智能壓實(shí)度理論基礎(chǔ)

1、智能壓實(shí)控制儀設(shè)計(jì)依據(jù)理論基礎(chǔ) 壓實(shí)就是增加單位體積內(nèi)土壤顆粒的數(shù)量，減少孔隙率的過(guò)程。 振動(dòng)壓路機(jī)在作業(yè)時(shí)，由于振動(dòng)輪的振動(dòng)使其對(duì)鋪層材料作用一個(gè)往復(fù)沖擊力，振動(dòng)輪對(duì)鋪層每沖擊一次，被壓實(shí)材料中就產(chǎn)生一個(gè)沖擊波，同時(shí)，這個(gè)沖擊波在被壓實(shí)的材料內(nèi)沿著縱深方向擴(kuò)散和傳播，被壓實(shí)材料顆粒之間的摩擦力也由初始的靜摩擦狀態(tài)逐漸進(jìn)入到動(dòng)摩擦狀態(tài)?？梢?jiàn)，進(jìn)行振動(dòng)壓實(shí)時(shí)，在被壓材料層中作用有內(nèi)力和外力。內(nèi)力包括料粒間的粘結(jié)力、摩擦力和料粒的重量；外力包括由于振動(dòng)作用傳遞給被壓材料顆粒的慣性力和上層材料的重力。 材料受強(qiáng)迫振動(dòng)后，由于各料粒的質(zhì)量及所處位置不同，所產(chǎn)生的慣性力也不同，此時(shí)，料粒問(wèn)的粘結(jié)膜發(fā)生張

2、緊的現(xiàn)象。若慣性力不大，不足以克服料粒間的摩擦力和粘結(jié)力，則各顆粒仍處于原始位置；如果慣性力很大，足以破壞顆粒間的摩擦力和粘結(jié)力，在這種情況下，料粒在其自重力和上層物料重力的作用下相互脫離，發(fā)生位移，力圖占據(jù)最低穩(wěn)定位置，排除氣相和液相，互相楔緊、擠緊，達(dá)到密實(shí)。 圖1為輪胎驅(qū)動(dòng)振動(dòng)壓路機(jī)的2自由度數(shù)學(xué)模型。在列出振動(dòng)方程以前，首先對(duì)模型中有關(guān)參數(shù)和條件進(jìn)行假設(shè)： (1)在模型中，假設(shè)土是具有一定剛度的彈性體。其剛度為k2，阻尼為c2，且為線性尼。 (2)振動(dòng)壓路機(jī)的上下車(chē)的質(zhì)量簡(jiǎn)化為具有一定質(zhì)量的集中質(zhì)量塊。上車(chē)為m1，瞬時(shí)位移為x1；下車(chē)為m2，瞬時(shí)位移為x2。 (3)振動(dòng)壓路機(jī)工作在任何

3、一個(gè)瞬時(shí)，振動(dòng)輪都保持與地面緊密接觸，F(xiàn)s為振動(dòng)輪對(duì)地面作用力。 圖1中數(shù)學(xué)模型的運(yùn)動(dòng)方程為： 式中Me偏心塊的靜偏心力矩，Me= mf r； mf偏心力； r偏心塊的偏心矩。 由此，對(duì)于多自由度振動(dòng)系統(tǒng)，其運(yùn)動(dòng)方程就可用下面矩陣形式來(lái)表述： MX+CX+KF=F (4) 式中X加速度列陣； X)速度列陣； X位移列陣； F)激勵(lì)力列陣； M質(zhì)量矩陣； C阻尼矩陣； K剛度矩陣。 已知輸入力F，在被測(cè)試系統(tǒng)維持一定的M之下，根據(jù)振動(dòng)輪加速度的變化就可以反映出K、C的變化情況。 試驗(yàn)表明：土的物理狀態(tài)、固結(jié)壓力和應(yīng)變數(shù)量級(jí)等因素對(duì)其彈性模量都有影響。計(jì)算土彈性模量的經(jīng)驗(yàn)公式為： 式中Ed土彈性模

4、量； e孔隙比； 0平均固結(jié)壓力； d應(yīng)變。 在振動(dòng)壓路機(jī)作業(yè)時(shí)，隨著碾壓遍數(shù)的增加，壓實(shí)度也隨之增加，壓實(shí)基礎(chǔ)的孔隙比減小，從公式(5)可看出，基礎(chǔ)的彈性模量在增加，由剛度和模量的正比關(guān)系可得出剛度也在增加。另?yè)?jù)文獻(xiàn)5知，隨著壓實(shí)度的增加，基礎(chǔ)的阻尼在逐漸減小。當(dāng)基礎(chǔ)填料比較疏松、密實(shí)度低時(shí)，可近似看作是一個(gè)松軟的彈塑性體，振動(dòng)輪在其上振實(shí)作業(yè)時(shí)，由于地面的彈性剛度小、阻尼較大，地面對(duì)振動(dòng)輪的作用力較小，系統(tǒng)響應(yīng)值較小。在壓實(shí)遍數(shù)增加過(guò)程中，填料逐漸被壓實(shí)，其彈性剛度隨之增加，阻尼變小，地面對(duì)振動(dòng)輪的作用力變大，系統(tǒng)響應(yīng)值逐步增大。計(jì)算機(jī)仿真表明：振動(dòng)輪的動(dòng)力學(xué)參數(shù)的變化與地面材料的密度變化密切相關(guān)，振動(dòng)輪的垂直加速度與相互作用材料的壓實(shí)度正相關(guān)。因此，選取測(cè)定加速度值