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高铁路基-压路机耦合多体动力学模型与分析
| 论文题名： | 高铁路基-压路机耦合多体动力学模型与分析 |
| 关键词： | 高铁路基;连续压实系统;振动压路机;集中参数模型;动力响应 |
| 摘要： | 高铁路基修筑是高铁修建的重要一环，直接关系到其长期服役寿命。传统的路基测试方法多是对点的检测，且测量多个指标费时费力。连续压实系统作为一种正在发展的技术，能够根据振动压实过程中振动轮响应评价压实质量，并根据压实质量反馈调节压路机工作参数。本文基于高铁路基修筑现场试验数据，分析了振动压实中振动轮加速度时域与频域特征及传统压实指标在每遍压实后的变化规律，建立了压路机-土系统的多体动力学模型并验证了模型的有效性。基于此动力学模型，分析了不同激振力幅值、激振频率和土体强度对振动轮振幅、轮-土作用力等振动轮响应的影响。 （1）基于现场试验数据，分析了每遍压实后动态变形模量Evd、地基系数K30和剪切波速的变化规律，分析了振动轮加速度时域与频域特征，对比分析了压实计值CMV与动态变形模量Evd的相关性与差异性，验证了连续压实指标的可行性。 （2）建立了压路机-土体耦合系统的集中参数模型。根据土体变形和轮-土相互作用关系，模型分弹塑性阶段、弹性阶段和分离阶段三个阶段建立动力学方程。模型动力学方程采用Runge-Kutta法迭代求解。通过对比模型计算所得振动轮加速度和实测振动加速度的时域与频域特征，验证了集中参数模型的有效性。 （3）根据振动轮加速度频域特征，将振动轮振动状态区分为线性振动、周期性分离和双周期振动（跳振）三种形式。基于集中参数模型，研究了不同激振力幅值和激振力频率组合下振动轮振动状态，提出了振动轮不同振动状态的线性边界，并研究了不同土体强度下该边界的变化规律。 （4）基于集中参数模型，研究了不同激振力幅值、激振频率和土体强度对CMV和OMEGA等连续压实指标的影响，从理论角度研究了常见连续压实指标的独立性、适用条件，对比分析了常见连续压实指标的优缺点，并对后续连续压实指标的研究与甄选提供参考意见。 本文研究结论可加深对振动压实中振动轮动力响应的认识。振动轮三种振动状态的划分可为振动压实过程的反馈控制提供依据。基于集中参数模型的分析结果为CMV和OMEGA等连续压实指标的适用条件及其优缺点提供了参考。 |
| 作者： | 魏文彬 |
| 专业： | 土木工程 |
| 导师： | 唐亮 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工业大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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