小型振动压路机压实效果的有限元分析

论文摘要

为了了解振动压实过程中振动轮下土壤的应力应变分布规律以及振动参数对土壤应力应变分布规律的影响,论文建立了“振动轮-土壤”相互作用的三维有限元模型,并对振动压实过程进行了仿真计算。论文对级配土进行了直剪试验和动三轴试验。试验结果表明,级配土的内凝聚力、内摩擦角随含水量的增大而减小;级配土的内凝聚力、内摩擦角随干密度的增大而增大。固结应力、干密度和含水量是影响土壤动本构关系的重要因素,在低固结应力时,土壤的动应力～动应变近似呈线性关系。论文建立了振动压实过程的三维有限元模型,在模型中考虑了振动轮与土壤相互作用的非线性特性,研究了在不同振动频率、振幅及碾压速度下土壤的竖向应力分布规律和竖向应力沿深度方向的衰减特性以及对土壤竖向应力分布规律的影响。结果表明,振幅和土壤密实度是影响土壤应力分布规律的重要因素,增加振幅可以显著提高振动轮下土壤的竖向应力;碾压速度对土壤表层竖向应力影响较大,而随着碾压遍数的增加,沉降量和竖向应力对速度变化的敏感程度均降低。随着压实遍数的增加,应适当提高碾压速度,提高压实效率。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 选题背景及意义
• 1.2 振动压路机的发展
• 1.2.1 振动压实技术
• 1.2.2 振动压路机的研究现状与发展趋势
• 1.3 “压路机-土壤”动力模型的研究
• 1.4 钢轮与土壤相互作用的研究
• 1.5 本文研究的主要内容及方法
• 第二章 “振动轮-土壤”模型有限元分析的基本理论
• 2.1 ANSYS/LS-DYNA 软件介绍
• 2.1.1 ANSYS 软件简介
• 2.1.2 LS-DYNA 软件简介
• 2.1.3 ANSYS 与LS-DYNA3D 的关系
• 2.2 土壤的弹塑性理论
• 2.2.1 常见的土壤本构模型
• 2.2.2 土壤弹塑性理论
• 2.2.3 Drucker-Prager 屈服准则
• 2.2.4 土壤弹塑性本构方程
• 2.3 有限元法的基本理论
• 2.3.1 有限元法求解基本过程
• 2.3.2 Ls-Dyna3D 的动力学求解方法
• 2.4 本章小结
• 第三章 级配土的力学性能试验研究
• 3.1 级配土的基本物性指标
• 3.2 级配土的强度参数试验
• 3.2.1 实验原理与方法
• 3.2.2 直剪试验数据处理与分析
• 3.3 级配土的动本构关系
• 3.3.1 试样制备
• 3.3.2 试验方案
• 3.3.3 动三轴试验数据分析
• 第四章 “振动轮-土壤”模型的有限元分析
• 4.1 “振动轮-土壤”有限元模型的建立
• 4.1.1 级配土的基本参数
• 4.1.2 振动荷载的确定
• 4.1.3 网格尺寸的确定
• 4.1.4 “振动轮-土壤”有限元模型
• 4.2 “振动轮-土壤”有限元模型的试验验证
• 4.2.1 现场压实试验
• 4.2.2 现场试验结果与仿真结果对比分析
• 4.3 振动参数对土壤竖向应力的影响
• 4.3.1 振动轮下土壤竖向应力分布特性
• 4.3.2 振幅对土壤竖向应力的影响
• 4.3.3 振动频率对土壤竖向应力的影响
• 4.3.4 碾压速度对土壤竖向应力的影响
• 4.4 振幅对土壤沉降量的影响
• 4.5 本章小结
• 第五章 结论与建议
• 5.1 研究结论
• 5.2 建议
• 参考文献
• 致谢