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铣刨机路面铣削过程的有限元仿真
| 论文题名： | 铣刨机路面铣削过程的有限元仿真 |
| 关键词： | 公路养护;铣刨机;沥青混凝土;铣削过程;有限元仿真 |
| 摘要： | 随着中国公路建设的飞速发展,公路建设里程也以超常规的速度增长。在短短的十几年内,中国高速公路的总长度己排名世界第二。公路兴建和改建是国民经济发展的一个重要环节,而养护则是公路事业发展的保证。在此形势下,铣刨机作为公路养护的重要工具,越来越受到了人们的重视。所以对铣刨机铣削混凝土和沥青混凝土的过程进行研究很有实际价值。 本文以有限元软件ABAQUS为平台,在Abaqus/Explicit模块下根据动态五参数破坏准则确定沥青混凝土材料的本构方程,建立了铣刨机二维正交切削沥青混凝土的有限元模型。利用任意拉格朗日-欧拉法(ALE)和剪切失效准则,对不同切削速度下的刀具的受力、温度、应力、应变、切削损伤能量的耗散以及切削总热能进行了仿真。切削速度从100mm/s逐渐增大到1000mm/s的过程中,最大切削力从1673.31N增加到3967.15N;切削温度从63℃增加到145.2℃;应力从18.57MPa减小到17.50MPa;应变几乎没有变化。切削速度从1000mm/s增大到6000mm/s过程中,应力从17.50MPa增加到18.63MPa;应变几乎没有变化;最大切削力和切削温度都急剧增加,刀具的磨损情况迅速加剧,刀具的切削性能迅速下降,因此有必要对最佳切削速度区间进行研究。 根据混凝土率相关连续损伤本构模型,建立了铣刨机铣削水泥混凝土的有限元模型,结合任意拉格朗日-欧拉描述法(ALE)、Johnson-Cook强化模型、shear failure剪切准则以及限制沙漏模式的扩展单元对切削过程进行了仿真,对不同切削深度下的水泥混凝土的切削温度、应力、应变分布情况以及切削总热能进行了有效的仿真。随着切削深度的增大,水泥混凝土路面Mises等效应力变化很小,维持在940MPa附近,但距离刀尖越近的地方应力越集中;水泥混凝土的应变随切削深度的变化较小,在1.1附近波动,故铣刨机铣削水泥混凝土也可以从剪切应变失效这方面进行研究;切削温度随着切削深度的增大而不断升高,且前角的温度要高出后角温度。 本文将虚拟的数值模拟技术引入到实际切削加工过程中,对比与其目的是为铣刨机铣削路面过程提供具有一定参考价值的云图和数据,预测和改善加工过程,进而使这方面的研究可以更快更深。同时仿真结果也对铣刨机刀头的材料及外形设计、铣刨机铣削路面过程中的铣削速度及铣削深度选择具有一定的参考价值。 |
| 作者： | 刘亚 |
| 专业： | 机械制造及其自动化 |
| 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： | 2009 |
| 正文语种： | 中文 |
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