基于离散元法的沥青混凝土三维建模与铣刨刀具切削过程数值模拟

发布时间：2017-10-12 00:35

  本文关键词：基于离散元法的沥青混凝土三维建模与铣刨刀具切削过程数值模拟

  更多相关文章： 铣刨机 沥青混凝土路面 离散元法 PFC3D 比能耗系数 振动铣刨

【摘要】：随着国家公路建设的重点向路面改建和养护转移,铣刨机作为重要的沥青混凝土路面养护机械的需求量不断增长,国内自主研发高性能铣刨机已刻不容缓。数值模拟可以直观量化表达铣刨作业中铣刨刀具的受力情况已经成为研究铣刨机整体性能的重要手段,模拟关键在于具有复杂力学特性的沥青混凝土路面模型的建立。本文采用三维离散元法建立符合宏观力学性能的路面模型,建立铣刨作业模型仿真量化铣刨作业过程的铣刨阻力。推导衡量作业过程中耗能和效率的标准,定量分析工作参数变化对耗能和效率的影响。推导振动铣刨作业的临界条件,仿真获得较优的激振方式和振动参数。本文的主要研究工作如下:(1)推导铣刨鼓工作的运动学模型和力学模型,提取量化分析所需工作参数。推导振动铣刨中铣刨鼓整体受力情况,从力学角度定性验证附加振动能有效减小铣刨阻力。对比有限元法和离散元法的优劣,选取离散元法研究沥青混凝土路面的铣刨特性。(2)采用单轴压缩和劈裂抗拉试验测定沥青混凝土路面的抗压模量和抗拉模量,获得校核微观接触连接参数的宏观标准。在PFC3D中编写算法生成具有不规则形状粗集料,依照级配建模具有粗集料和沥青砂胶两种颗粒的离散元试件。设定接触连接方式及微观参数并依照宏观标准校核,获得和路面力学性能相符的离散元模型。(3)采用Proe对铣刨刀具进行建模,配合提取的工作参数和离散元路面模型在PFC3D中建立三维铣刨刀具切削模型。使用推导的比能耗系数?、沥青混凝土去除率Q作为耗能和效率的指标,使用仿真量化的X向铣刨阻力xF作为磨损指标;计算并探讨工作参数变化对铣刨作业过程的影响。(4)建立运动学模型推导振动铣刨的临界条件表达式,在建立的三维离散元铣刨作业模型上附加振动。以仿真量化的X向铣刨阻力xF作为评价指标进行虚拟对比实验,研究附加不同振动方式对作业过程受力的改进情况。获得了较优的激振方式,优化了振幅和振频的组合。
【关键词】：铣刨机 沥青混凝土路面 离散元法 PFC3D 比能耗系数 振动铣刨
【学位授予单位】：湘潭大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U418.32
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-16
• 1.1 课题背景10-11
• 1.2 铣刨机研究现状11
• 1.3 铣刨机作业建模研究现状11-12
• 1.4 振动切削和振动铣刨作业研究现状12-13
• 1.5 沥青混凝土路面的数值模拟研究现状13-15
• 1.5.1 沥青混凝土路面的有限元法研究现状13-14
• 1.5.2 沥青混凝土路面的离散元法研究现状14-15
• 1.6 研究意义和研究内容15-16
• 1.6.1 研究意义15
• 1.6.2 研究内容15-16
• 第2章 铣刨机作业分析及离散元法简介16-29
• 2.1 引言16
• 2.2 铣刨鼓作业运动与受力分析16-21
• 2.2.1 铣刨鼓和快换刀具系统16-17
• 2.2.2 铣刨刀具运动分析17-20
• 2.2.3 铣刨刀具受力分析20-21
• 2.3 振动铣刨力学模型21-23
• 2.4 离散元法理论简介23-28
• 2.4.1 物理方程：力-位移之间的关系23-24
• 2.4.2 平衡方程24-25
• 2.4.3 时步算法及计算流程25-26
• 2.4.4 接触的本构模型26-28
• 2.5 本章小结28-29
• 第3章 沥青混凝土路面宏观参数测定及离散元建模29-51
• 3.1 引言29
• 3.2 沥青混凝土路面力学性能测试29-35
• 3.2.1 力学性能测试标准29-30
• 3.2.2 单轴压缩试验30-32
• 3.2.3 劈裂抗拉试验32-35
• 3.3 建立具有多面体形状粗集料的沥青混凝土离散元试件35-40
• 3.3.1 不规则多面体粗集料随机生成算法36-38
• 3.3.2 单轴压缩离散元试件建模38-39
• 3.3.3 劈裂抗拉离散元试件建模39-40
• 3.4 沥青混凝土离散元试件中接触连接模型的微观参数确定40-47
• 3.4.1 沥青混凝土中存在的接触连接类型的确定40-41
• 3.4.2 微观参数和宏观参数之间的联系41-42
• 3.4.3 Burger’s接触模型微观参数42-43
• 3.4.4 接触点连接模型微观参数43-44
• 3.4.5 平行连接模型微观参数44-46
• 3.4.6 赋值接触连接模型参数46-47
• 3.5 沥青混凝土离散元试件中接触连接模型的微观参数校核47-49
• 3.5.1 单轴压缩虚拟试验47-48
• 3.5.2 劈裂抗拉虚拟试验48-49
• 3.6 数据整理49-50
• 3.7 本章小结50-51
• 第4章 铣刨机铣刨作业过程离散元模拟及数值计算分析讨论51-74
• 4.1 引言51
• 4.2 铣刨机铣刨作业过程离散元分析51-57
• 4.2.1 铣刨刀具的几何模型参数52-53
• 4.2.2 铣刨机铣刨作业的几何模型53
• 4.2.3 沥青混凝土路面的几何模型53
• 4.2.4 铣刨作业的边界条件处理53-55
• 4.2.5 材料参数设定55
• 4.2.6 相互作用定义55-56
• 4.2.7 离散元仿真分析后处理56-57
• 4.3 数据处理及数值计算57-70
• 4.3.1 铣刨摩擦阻力和平均阻力矩的计算57-59
• 4.3.2 不同工作参数下铣刨摩擦阻力和平均阻力矩的计算59-65
• 4.3.3 沥青混凝土去除率和比能耗系数计算65-67
• 4.3.4 不同工作参数下沥青混凝土去除率和比能耗系数的计算67-70
• 4.4 计算结果分析和讨论70-73
• 4.5 本章小结73-74
• 第5章 振动铣刨数值模拟74-80
• 5.1 引言74
• 5.2 振动铣刨临界振动条件的推导74-76
• 5.3 选取激振方式76-78
• 5.4 优化振幅和振频78-79
• 5.5 本章小结79-80
• 第6章 总结与展望80-82
• 6.1 总结80
• 6.2 展望80-82
• 参考文献82-85
• 致谢85-86
• 攻读学位期间取得的研究成果86

