双频合成振动压实工业样机性能试验与分析研究

摘要

双频合成振动压实过程中，任一瞬时有两个不同频率的激振力同时作用于被压实材料，可使更多具有不同固有频率的材料颗粒处于共振状态，减小相互间的摩擦与内聚力，为压实创造有利的条件。该技术的推广应用，必将有效地提高压实效率，改善压实质量。论文在理论分析和试验研究的基础上，研制出双频合成振动压实工业样机，并通过试验和有限元法数值分析，对该样机压实性能进行了较深入的研究，为双频合成振动压路机的工业化生产奠定了基础。
　　 提出考虑土壤塑性变形的压路机-土壤相互作用非线性动力学模型，与经典线性模型相比，非线性模型更接近压路机工作实际。借助该非线性动力学模型，对双频合成振动试验样机压实过程中振动轮运动特性和动力特性进行了仿真分析，得到土壤参数对振动轮运动和振动轮与土壤相互作用力的影响规律。同时指出压路机-土壤耦合系统固有频率并不固定不变，而是和激振力幅值有关，该系统幅频特性中出现超谐波共振和次谐波共振等典型的非线性特征。
　　 在理论分析和实验室研究的基础上，确定了双频合成振动压实工业样机合理的振动参数，并通过对柳工20吨单钢轮压路机技术改造，研制出双频合成振动压实工业样机。
　　 完成双频合成振动压实工业样机与同吨位柳工常规CLG620型单频压路机对比试验，测定并比较了两机振动参数、起振停振性能及压实性能。对比试验表明，双频合成振动压实工业样机振动参数达到设计要求，振幅沿振动轮轴向分布均匀。高幅起振时两机压力冲击相当，低幅起振时双频工业样机压力峰值略高，但高幅和低幅停振时，双频工业样机液压系统低压腔最高压力较对比试验用单频压路机低约5％，显示出该工业样机停振过程更为柔和。相对于试验用单频压路机，双频工业样机对上层土壤压实效果略差，平均压实度为91％，比单频试验机平均压实度93％稍低；下层二者相当，平均压实度均为83％;而对中层土壤的压实，双频工业样机平均压实度达到86.8％，而单频试验机为83％，表现出双频合成振动对中下层土壤的压实有更大的优越性。
　　 建立了双频合成振动压实工业样机压实过程二维有限元分析模型，对压实过程土壤中竖向应力、塑性应变、表面下沉量以及振动轮与土壤的接触压力进行了分析。研究了压实过程中上述各参数的分布和变化特点，并深入分析了压路机工作振幅、行走速度及土壤参数对其影响规律，为双频压路机的改进设计与合理使用提供了依据。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 选题的背景及意义

1．2 压实技术及压实设备的发展

1．3 振动压实技术研究方法及研究现状

1．3．1 岩土本构模型和振动压实特性研究现状

1．3．2 滚轮与土壤相互作用研究现状

1．4 本文主要研究内容和方法

第二章 双频合成振动压实技术试验研究

2．1 土壤的组成及工程分类

2．1．1 土的三相组成

2．1．2 土的工程分类

2．2 与压实有关的土壤物理性能指标

2．3 土力学性能参数及试验研究

2．3．1 内聚力与内摩擦角的试验测定

2．3．2 土的弹性模量试验测定

2．4 双频合成振动压实技术原理

2．5 双频合成振动试验样机简介

2．6 双频合成振动压实试验研究

2．6．1 正交试验设计

2．6．2 正交试验结果分析

2．7 本章小结

第三章 双频合成振动试验样机非线性数值仿真分析

3．1 线性动力学模型简介

3．2 非线性动力学模型的建立

3．3 两种模型数值仿真结果比较及正确性验证

3．4 土壤参数变化对系统的影响分析

3．5 频率响应特性分析

3．6 本章小结

第四章 双频合成振动压实工业样机试验研究

4．1 双频合成激振器设计概述

4．1．1 设计原则

4．1．2 工作原理及结构特点

4．2 试验目的及内容

4．3 振动参数试验研究

4．4 起振停振特性研究

4．5 压实性能试验

4．6 本章小结

第五章 双频合成振动压实过程有限元分析

5．1 概述

5．2 有限元模型的建立

5．2．1 基本假设

5．2．2 土壤弹塑性本构模型及其参数的确定

5．2．3 单元划分和边界条件的处理

5．2．4 振动载荷的确定及施加

5．3 双频合成振动压实过程有限元分析

5．3．1 土壤竖向应力分析

5．3．2 土壤竖向塑性应变分析

5．3．3 土壤下沉量分析

5．3．4 振动轮与土壤接触压力分析

5．4 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 研究结论

6．2 主要创新点

6．3 不足与展望

参考文献

攻读博士学位期间的研究成果

致谢