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原文传递地面激振式磕冰磙有限元动力学分析及优化设计

论文题名：	地面激振式磕冰磙有限元动力学分析及优化设计
关键词：	道路路面;压实冰雪;磕冰磙;优化设计;地面激振;有限元动力学分析
摘要：	道路路面积雪融冻或经碾压形成的压实冰雪严重影响交通，极易造成交通堵塞和事故。因此，当前对及时高效破碎、清除压实冰雪的设备有迫切的需求。地面激振式磕冰磙因其具有效率高、机械自动化、对路面破坏少的优势而成为国内外相关企业产品研发的热点。但由于目前缺少地面激振式磕冰磙破碎压实冰雪的理论分析，影响磕冰磙破碎压实冰雪的因素尚不明确，现有磕冰磙的破碎效果仍有待提高。因此，本文以P15型地面激振式磕冰磙为研究对象，分析了地面激振式磕冰磙破碎压实冰雪的机理，基于某企业制造的磕冰磙，对刀具破碎压实冰雪的过程以及P15型地面激振式磕冰磙破碎压实冰雪的过程进行有限元动力学仿真，以分析其破碎不平压实冰雪的效果、沥青路面的应力以及磕冰磙部件的应力，对影响破碎压实冰雪效果的因素——刀具结构、刀具排布以及磕冰磙的行进速度进行了优化设计。为磕冰磙设计制造及制定破碎压实冰雪最佳行进速度提供了方法、参数与依据。本文研究内容主要包括: 　　(1)地面激振式磕冰磙结构及工作原理分析　　对P15型地面激振式磕冰磙的结构进行了分析，明确了其破碎压实冰雪的机理;分析了压实冰雪表面不平整对磕冰磙破碎压实冰雪的影响，确定了压实冰雪表面不平的描述方法; 　　(2)刀具力学分析及优化设计　　在对路面压实冰雪特性、压实冰雪有限元材料模型以及刀具受力进行分析的基础上，依据芬兰引进的磕冰磙刀具形状参数，应用ANSYS/LS-DYNA仿真模拟了刀具破碎压实冰雪的过程，并以破碎压实冰雪面积最大为目的，对刀具形状、尺寸参数进行优化设计; 　　(3)磕冰磙破碎压实冰雪过程的有限元仿真分析　　对沥青路面、橡胶以及轴承的材料、结构性能参数进行了分析。沥青路面面层结构选用粘弹性材料模型描述，垫层和基层选用D-P模型描述;橡胶材料模型采用输入压缩试验应力-应变曲线的方法模拟;轴承用弹簧单元模拟。运用ANSYS/LS-DYNA中的APDL语言建立P15型地面激振式磕冰磙破碎压实冰雪过程的有限元参数化模型，生成K文件，在LS-DYNA求解器中求解，完成了P15型地面激振式磕冰磙破碎不平压实冰雪效果、沥青路面应力及磕冰磙应力仿真分析; 　　(4)磕冰磙行进速度及磕冰磙刀具排布优化设计　　基于P15型地面激振式磕冰磙破碎压实冰雪的有限元分析结果，对该磕冰磙的行进速度以及刀具排布进行优化，以压实冰雪被破碎的面积最大为优化目的，以沥青路面及磕冰磙部件最大应力值小于强度极限为约束条件，得到优化的磕冰磙行进速度;采用设计正交试验的方法对刀具不同排布参数的磕冰磙进行有限元分析及优化设计，优选出了刀具排布方式及参数。　　本文研究为磕冰磙设计制造提供了方法、依据与参考。
作者：	吴思齐
专业：	机械设计及理论
导师：	李佳;礼宾
授予学位：	硕士
授予学位单位：	东北大学
学位年度：	2021