 1世纪=100年 1年=12月 大月(31天)有:1\3\5\7\8\10\12月 小月(30天)的有:4\6\9\11月 平年2月28天，闰年2月29天 平年全年365天，闰年全年366天【闰年判断：1、能被4整除而不能被100整除。（如2004年就是闰年,1900年不是）2、能被400整除。】 1日=24小时1时=60分1分=60秒1时=3600秒数学几何形体周长面积体积计算公式 1、长方形的周长=（长+宽）×2→C=(a+b)×2 2、正方形的周长=边长×4→C=4a 3、长方形的面积=长×宽→S=ab 4、正方形的面积=边长×边长→S=a.a=a 5、三角形的面积=底×高÷2→S=ah÷2 6、平行四边形的面积=底×高→S=ah 7、梯形的面积=（上底+下底）×高÷2→S=（a＋b）h÷2 8、直径=半径×2d=2r半径=直径÷2r=d÷2 9、圆的周长=圆周率×直径=圆周率×半径×2→c=πd=2πr 10、圆的面积=圆周率×半径×半径 定义定理公式 三角形的面积＝底×高÷2→公式：S=a×h÷2 正方形的面积＝边长×边长→公式：S=a×a 长方形的面积＝长×宽→公式：S=a×b 平行四边形的面积＝底×高→公式：S=a×h 梯形的面积＝（上底+下底）×高÷2→公式：S=(a+b)h÷2 内角和：三角形的内角和＝180度。 长方体的体积＝长×宽×高→公式： V=abh 长方体（或正方体）的体积＝底面积×高公式：V=Sh 正方体的体积＝棱长×棱长×棱长→公式：V=aaa 圆的周长＝直径×π→公式：L＝πd＝2πr 圆的面积＝半径×半径×π→公式：S＝πr2 圆柱的表（侧）面积：圆柱的表（侧）面积等于底面的周长 乘高。→公式：S=ch=πdh＝2πrh 圆柱的表面积：圆柱的表面积等于底面的周长乘高再加上头的圆的面积。→公式：S=ch+2s=ch+2πr2 圆柱的体积：圆柱的体积等于底面积乘高。→公式：V=Sh 圆锥的体积＝1/3底面×积高。→公式：V=1/3Sh 分数的加、减法则：同分母的分数相加减，只把分子相加减，分母不变。异分母的分数相加减，先通分，然 承载力计算方法 1．计算公式 V A q Q n ?+?=1γ 其中, Q —— 极限承载力； 1γ—— 桩靴排开土的水下溶重； V —— 桩靴体积； A —— 桩靴面积； 2. 桩端阻力 n q —— 确定方法如下： 2．1 对于粘性土（不排水土） u c n S N q ?= 其中， c N ——承载力系数 9)2 .01(6≤+=B D N c 最大值不能超过9 D ——桩靴入泥深度； B ——与桩靴面积相当的圆的直径； u S ——不排水剪切强度。 2．2 对于砂性土（排水颗粒土） )1(3.002-+??=q r n N p N B q γ 其中， 2γ——桩靴底面下0.5B 处土壤水下溶重； B ——与桩靴面积相当的圆的直径； 0P ——桩靴底面处压强； q N ——承载力系数 )2 45(tan 2 tan φ φ π+ =e N q r N ——承载力系数 φt a n )1(2+=q r N N 其中， φ——内摩擦角。 3 算例： 桩靴底面积70m 2 桩靴型深：2m 桩靴入泥土深度：10m 桩靴体积：105m 3 算例1：（粘性土质 表1） V A q Q n ?+?=1γ q n ＝N C ×S u Nc=6(1+0.2D/B) D=10m B=2*sqr(A/3.14)=2*sqr(70/3.14)=9.443m Nc=14.54>9 , 所以取9 Nc ＝9 Su=9kPa q n =9*9000=81000 pa r 1=9kN/m 3 V=105m 3 Q=81000*70+9000*105=6615kN=675t 地基承载力特征值计算 方法梳理 SANY标准化小组 #QS8QHH-HHGX8Q8-GNHHJ8-HHMHGN# 地基承载力特征值计算方法梳理 地基承载力计算是地基计算中重要且最基本的工作，一直以来，不少设计人员只习惯于深宽修正的计算方法，对于地基承载力的概念以及各种计算方法认识不清。故对于地基承载力的基本概念、地基设计的理念以及在地基设计过程中多种地基承载力计算方法及其综合应用，需要进行必要的梳理和说明。 1 地基承载力特征值的概念 关于地基承载力的概念，应当从地基土和结构两个方面来认识。 “地基承受荷载的能力称为地基的承载力。通常区分为两种承载力，一种称为极限承载力，它是指地基即将丧失稳定性时的承载力。另一种称为容许承载力，它是指地基稳定有足够的安全度并且变形控制在建筑物容许范围内时的承载力”。