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路面铣刨机铣削过程的离散元仿真

作　者: 邢国
导　师: 周里群
学　校: 湘潭大学
专　业: 机械制造及其自动化
关键词: 铣刨机 PFC2D 数字重构单轴压缩混凝土铣削力
分类号: TG54
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

随着我国公路建设的飞速发展,对路面机械的需求量的增加,路面铣刨机作为典型的路面养护器械的需求也随之增加。但国内铣刨机的研究才刚刚起步,尤其在铣刨机的铣削机理的研究与国外的铣刨机研究有很大的差距,使得国产的铣刨机使用寿命明显短于国外同类产品。因此对铣刨机铣削沥青混凝土和水泥混凝土的过程进行研究很具有实际价值。沥青混凝土和水泥混凝土作为具有粘弹性和流变特性的多项复合材料,传统的有限元分析方法已不能满足研究的需要,本文采用在研究各向异性及流变特性等方面具有显著优势的离散元软件PFC2D （Particle Flow Code in 2 Dimension）为平台,分析混凝土材料中各种骨料之间的作用,并分别用刚性接触、接触粘结和平行粘结模型对材料内部的各种作用进行模拟,然后通过计算和分析建立试验参数、模型参数及模型微观参数之间的联系,为混凝土模型的重构奠定基础;通过试验参数与微观参数及模型参数的关系,重构混凝土构成,并详细介绍了根据国家关于混凝土进行单轴试验的先关标准制定试件的过程,最后通过对制备的模拟试件进行模拟单轴压缩试验,对模型的参数进行校对,使得模型的力学参数达到试验的要求,为下一步的研究提供试件。利用离散元建立沥青混凝土的切削模型,采用了单因素法和正交试验的方法,对不同铣削速度vc、进给速度v f、切削深度t h和切削前角γ0的铣削条件下刀具的受力进行研究,通过过程的模拟和数据的分析,得到铣削深度t h与刀具前角对铣削力Y向分力影响较大,铣削深度t h对铣削力X向分力影响最大,铣削速度vc对铣削力的营销最小,得到的铣削速度对铣削力的影响与在岩石的切削应用中切削速度与切削力的关系一致,并由正交表L₉（3⁴）分析模拟结果得到切削速度v_c为15 m min、进给速度v_f为1.32 m min、铣削深度t_h为20mm和刀具前角γ₀为+5°时为最优铣削条件,此时铣刀受到的铣削力相对较小。将同一模型方法应用到水泥混凝土的铣削过程,并把所得结果与沥青混凝土铣削数据进行对比,验证方法的可行性,发现在不同刀具前角对铣削力的影响时,分歧较大,说明模型在研究这个因素时具有误差。但在研究铣削速度、进给速度和铣削厚度时,铣削很大的不一致性。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-11
第1章绪论  11-19
  1.1 前言  11-15
    1.1.1 路面铣刨机介绍  11-13
    1.1.2 路面铣刨机发展现状  13-15
  1.2 国内外研究动态  15-18
    1.2.1 国内研究动态  15-17
    1.2.2 国外研究动态  17-18
  1.3 研究的目的及意义  18
  1.4 本文研究思路  18-19
第2章离散元基本理论与方法  19-27
  2.1 引言  19
  2.2 基于PFC 的离散元理论  19-22
    2.2.1 离散元研究现状  19-20
    2.2.2 离散元基本原理  20-22
  2.3 颗粒流PFC2D 应用  22-26
    2.3.1 PFC2D 介绍  22-23
    2.3.2 离散元法德进假设  23
    2.3.3 离散元本构模型  23-25
    2.3.4 时步算法及计算流程  25-26
  2.4 本章小结  26-27
第3章混凝土力学模型  27-38
  3.1 引言  27
  3.2 混凝土组成结构理论及力学特征分析  27-29
    3.2.1 混凝土组成结构理论  27-28
    3.2.2 混凝土力学特征分析  28-29
  3.3 混凝土组织结构的重构  29-30
  3.4 模型参数的选取  30-36
    3.4.1 分析方法  30-31
    3.4.2 模型参数与试验参数的关系  31
    3.4.3 模型参数与微观参数的关系  31-36
    3.4.4 微观参数与试验参数  36
  3.5 本章小结  36-38
第4章混凝土虚拟试验及模型校核  38-50
  4.1 引言  38
  4.2 单轴压缩试验介绍  38-40
    4.2.1 单轴压缩试验  38
    4.2.2 模拟试验  38-40
  4.3 虚拟实验过程  40-49
    4.3.1 虚拟试件模型参数  40
    4.3.2 虚拟试件的制备模型  40-47
    4.3.3 试验结果  47-49
  4.4 本章小结  49-50
第5章沥青混凝土铣削过程的离散元仿真  50-66
  5.1 引言  50
  5.2 试验方案  50-52
    5.2.1 铣削模型  50-51
    5.2.2 试验方案  51-52
  5.3 铣削过程的模拟  52-62
    5.3.1 铣削速度对铣削力的影响  52-55
    5.3.2 进给速度对铣削力的影响  55-58
    5.3.3 铣削深度对铣削力的影响  58-60
    5.3.4 刀具前角对铣削力的影响  60-62
  5.4 正交试验统计分析  62-65
  5.5 本章小结  65-66
第6章混凝土铣削仿真的对比研究  66-73
  6.1 引言  66
  6.2 材料性能对比  66-68
    6.2.1 材料参数  66-67
    6.2.2 试验对比  67-68
  6.3 铣削模拟结果及分析  68-72
    6.3.1 铣削速度对铣削的影响  68-69
    6.3.2 进给速度对铣削的影响  69-70
    6.3.3 铣削深度对铣削的影响  70-71
    6.3.4 刀具前角对铣削的影响  71-72
  6.4 本章小结  72-73
总结与展望  73-75
参考文献  75-78
致谢  78-79
攻读硕士学位期间已公开发表的论文  79
参与项目  79

路面铣刨机铣削过程的离散元仿真

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