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 付建伟;铣刨机的正确操作与保养[J];工程机械与维修;2001年03期

2 李海军,蔡包亮,郭爱彪;浅谈大型进口铣刨机的选购[J];筑路机械与施工机械化;2001年06期

3 甘建兵;维特根铣刨机及其发展[J];筑路机械与施工机械化;2004年01期

4 周剑新;一睹铣刨机风采[J];今日工程机械;2004年01期

5 丁丁;国外铣刨机的发展历程和技术特点[J];交通世界;2004年10期

6 张启君;如何选购铣刨机[J];交通世界;2004年10期

7 孙雪飞;路面铣刨机的性能分析及选型[J];黑龙江交通科技;2005年11期

8 焦生杰,张平,王欣;浅谈智能化冷铣刨机控制技术[J];筑路机械与施工机械化;2005年03期

9 张学波;刘岩;;铣刨机设计计算软件的开发[J];交通世界;2006年11期

10 刘民良;张晓舟;;浅议进口铣刨机的技术保养措施[J];民营科技;2007年07期

中国重要会议论文全文数据库 前2条

1 马敬东;胡东升;黄陆川;;铣刨机在路面维修工程中的应用[A];施工机械化新技术交流会论文集（第八辑）[C];2007年

2 炎庆全;;浅谈沥青路面铣刨摊铺施工[A];2014年4月建筑科技与管理学术交流会论文集[C];2014年

中国重要报纸全文数据库 前10条

1 张甬;国外铣刨机的发展及现状[N];中国交通报;2004年

2 张辉;为铣刨机“延年益寿”[N];中国交通报;2011年

3 谷岳林;铣刨机市场前景好 国产品牌质量要提高[N];中国建设报;2007年

4 潘春华;华晨华通沥青路面铣刨机市场走俏[N];中国工业报;2005年

5 陈彦;铣刨机修复洪灾受损公路效率高[N];中国交通报;2011年

6 刘雪梅;陕建机股份铣刨机一鸣惊人[N];中国机电日报;2002年

7 陆雪华 张益民;海盐改良铣刨机节约成本效率高[N];中国交通报;2010年

8 本报实习生 谢书韵;国产设备铺就阅兵大道[N];中国质量报;2009年

9 柳萌;徐工研制成功铣刨轮自动焊接专机[N];中华建筑报;2002年

10 谢函 谢卫国;安吉夏季保养机械有“法”可循[N];中国交通报;2010年

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 马鹏宇;冷铣刨机功率自适应控制系统研究[D];长安大学;2008年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 崔元福;2m路面铣刨机总体方案的设计研究[D];吉林大学;2009年

2 薛芸;路面铣刨机铣刨系统的设计分析[D];长安大学;2013年

3 李强强;1m全液压铣刨机铣刨系统的分析[D];长安大学;2012年

4 梁金宝;轮式铣刨机电辅助驱动轮及控制系统研究[D];长安大学;2012年

5 李海燕;XM120F铣刨机结构及液压系统研究[D];长安大学;2015年

6 周鑫;路面冷铣刨机电控系统的研究与应用[D];长安大学;2015年

7 高循义;铣刨机液控离合器设计与研究[D];长安大学;2016年

8 关汗青;基于离散元法的沥青混凝土三维建模与铣刨刀具切削过程数值模拟[D];湘潭大学;2016年

9 段明涛;路面铣刨机铣刨轮的设计研究[D];湖南科技大学;2007年

10 张亚玲;2m铣刨机行走液压控制系统的研究与设计[D];长安大学;2008年

，

本文编号：1015695