【摘要】：土壤是由礦物質(zhì)、有機(jī)質(zhì)、水分和氣體等構(gòu)成的多相體,具有非常復(fù)雜的成分構(gòu)成和非線性物理力學(xué)特性。抗剪強(qiáng)度是土壤的主要力學(xué)特性之一,準(zhǔn)確認(rèn)知不同種類土壤的抗剪力學(xué)特性,對(duì)于提升工程建設(shè)質(zhì)量、保證施工安全、提高工程機(jī)械作業(yè)效率等有著重要的意義。鏟刀機(jī)構(gòu)廣泛配置于各種農(nóng)業(yè)機(jī)械和工程機(jī)械中,它作為與工作介質(zhì)直接接觸的工作部件極易磨損,在很大程度上決定著工程質(zhì)量�；诶碚撗芯繉�(duì)鏟刀結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和優(yōu)化進(jìn)行指導(dǎo),可以有效提高作業(yè)效率,降低生產(chǎn)成本,同時(shí)能夠規(guī)避部分作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)。本文主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)論如下:1.利用PFC3d軟件建立方形和圓柱形兩種標(biāo)準(zhǔn)的剪切盒模型,并在內(nèi)部生成沙土顆粒料床,在不同法向載荷下對(duì)樣本進(jìn)行剪切。文章將仿真所得的抗剪特性數(shù)據(jù)與實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析,校正輸入模型參數(shù),對(duì)土壤微觀特性參數(shù)進(jìn)行標(biāo)定;研究發(fā)現(xiàn)剪切盒形狀會(huì)對(duì)剪切力曲線產(chǎn)生影響,料床模型在剪切過(guò)程中呈現(xiàn)減縮現(xiàn)象,同時(shí)剪切速度、粒徑大小和顆粒間摩擦系數(shù)等參數(shù)均會(huì)對(duì)抗剪強(qiáng)度產(chǎn)生影響。2.利用PFC3d軟件建立1:9的鏟刀縮小模型;以直剪試驗(yàn)標(biāo)定的物性參數(shù)為基礎(chǔ),構(gòu)建土壤料床模型;分析不同鏟土角度、推土速度、入土深度下,鏟刀工作阻力的變化規(guī)律。在三組單因素變化的仿真中,鏟土角度75°、推土速度80nmm/s、入土深度60mm對(duì)應(yīng)的方案中鏟刀受到較大的阻力;鏟刀所受阻力隨入土深度的增加而增大,但并不隨之發(fā)生線性變化;隨著運(yùn)行速度的上升,鏟刀受到的阻力波動(dòng)增強(qiáng)。3.討論了不同鏟刀曲面的大型推土鏟鏟運(yùn)碎石的工作阻力。利用SolidWorks建立推土鏟模型,并導(dǎo)入EDEM軟件中;采用EDEM軟件建立碎石混合體模型,并模擬推土鏟鏟運(yùn)工程。文章對(duì)比了不同形狀曲面的推土鏟所受的前進(jìn)、豎直和側(cè)向方向上力的大小情況,分析了其變化規(guī)律;指出推土鏟結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)依照其工作目的進(jìn)行,當(dāng)推土機(jī)用于鏟運(yùn)時(shí),應(yīng)該選取曲率半徑較小的設(shè)計(jì);當(dāng)推土機(jī)用于平地時(shí),應(yīng)當(dāng)選用曲率半徑較大的設(shè)計(jì)。
【圖文】：

