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原文传递基于离散元-动力学的沥青路面铣削过程的研究

论文题名：	基于离散元-动力学的沥青路面铣削过程的研究
关键词：	铣刨机;沥青路面;离散元;联合仿真
摘要：	目前我国绝大多数公路都是以沥青公路为主，国家对于公路的建设重心逐步向路面保养和维护转移，铣刨机作为沥青公路的主要维护设备日益得到重视，但由于我国对于铣刨机的研发与制造比国外落后了许多，技术水平远不如国外，国内生产的铣刨机没有合理的铣削参数，导致工作寿命较短，铣刨刀具磨损严重，造成严重的资源浪费，因此，加强对铣刨机的研发与生产，制造本国特色的铣刨机刻不容缓。对于铣刨机而言，研究的重点在于分析清楚沥青混凝土的材料特性和微观性能，选择合理的刀具材料和铣削参数进行路面作业。考虑到沥青混凝土是一种非连续性介质的混合材料，本文采用离散元法结合动力学进行联合仿真，这样既可以通过离散元法建立起符合沥青路面的离散元模型，也可以利用动力学的优势对于刀具铣削过程的运动进行分析和完善。本文的主要研究内容如下：　　1.总结了有限元法和离散元法在沥青混凝土上的应用，经过对比，最终选择离散元法的思想建立沥青路面模型，简单介绍了离散元的理论和接触模型对于沥青路面模拟的优势，以及动力学思想来弥补离散元法对运动分析的不足，介绍了离散元EDEM与动力学ADAMS联合仿真的基本原理。　　2.根据沥青混凝土集料的形状各异，大小不一的复杂特性。选择了几种典型的形状特征作为颗粒模板，建立非球形颗粒，粒径大小和产生位置均为随机生成。通过室内单轴压缩试验与虚拟单轴压缩试验对沥青路面进行参数标定。采用软件自带的Bonding接触模型来模拟沥青砂浆的粘结，建立符合实际工况的离散元沥青路面模型。　　3.推导了铣刨刀具铣削作业过程的运动学模型和力学模型，对刀具偏角和磨损机理进行了分析，得出刀具受到的切削阻力与其自身的旋转速度、进给速度、偏转的角度以及切割沥青路面的深度有关系，在Solidworks建立刀具模型分别导入到EDEM和ADAMS中进行材料参数和运动的设置，编写中间耦合文件，确保双向实时同步的联合仿真能够顺利进行。　　4.对比了单软件仿真和联合仿真的区别，体现了联合仿真的优越性，更接近实际工况。通过单一变量法研究刀具偏角、切削深度，进给速度和转子转速对刀具铣削过程的影响规律，结合Archard理论分析不同刀具偏角造成刀具的磨损程度以及磨损位置。结果表明偏角的过大或者过小，对于铣削都是不利的，偏角过小会造成刀具受到的铣削力变大，无法实现自旋转，刀头过早损坏，偏角过大会则会造成刀体的磨损严重。因此刀具的偏转角度选择8~12°最佳。其中，铣削深度的大小对铣削受到的阻力的影响最大，移动速度的影响最小，在满足工况的需求下，应该尽量降低铣削的深度，进给速度范围选择150mm/s~250mm/s，转速范围选择120r/min~200r/min是比较合适的。
作者：	刘毅
专业：	工程(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：	2022