基于地面力学的强夯机柔性多体动力学仿真

论文摘要

在地基加固方法中强夯法具有施工方便、经济易行、工艺简单等诸多优点,在世界范围内得到广泛使用,但是作为强夯专用设备的强夯机的设计与制造尚无国家标准。目前国内很多强夯设备是通过在履带式起重机的基础上增加辅助装置改进而成,专用强夯机的设计也主要是参考起重机的设计方法和标准,但是强夯机与普通起重机相比具有极高满载率、突然卸载和频繁作业等工作特点。因此在对强夯机关键结构的强度、刚度分析的基础上进行整机的动态性研究是十分必要的。本文以大连理工大学工程机械研究所开发的400t·m强夯机为研究对象,以动力学仿真软件ADAMS为平台,结合有限元分析软件ANSYS建立了该强夯机柔性多体动力学模型。在考虑到强夯机作业场地影响的基础上引入地面力学,并利用C语言在ADAMS/View中通过用户子程序开发了履带-地面力学模型。在不同的地面类型、不同幅度和有无防后倾液压缸作用的基础上进行了仿真研究。通过结果分析发现：人字架后拉杆设计存在不足；防后倾支腿的液压回路压力峰值过大。在9.7幅度,20t吊锤时的强夯作业进行了实测,仿真结果与物理样机实测结果吻合较好,误差为13.4%。本文通过对强夯机的仿真研究,其结果可以作为强夯机设计和改进的参考。对基于虚拟样机技术的复杂工程机械动态仿真分析做了有意义的尝试,研究方法和思路可为类似的复杂机械系统进行相关研究提供借鉴和参考。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 强夯法简介
• 1.2 强夯设备发展现状
• 1.2.1 国外发展现状
• 1.2.2 国内发展现状
• 1.3 课题的研究背景与意义
• 1.4 柔性多体系统动力学
• 1.4.1 发展概况
• 1.4.2 系统描述方法
• 1.4.3 柔性体建模方法
• 1.4.4 三种方法比较
• 1.5 课题研究的内容及技术路线
• 1.5.1 课题研究的内容
• 1.5.2 课题研究的技术路线
• 1.6 本章小结
• 2 履带-地面力学
• 2.1 地面力学的发展
• 2.2 土壤的物理性质
• 2.3 土壤的力学特性
• 2.3.1 土的承压特性
• 2.3.2 土的剪切特性
• 2.3.3 土壤在反复加载下的特性
• 2.4 履带-地面力学
• 2.4.1 履带的接地压力
• 2.4.2 地面对履带的水平作用力
• 2.5 地面力学在本文的研究应用
• 2.6 本章小结
• 3. ADAMS软件介绍与建模
• 3.1 ADAMS柔性多体系统建模
• 3.1.1 ADAMS中柔性体的描述
• 3.1.2 模态分析与综合
• 3.2 柔性多体系统的建立
• 3.2.1 强夯机结构介绍
• 3.2.2 柔性体的建立
• 3.2.3 柔性体的校核与设置
• 3.3 液压缸建模
• 3.4 地面力学模型的建立
• 3.4.1 底盘柔性体处理
• 3.4.2 用户子程序
• 3.5 整机建模
• 3.5.1 结构装配
• 3.5.2 钢丝绳建模
• 3.5.3 整机模型
• 3.6 本章小结
• 4. 强夯机动力学仿真
• 4.1 仿真工况介绍
• 4.1.1 强夯机载荷-幅度曲线
• 4.1.2 土壤参数
• 4.1.3 仿真工况
• 4.1.4 仿真假设
• 4.2 仿真结果分析
• 4.2.1 最小幅度（6.5m）1.5倍锤重提锤工况
• 4.2.2 10米幅度1.5倍锤重提锤工况
• 4.2.3 最大幅度（11.5m）正常提锤工况
• 4.2.4 薄弱构件分析
• 4.2.5 考虑防后倾支腿作用
• 4.3 本章小结
• 5. 试验测量
• 5.1 数据采集
• 5.2 数据处理
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录A 土壤数据
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