二定律可以計(jì)算出線加速度和角加速度，通過(guò)對(duì)時(shí)間積分可以得到塊體的速度和位移，逡逑同時(shí)能夠求出塊體的變形量；塊體單元的位移方向發(fā)生變化后，會(huì)產(chǎn)生新的力和力矩逡逑作用與其他塊體單元發(fā)生相互作用。圖１－１給出了邋ＤＥＭ的計(jì)算循環(huán)，如圖所示計(jì)算逡逑不斷往復(fù)，，直到最后達(dá)到一種平衡狀態(tài)。傳統(tǒng)的介質(zhì)力學(xué)在構(gòu)建力學(xué)模型時(shí)，提出了逡逑宏觀尺度上的連續(xù)性假設(shè)，而ＤＥＭ從微觀層面上對(duì)巖土介質(zhì)的物理性質(zhì)進(jìn)行了數(shù)值逡逑模擬，并通過(guò)細(xì)觀參數(shù)的研宄來(lái)分析宏觀力學(xué)行為。隨著相關(guān)探索的深入開展，現(xiàn)如逡逑今ＤＥＭ理論廣泛應(yīng)用于巖土工程學(xué)科的科學(xué)研宄。逡逑力的邊界條件邐｜力－位移關(guān)系逡逑＾１逡逑運(yùn)動(dòng)方程ａ＝Ｆ／ｍ邐位移邊界條件逡逑圖丨－１計(jì)算循環(huán)逡逑Ｆｉｇ．邋１－１邋Ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ邋ｃｙｃｌｅ逡逑１．２．２邋土壋剪試驗(yàn)逡逑土壤直剪試驗(yàn)是在Ｃｏｕｌｏｍｂ理論基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)的、一種測(cè)定土壤抗剪強(qiáng)度的逡逑基本實(shí)驗(yàn)方法。它是指在某一特定面上剪切土壤試件的實(shí)驗(yàn)，可以直接測(cè)定該面上的逡逑剪應(yīng)力和抗剪強(qiáng)度。根據(jù)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中固結(jié)和排水情況以及剪切速率快慢，直剪試驗(yàn)可逡逑以分為不固結(jié)不排水剪切（快剪）、固結(jié)不排水剪切（固結(jié)快剪）、固結(jié)排水剪切（慢逡逑剪）。直剪試驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)儀器稱為直剪儀，其結(jié)構(gòu)如圖１－２所示，直剪儀通常分為應(yīng)變逡逑式和應(yīng)力式兩種。逡逑然而，直剪試驗(yàn)方法和儀器存在不少缺陷，給準(zhǔn)確測(cè)定土壤的力學(xué)性質(zhì)帶來(lái)困難。逡逑例如

軟件建立土壤樣本和直剪試驗(yàn)剪切盒的離散元數(shù)值模型；根據(jù)大、小將：１：壤模型進(jìn)行分類，根據(jù)形狀的不同將剪切盒分為圓柱形剪切盒與方同等條件下進(jìn)行土壤直剪仿真實(shí)驗(yàn)并進(jìn)行對(duì)比研究；同時(shí)將仿真結(jié)果與對(duì)比分析，調(diào)整模擬的關(guān)鍵參數(shù)使抗剪強(qiáng)度與實(shí)驗(yàn)結(jié)果接近，確定模擬顆粒的微觀參數(shù)。逡逑本部分系統(tǒng)地分析了影響鏟刀工作阻力的若干因素；采用ＰＦＣ３ｄ建立和小型鏟刀模型，模擬鏟刀挖掘和鏟運(yùn)的動(dòng)力學(xué)過(guò)程；根據(jù)鏟土角度、土速度的不同對(duì)工況進(jìn)行分類，根據(jù)阻力結(jié)果分析三種因素對(duì)工作效率本部分研宄了截面尺寸對(duì)推土鏟工作阻力的影響；采用ＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ軟推土鏟大型鏟刀模型，對(duì)推土鏟進(jìn)行多種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；利用ＥＤＥＭ軟件體模型，將推土鏟模型導(dǎo)入ＥＤＥＭ軟件，模擬推土機(jī)鏟運(yùn)的工作過(guò)程Ｚ三個(gè)方向上推土鏟模型所受到的阻力，根據(jù)數(shù)據(jù)評(píng)估不同結(jié)構(gòu)推土。逡逑宄的技術(shù)路線如圖１－３所示：逡逑
【學(xué)位授予單位】：北京林業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：S222.51

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本文編號(hào)：2702151