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基于离散元法的沥青混凝土三维建模与铣刨刀具切削过程数值模拟
| 论文题名： | 基于离散元法的沥青混凝土三维建模与铣刨刀具切削过程数值模拟 |
| 关键词： | 沥青混凝土路面;路面养护机械;振动铣刨刀具;切削过程;离散元法;比能耗系数 |
| 摘要： | 随着国家公路建设的重点向路面改建和养护转移，铣刨机作为重要的沥青混凝土路面养护机械的需求量不断增长，国内自主研发高性能铣刨机已刻不容缓。数值模拟可以直观量化表达铣刨作业中铣刨刀具的受力情况已经成为研究铣刨机整体性能的重要手段，模拟关键在于具有复杂力学特性的沥青混凝土路面模型的建立。本文采用三维离散元法建立符合宏观力学性能的路面模型，建立铣刨作业模型仿真量化铣刨作业过程的铣刨阻力。推导衡量作业过程中耗能和效率的标准，定量分析工作参数变化对耗能和效率的影响。推导振动铣刨作业的临界条件，仿真获得较优的激振方式和振动参数。本文的主要研究工作如下： (1)推导铣刨鼓工作的运动学模型和力学模型，提取量化分析所需工作参数。推导振动铣刨中铣刨鼓整体受力情况，从力学角度定性验证附加振动能有效减小铣刨阻力。对比有限元法和离散元法的优劣，选取离散元法研究沥青混凝土路面的铣刨特性。 (2)采用单轴压缩和劈裂抗拉试验测定沥青混凝土路面的抗压模量和抗拉模量，获得校核微观接触连接参数的宏观标准。在PFC3D中编写算法生成具有不规则形状粗集料，依照级配建模具有粗集料和沥青砂胶两种颗粒的离散元试件。设定接触连接方式及微观参数并依照宏观标准校核，获得和路面力学性能相符的离散元模型。 (3)采用Proe对铣刨刀具进行建模，配合提取的工作参数和离散元路面模型在PFC3D中建立三维铣刨刀具切削模型。使用推导的比能耗系数γ、沥青混凝土去除率Q作为耗能和效率的指标，使用仿真量化的X向铣刨阻力Fx作为磨损指标；计算并探讨工作参数变化对铣刨作业过程的影响。 (4)建立运动学模型推导振动铣刨的临界条件表达式，在建立的三维离散元铣刨作业模型上附加振动。以仿真量化的X向铣刨阻力Fx作为评价指标进行虚拟对比实验，研究附加不同振动方式对作业过程受力的改进情况。获得了较优的激振方式，优化了振幅和振频的组合。 |
| 作者： | 关汗青 |
| 专业： | 机械工程 |
| 导师： | 周里群 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 湘潭大学 |
| 学位年度： | 2016 |
| 正文语种： | 中文 |
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