液压振动桩锤激振流固耦合振动特性及主油管路减振研究

摘要

因具有沉桩速度快、噪音低、对桩损害小、适应地质范围广等突出优点，液压振动桩锤越来越成为国内外桩基础施工的主要设备。然而由于油泵流量脉动等原因，特别是由于振动锤体的强烈振动以及沉桩过程中地基土负载等外部环境剧烈变化的影响，导致振动桩锤液压管路系统长期以来存在振动剧烈与频繁损坏等问题。对此，本文以ZZY160型液压振动桩锤为对象，研究了沉桩过程中振动桩锤主油管路的振动特性及振动控制技术，主要内容如下:
　　1.运用面向地基土负载特性的分析方法，并且考虑了管路特性与油泵流量脉动等因素的影响，构建了带复杂液压长管路的振动桩锤液压系统仿真模型。应用AMESim软件，进行了振动桩锤管系内油液流动过程的数值模拟，获得了整个工作过程中油液的流量、压力动态特性。
　　2.考虑了油液可压缩性的影响，建立了液压管路-油液耦合系统的数学模型，具有适应于高速、高压与大功率条件下桩锤复杂液压管系的优点。
　　3.考虑了振动桩锤局部振动的影响，结合面向地基土负载特性的分析方法，应用ANSYS-CFX进行有限元联合仿真，研究了沉桩过程中液压管路振动特性的变化规律，揭示了桩锤主油管路谐振的发生原因，并提出了通过加设卡箍与蓄能器结合来对主油管路的振动进行控制。
　　4.论文最后进行了液压振动桩锤主油管路系统的现场振动实验，验证了仿真分析及谐振控制方案的正确性。
　　本研究成果对预测沉桩工况下桩锤液压管系的固有频率与位移响应，在合理安装位置加设卡箍以避免谐振，具有工程实用价值，可为复杂液压管路系统的铺设安装与振动控制提供重要参考依据。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题研究背景与意义

1．1．1 课题来源

1．1．2 课题研究背景

1．2 国内外输流管路流固耦合研究现状

1．2．1 输流管路流固耦合振动模型

1．2．1 输流管路流固耦合振动研究方法

1．3 液压振动桩锤沉桩机理国内外研究现状

1．4 输流管路系统耦合振动抑制研究

1．5 研究意义及研究内容

1．5．1 课题的研究意义

1．5．2 课题的主要研究内容

2 振动桩锤主油路流量和压力响应的数值模拟

2．1 振动桩锤液压系统负载建模

2．1．1 液压振动桩锤沉桩稳态模型

2．1．2 振动沉桩过程负载阻力矩建模

2．2 振动桩锤液压系统AMESim模型构建

2．2．1 柱塞泵流量脉动建模

2．2．2 插装控制阀块建模

2．2．3 液压马达负载建模

2．2．4 主油路中L1～L5管段建模

2．3 沉桩过程振动桩锤主油管路流量数值模拟

2．4 沉桩过程振动桩锤主油管路压力数值模拟

2．5 本章小结

3 振动桩锤液压主油管路三维流固耦合模型研究

3．1 ZZY160型振动桩锤液压系统回路与主油路管系简介

3．1．1 ZZY160型振动桩锤液压系统回路工作原理

3．1．2 ZZY160型振动桩锤液压管系简介

3．2 液压管路-油液耦合系统建模

3．2．1 流固耦合模型选定

3．2．2 建模假设条件

3．2．3 液压管路-油液耦合模型的构建

3．3 本章小结

4 沉桩过程主油管路激振振动特性数值模拟及减振研究

4．1 桩锤主油路的管-液FEM-FVM混合模型

4．1．1 桩锤液压管系-油液FEM-FVM混合模型的建立

4．1．2 沉桩过程边界条件的确定及压力、流量响应曲线的输入

4．2 沉桩过程主油路中L5管段固有频率分析

4．2．1 振动桩锤局部振动边界条件的处理

4．2．2 不同流速时主油路L5管段固有频率分析

4．2．3 不同沉桩深度时主油路L5管段固有频率分析

4．2．3 流固耦合效应对主油路L5管段固有频率影响分析

4．3 桩锤液压主油路中L5管段减振研究

4．3．1 桩锤液压主油路L5管段谐振机理分析

4．3．2 调整卡箍以改变管系固有频率的减振研究

4．4 振动桩锤液压主油路中L1～L4管段减振研究

4．4．1 L1～L4管段调整卡箍的减振研究

4．4．2 增设蓄能器的减振措施研究

4．5 本章小结

5 试验研究

5．1 试验目的

5．2 试验方案与结果分析

5．2．1 试验方案

5．2．2 试验系统

5．2．3 试验流程

5．3 试验过程及结果分析

5．4 试验结论

6 全文总结与展望

6．1 全文总结

6．2 问题与展望

参考文献

攻读硕士期间主要研究成果目录

致谢