球墨铸铁井盖是地下管网入口常见的设施，按照传统的全弹性的设计方法，和试验结果有较大出入。结合球墨铸铁的实际情况，其本构关系更接近弹塑性材料，采用适当的算法可以在设计中更大程度上发挥球墨铸铁井盖的力学性能。所用材质为球铁，主要合金元素含量w为球化级别：3级；石墨大小：6级；铁素体含量约3000。其拉力试棒的拉伸图和试棒尺寸如图所示，最大拉伸力83kN，最大拉伸量20mm，MoC20，83；弹性点BoC7.5，62。试棒直径14mm，有效长度70mm。由图做出试棒拉伸应力应变图，并找出相应点MC28.5,540，BC10.7,400。执行欧洲标准BSEN124:1994，机动车区及行人区集水井顶盖和检查井顶盖设计要求、类型试验、标志、质量控制之试验。(1)设计级别为C250，即指井盖能承受住P=250kN的压力测试。测试过程：用油缸压力机，以一定的速度对井盖缓慢加压达到P=250kN后，静压30s。在此过程中，若井盖不破裂，则通过C250的压力测试，是承压合格的井盖。(2)所设计的井盖架的净开口尺寸是400mmX400mm(净开口尺寸是指与井盖配套井架的最小内尺寸)，此种井盖采用的压头是直径为250mm的圆形压头。(3)承压点，井盖四边与井架处处接触。
      (1)所设计的4根筋对称分布，对压头力的承受均匀。(2)由于井盖受压后中间下弯，所以分配到每根筋上的力可简化成2个相等的集中载荷的作用，每个集中载荷P/8oC3)每根筋可简化成受2个对称的集中力P/8的简支梁，并做出其简力图，如图，传统的强度分析方法，也就是把材料认为是完全弹性体，按照相关的理论和公式直接计算，并与材料(3)由前知，试棒的抗拉强度540MPa。可见，按照传统的强度校核方法，初步设计的井盖远远不能满足其压力测试要求。
      分段积分法考虑了材料在受力时经历的弹性和塑性阶段，对整个阶段的变形和承载力做了综合考虑，具体地讲，就是根据材料的力学性能，由截面相应位置所能承受的最大应变，找出其对应应力，用分段积分法，求出截面所能承受的弯矩，来校核井盖强度。是指截面最下端最大应变时，截面各部位所发生的应力和应变情况。(1)做截面所能承受的最大应变图，坐标系如图所示。①筋截面上轴线应变，认定形心轴就是中性轴，把Z车由放在中性轴上，其形变为0，截面应变沿Y轴方向呈线性分布，上部压应变为负，下部拉应变为正，且应变沿Y轴上下变化率相等，绝对值最大的应变为拉应变，在截面的最下端。
      从表中可以看到，采用分段积分法设计后得到1号、2号、3号试样的破裂压力值均高于标准值，可见基于弹塑性本构关系的设计方法不仅更接近材料的真实性能，而且更科学准确。结论(1)井盖的强度设计，把铸态球墨铸铁当做弹塑性材料考虑，比传统理论上只当做纯弹性材料考虑更符合实际情况。这种方法，井盖在满足打压要求的前提下，可以更轻、更节省材料。(2)设计时，要有井盖所用材料的拉伸曲线，并且较准确地找出材料的弹塑性分界点和其它对应点。利用分界点可以得到材料的弹性阶段和塑性阶段，对这2段分别计算，即分段积分得到其承载力，这样进行设计综合考虑了材料的塑性阶段的变形和承载力，更符合球墨铸铁井盖受力过程的真实情况，因而要比传统的全弹性设计方法更合理。

                                                                                  专业从事机械产品设计│有限元分析│强度分析│结构优化│技术服务与解决方案
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