【摘 要】
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目前国内自行研制的路面铣刨机和国外的同类型产品相比依然存在很大的差距,工作寿命较短,工作状况不稳定从而导致路面铣削质量不稳定。种种因素让国产铣刨机丧失了很大一部分竞争力,因此进一步提升国产路面铣刨机的技术水平已经迫在眉睫。对于路面铣刨机而言,其相关技术研究的重点和关键是分析沥青混合料复杂的细观力学性能、粗细集料和沥青砂浆之间的相互作用以及建立铣刨刀具工作过程的有限元模型。本文利用有限元仿真软件AB
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目前国内自行研制的路面铣刨机和国外的同类型产品相比依然存在很大的差距,工作寿命较短,工作状况不稳定从而导致路面铣削质量不稳定。种种因素让国产铣刨机丧失了很大一部分竞争力,因此进一步提升国产路面铣刨机的技术水平已经迫在眉睫。对于路面铣刨机而言,其相关技术研究的重点和关键是分析沥青混合料复杂的细观力学性能、粗细集料和沥青砂浆之间的相互作用以及建立铣刨刀具工作过程的有限元模型。本文利用有限元仿真软件ABAQUS针对沥青混凝土各组分的物理性质构建贴近沥青混凝土实际性质的细观力学本构模型,建立沥青混凝土和铣刨刀具相互作用的有限元模型来获得切削过程的切削力;在细观力学条件下求出刀具所受摩擦阻力平均值;尤其是刀具和集料颗粒接触时的力学情况变化规律。本文主要研究工作有:(1)明确刀具在切削过程中的运动轨迹和受力情况,进而求出刀尖的轨迹方程和摩擦阻力f计算公式;明确摩擦阻力f与工作参数之间的关系。(2)从细观力学的角度对沥青混凝土内部组分进一步细化,在对沥青混凝土试件建模的过程中分别建立沥青砂浆和集料颗粒的细观模型并采用Johnson-Cook模型分别设置集料颗粒和沥青砂浆的力学性能;利用Python软件结合蒙特卡罗算法完成集料颗粒在沥青混凝土试件中的随机投料工作;网格划分过程中分别采用四边形网格和三边形网格对集料颗粒和沥青砂浆进行网格划分以表示两种不同的细观材料,其中切削区的集料颗粒和沥青砂浆采用细网格,其他区域则采用普通网格从而在保证计算精度的同时尽可能的减少计算量;利用有限元分析软件ABAQUS对刀具在不同工作参数下的工作状态进行动力学分析,从而得到刀具在沿进给方向和垂直于进给方向的切削力;将仿真结果导入MATLAB中生成刀具摩擦阻力的变化曲线,从而得到其随各种因素变化的规律,并根据以上规律总结出铣刨机最佳工作参数组合。(3)在金属切削加工过程中常采用将刀具表面覆盖涂层的方式来减小刀具的磨损,尝试将同样的方式应用到铣刨机刀具上。其中沥青砂浆和集料颗粒的建模方法与常规切削相同,涂层刀具则是在刀具刀头的外表面覆盖一层厚度为4?m的涂层,再分别设置了涂层的刀具基体的材料参数后将涂层和刀具的接触面定义为第一和第二表面,将沥青砂浆和集料上的质点集分别定义为第一和第二表面,将刀具涂层外表面和沥青砂浆和集料上的质点集分别定义为第一、第二和第三表面;由于刀具基体和涂层是两种不同的材料,故采用两种不同的网格分别进行划分,刀具基体采用四边形网格,涂层采用三边形网格;完成以上步骤之后即可提交运算。
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