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仿冲击振动压实系统动力学分析及试验研究
| 论文题名： | 仿冲击振动压实系统动力学分析及试验研究 |
| 关键词： | 仿冲击振动压实;动力学模型;应力分布;有限元仿真;刚性路面 |
| 摘要： | 针对道路施工的现状，比较了不同压实机械与土壤相互作用的特点，分析了不同压实机械的作用机理，推导了土壤压实度与土壤变形的数学关系，并分析了影响土壤压实质量的主要因素。 对仿冲击振动压实机进行了运动与受力分析，并对其进行合理简化，建立了机器与土壤相互作用的动力学模型。利用非线性碰撞力学原理，讨论了仿冲击振动压实机与土壤发生塑性碰撞的过程，得出了试验样机与土壤相互作用过程发生的n-p-II的碰撞。 设计了仿冲击压实机与介质相互作用的试验装置，测试了仿冲击压实机在刚性路面、弹簧及橡胶上的动态响应及压实过程中土壤的压力信号。 试验结果表明，仿冲击振动压实机在几个激振力周期内要跳起冲击土壤一次，验证了动力学模型的正确性，并给出了一种判断仿冲击振动压实机跳起的新方法。 设计了仿冲击振动压实样机，利用正交试验方法对样机的上下车质量比、工作速度和动平衡比的影响进行了试验。结果表明，工作速度对压实度的影响较大，动平衡比次之，上下车质量比对压实效果的影响较小。对不同频率、振幅下土壤的压实度和功率消耗进行了测试，结果表明：当振幅为4mm，振动频率为16Hz时，土壤的压实效果较佳，功率消耗较低。由级配土、粉土和黄土的压实试验可知，仿冲击振动压实技术的适用范围广，特别适合于黄土的压实。 基于仿冲击振动压实技术，对CA25D振动压路机进行了技术改造，并对改造前后机器的压实性能进行了试验研究。 结果表明，虚铺层厚度为60～70cm，仿冲击振动压实6遍后，在20cm和30cm深度处的土壤压实度分别达到了85.53％、84.87％；压实12遍后，同样深度处的土壤压实度分别达到了89.47％和86.88％。 采用2mm偏心距时，与原型机相比，相同深度处土壤的压实度略有升高，功率消耗降低了近4％；采用4mm偏心距时，同一深度处的土壤压实度增加了近3％，而12遍平均功率消耗仅增加了1.5％，且压实后土壤的弹性模量E和加州承载比(CBR值)均比原CA25D振动压路机有了较大提高，说明仿冲击振动压实效果较好。 利用DCP贯入仪测定了压实后的土壤性能，得出了土壤的应力随压实遍数的增加呈y=αLn(x)+β规律变化。 利用Ansys/LS-Dyna3D动力学分析软件，采用基于Drucker-Prager屈服准则的弹塑性本构模型来模拟土体的应力-应变关系，对仿冲击振动压实机作用下土壤的压实过程进行了仿真计算。结果表明：土壤应力沿深度的变化关系符合y=αx-β，在轮宽的1/4～1/3处土壤的应力出现了拐点现象，说明沿此位置以后，土壤的应力突然减小。 建议应用仿冲击振动压实机施工时，重叠宽度取1/4～1/3轮宽。 |
| 作者： | 刘本学 |
| 专业： | 机械设计及理论 |
| 导师： | 冯忠绪 |
| 授予学位： | 博士 |
| 授予学位单位： | 长安大学 |
| 学位年度： | 2007 |
| 正文语种： | 中文 |
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