推土板工作过程中土壤应力波动行为研究

摘要

研究典型推土板触土曲面工作过程中的工作阻力以及周围土壤的应力波动行为变化规律，对推土板的减阻节能设计具有重要的意义。
　　根据经典推土板的设计理论及准线曲率变化特征，设计了由5种准线形式(圆弧、抛物线、仿生线、摆线、渐开线)和3个切削角(50°、55°、60°)组合而成的15个典型推土板触土曲面。并基于微分几何理论对其进行几何特征分析，结果表明：准线形式不同时，推土板触土曲面的微分几何参量变化趋势不同；准线形式相同而切削角不同时，其微分几何参量变化趋势相同，而在极值处有差异。
　　利用有限元软件 ANSYS/LS-DYNA，建立推土板-土壤系统的有限元模型，分析了不同准线形式和切削角条件下推土板的工作阻力及周围土壤的应力波动变化。结果表明：宏观工作阻力和微观应力波动行为两个方面关于推土板力学性能变化规律的分析结果一致。50°切削角和仿生准线组合形式推土板的工作阻力最小，应力场分布形式最优，力学性能最好。
　　制作推土板实物，进行室内土槽试验，测量了不同准线形式和切削角下的推土板工作阻力，并与有限元结果比较。结果表明：仿生推土板，切削角50°的工作阻力最小，力学性能最好。2种方法测定的推土板工作阻力在数值上略有偏差，但变化趋势吻合良好，表明有限元法能较好地模拟推土板切削土壤的过程。
　　在推土板工作阻力试验的基础上，改装并建立了土壤应力波动行为试验系统。通过对不同准线形式和切削角的推土板对其前端土壤的应力波动变化过程进行分析，得出如下结论：50°切削角和准线曲率含有极值点的组合形式的推土板力学性能优良。切削角的变化引起推土板的切削作用和推土作用的更迭，从而使推土板前端土壤拱形波动频率和拱形波动幅度发生变化。触土曲面准线曲率含有多个极值点的推土板会使其前端土壤产生振动，其力学性能优良。
　　有限元模拟与土槽试验的分析结果表明，50°切削角仿生推土板力学性能优良。深层次的原因是对应触土曲面微分几何参量的变化。本研究探索了典型触土曲面推土板工作过程中土壤的应力波动行为规律，对推土板触土曲面的减阻节能设计具有一定的参考意义。

目录

声明

第1章 绪 论

1.1 本研究的意义

1.2 土壤耕作部件减阻节能研究现状

1.3 土壤应力扰动行为研究现状

1.4 有限元法的应用发展

1.5 本研究的主要内容

第2章 推土板触土曲面的设计及其几何特征分析

2.1 推土板结构参数设计

2.2 推土板工作过程的力学分析

2.3 推土板触土曲面的选择

2.4 基于微分几何的触土曲面的几何特征分析

2.5 小结

第3章 推土板-土壤系统的有限元分析

3.1 土壤物理模型

3.2 推土板-土壤系统有限元模型的建立

3.3 试验结果与分析

3.4 小结

第4章 推土板工作阻力试验

4.1 本研究推土板的说明

4.2 室内土槽试验

4.3 试验结果与分析

4.4 土槽试验和有限元法的对比分析

4.5 小结

第5章 土壤应力波动行为试验

5.1 试验装备与方案

5.2 试验结果与分析

5.3 小结

第6章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间的研究成果