非线性振动压实理论及工程应用

论文摘要

振动存在于人类生活与工农业生产等诸多方面,有效地利用振动可以改善工艺质量、提高生产效率,使振动在最大的可能范围内为人类造福。振动压实是一种非常重要的振动应用分类,可以大大提高材料的强度、减小塑性变形、增加稳定性,广泛应用于摊铺、压路、成型等领域,具有极高的社会效益、经济效益。利用振动的系统,绝大多数是属于非线性振动系统。本文以闻邦椿院士的非线性振动理论为基础,应用非线性领域的研究成果,对干摩擦、滞回、塑性变形三种非线性特性进行了深入的研究分析,并结合振动压实成型机和振动压路机,建立非线性振动方程,通过数值仿真和实验来验证所建模型的正确性,分析非线性振动的特性及改进方法,为实际工程应用提供理论依据。本文主要做了以下几方面的工作：(1)分析土体的类型和性质,论述振动压实理论,建立振动压实成型机的线性振动模型及方程；(2)介绍了摩擦的概念、分类与影响因素,分三种情况分析振动减摩机理,推导干摩擦的求解方法,建立考虑干摩擦的非线性振动模型及方程,对比不同振动减摩系数及不同频率下非线性振动系统的仿真结果,定性的分析了干摩擦对振动系统的影响及减小摩擦的方法；(3)介绍几种经典滞回模型,及滞回振动模型的渐进解法,根据实测滞回力曲线和分段曲线模型简化出三段曲线滞回力模型,建立包含滞回力非线性振动压实方程,确定振动参数并进行数值仿真,分析滞回力特性及对振动系统的影响,并验证了所建立滞回力模型的正确性；(4)结合YZC1型振动压路机,建立了考虑土体塑性变形的非线性振动模型,确定了系统参数并进行不同激振力频率下的数值仿真,对比振动压路机实验数据,分析非线性振动压路机的系统响应特点,并验证系统模型的可用性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究目的意义
• 1.2 非线性振动压实的研究现状
• 1.2.1 线性模型
• 1.2.2 分段线性的非线性模型
• 1.2.3 滞回特性非线性模型
• 1.2.4 带有慢变参数滞回特性的非线性模型
• 1.3 本文的主要工作
• 第2章 振动压实机理及基本方法
• 2.1 土体性质
• 2.1.1 土的构成和分类
• 2.1.2 土的剪切破坏
• 2.1.3 土体的非线性
• 2.2 振动压实理论
• 2.2.1 压实的基本方法
• 2.2.2 振动压实机理
• 2.3 振动压实成型机
• 2.3.1 振动压实成型机简介
• 2.3.2 建立等效线性模型
• 2.4 本章小结
• 第3章 具有非线性摩擦力的振动压实模型
• 3.1 摩擦的概念、分类与影响因素
• 3.1.1 摩擦的概念
• 3.1.2 摩擦的分类
• 3.1.3 摩擦的影响因素
• 3.2 振动减摩机理
• 3.2.1 振动与作用力平行的情况
• 3.2.2 振动与正压力平行的情况
• 3.2.3 振动与作用力、正压力垂直
• 3.3 摩擦参数的确定
• 3.3.1 分析静摩擦
• 3.3.2 分析动摩擦
• 3.4 考虑摩擦的非线性方程
• 3.4.1 振动系统参数
• 3.4.2 考虑摩擦的非线性振动压实模型
• 3.5 简谐力作用下的非线性系统的渐近法
• 3.5.1 方程的非共振解
• 3.5.2 主共振情况
• 3.6 非线性摩擦力模型数据仿真
• 3.6.1 不同振动减摩系数下的仿真
• 3.6.2 激振力频率渐变（扫频）仿真
• 3.7 本章小结
• 第4章 具有非线性滞回力的振动压实模型
• 4.1 几种经典的滞回模型
• 4.1.1 Caughy双线型
• 4.1.2 Neilsen退化双线型
• 4.1.3 Clough退化双线型
• 4.1.4 具有微分形式的曲线型
• 4.2 滞回振动系统的渐近解法
• 4.3 滞回非线性振动模型
• 4.3.1 三段曲线滞回模型
• 4.3.2 非线性振动方程
• 4.4 滞回非线性振动压实仿真
• 4.5 本章小结
• 第5章 振动压路机非线性模型及实验
• 5.1 振动压路机介绍
• 5.1.1 压路机发展史
• 5.1.2 压路机分类
• 5.2 振动压路机—土系统力学模型
• 5.2.1 考虑土体塑性变形时力与变形的关系
• 5.2.2 非线性振动压路机模型的建立
• 5.3 振动压路机非线性模型参数的确定
• 5.3.1 YZC1型振动压路机介绍
• 5.3.2 非线性振动模型参数确定
• 5.3.3 未扰系统的固有频率
• 5.4 数值仿真结果
• 5.5 压路机实验
• 5.5.1 实验设备及软件
• 5.5.2 实验结果
• 5.6 本章小结
• 第6章 总结和展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