地基极限承载力不仅与地基土的性质有关，还与基础的形式、形状、埋置深度、宽度等有关。“而容许承载力则还与建筑物的结构特性等因素有关”。 基础构建必须既要保证基底压力处于安全的应力水平，又要将沉降控制在容许的范围内。 2 地基承载力特征值与地基设计的关系 基本建设程序是“先勘察、后设计、再施工”。勘察单位的工作成果是岩土工程勘察报告（以前是工程地质勘察报告）。设计单位依照勘察报告进行地基基础设计。勘察报告的地基评价内容包括地基承载力，这是设计人员最为关心的。 以天然地基上的浅基础为例，得到勘察报告当中的地基承载力建议值，经过计算就能得出深宽修正后的地基承载力fa值，据此就可以设计基础尺寸并展开基础设计的后续工作。 在这一设计流程当中，存在着某些不正确的倾向，有的设计人员认为勘察报告建议值可以放心大胆采用，反正出了问题是勘察单位负责。 对于勘察报告给出的包括地基承载力建议值在内的岩土设计参数，应当加以正确理解与使用，需要有一个再分析的过程，这个过程其实也是地基设计的一个过程。可以看出，前述的设计流程看似顺理成章，其实不然，主要的问题就在于容易忽视重要环节——地基设计。 地基评价和地基计算都属于地基设计的范畴。正如工程勘察大师顾宝和先生所指出的“地基承载力的建议值目前虽然一般由勘察报告提出，但不同于岩土特性指标，本质是地基基础的设计。” 3 fa计算方法的梳理 切削力计算的经验公式 切削力计算的经验公式2011-12-0521:31通过试验的方法，测出各种影响因素变化时的切削力数据，加以处理得到的反映各因素与切削力关系的表达式，称为切削力计算的经验公式。在实际中使用切削力的经验公式有两种:一是指数公式，二是单位切削力。 1.指数公式 主切削力(2-4) 背向力(2-5) 进给力(2-6) 式中Fc--主切削力(N); Fp--背向力(N); Ff--进给力(N); Cfc、Cfp、Cff--系数，可查表2-1; xfc、yfc、nfc、xfp、yfp、nfp、xff、yff、nff--指数，可查表2-1。 KFc、KFp、KFf--修正系数，可查表2-5，表2-6。 2.单位切削力 单位切削力是指单位切削面积上的主切削力，用kc表示，见表2-2。 kc=Fc/Ad=Fc/(apf)=Fc/(bdhd)(2-7) 式中AD---切削面积(mm2); ap---背吃刀量(mm); f----进给量(mm/r); hd--切削厚度(mm); bd--切削宽度(mm)。 已知单位切削力kc,求主切削力FcFc=kcapf=kchdbd(2-8) 式2-8中的kc是指f=0.3mm/r时的单位切削力，当实际进给量f大于或小于0.3mm/r时，需乘以修正系数Kfkc，见表2-3。 表2-3进给量?对单位切削力或单位切削功率的修正系数Kfkc， Kfpsf/(mm/r) 0.10.150.20.250.30.350.40.450.50.6Kfkc，Kfps1.181.111.061.031 0.970.960.940.9250.9 切削力的来源、切削分力 金属切削时，切削层及其加工表面上产生弹性和塑性变形;同时工件与刀具之间的相对运动存在着摩擦力。如图2-15所示，作用在刀具上的力有两部分组成: 1.作用在前、后刀面上的变形抗力Fnγ和Fnα; 2.作用在前、后刀面上的摩擦力Ffγ和Ffα。 这些力的合力F称为切削合力，也称为总切削力。总切削力F可沿x,y,z 方向分解为三个互相垂直的分力Fc、Fp、Ff，如图2-16所示。主切削力Fc 总切削力F在主运动方向上的分力;背向力Fp总切削力F在垂直于假定工作平面方向上的分力;进给力Ff总切削力在进给运动方向上的分力。 车削时各分力的实用意义如下: 主切削力Fc作用于主运动方向，是计算机床主运动机构强度与刀杆、刀片强度及设计机床夹具、选择切削用量等的主要依据，也是消耗功率最多的切削力。 背向力Fp纵车外圆时，背向力Fp不消耗功率，但它作用在工艺系统刚性最差的方向上，易使工件在水平面内变形，影响工件精度，并易引起振动。Fp是校验机床刚度的必要依据。 进给力Ff作用在机床的进给机构上，是校验进给机构强度的主要依据。 影响切削力的主要因素 1.工件材料的影响 工件材料的物理机械性能、加工硬化能力、化学成分和热处理状态，都对切削力产生影响。 由表2-2可以看出，工件材料的硬度愈高，则切削力愈大。工件材料虽然硬度、强度较低，但塑性、韧性大，加工硬化能力大，其切削力仍很大。如1Cr18Ni9Ti等不锈钢。小学数学1-6年级所有定义、公式、单位换算
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