振冲器与土壤的动力学耦合特性分析

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1、_学校代妈：10708A™莩_学号：丨205001唛匪&-技IENC,*v^-£oscEn硕士学位论文ThesisforMaster'sDegree振冲器与土指导教师姓名：张功学学科名称：机械工论文提交日期：2论文答辩日期：2学位授予单位：陕西_支申请工学硕士学位论文论文题目：振冲器与土壤的动力学耦合特性分析学科门类：工学一级学科：机械工程培养单位：机电工程学院硕士生：任艳芝导师：张功学教授2015年5月TheAnalysisofCoupledDynamicsofVibratorandSoilAThesisSubmittedto

2、ShaanxiUniversityofScienceandTechnologyinPartialFulfillmentoftheRequirementfortheDegreeofMasterofEngineeringScienceByYanzhiRenSupervisor：ProfessorGongxueZhangMay2015振冲器与土壤的动力学耦合特性分析摘要近几年建筑行业发展较快，为了能够让建筑物具有稳定性，这就要求对地基的稳定性及抗震性有很高的要求。振冲器是一种压实土壤的器械，成为了现代建筑行业的主要施工机械，而有效的对

3、土壤压实已成为目前国内外研究的重点。土壤具有十分复杂的非线性特点，而且是非连续体，因此对于振冲器与土壤耦合分析是很有必要的。课题对土壤的物理性能进行理论分析：研究土壤力学、土壤及其压实性能，对土壤的三相指标与压实的有关指标进行分析。最终确立选择土壤动力本构模型为Drucker-Prager模型，此模型是在考虑静水压力广义的Mises屈服准则基础上建立起来的。课题以功率为75KW的振冲器为研究对象，介绍振冲器的主要结构及工作原理，之后对振冲器进行力学分析，在振动压实数学模型及动力学方程的基础上，得到了振冲器加速度与土壤紧密程度的力

4、学关系。通过分析振冲器压实土壤的过程，得到土壤的塑性变形比较大，因此把土壤变形忽略而简化振冲器动力学分析的做法与实际情况是不符的。为了深入研究振冲器运动机理，对振冲器工作情况及结构进行分析研究，提取主要结构参数。在合理简化振冲器的动力学模型基础上，将振冲器的工作过程分为三个阶段来研究，并建立相应的动力学模型，得到振冲器工作阶段的动力学方程，最后得出系统方程组的解析解表达式。现场观察了振冲器结构并获取各结构的具体尺寸，运用SoildWorks对振冲器进行三维建模。对各结构进行面与面的装配，得到振冲器整体的三维模型。在工作中水通过喷

5、射管后由振冲顶尖喷出。高压的水流会对振冲器顶尖产生影响，流体与振冲器顶尖产生了复杂的流固耦合。针对这种现象用ANSYS单向流固耦合（FSI）分析，得出了水流对振冲器顶尖应力的影响。分析结果对于振冲器顶尖的工作结构及维护有一定的指导意义。对振冲器三维模型进行简化处理。之后定义材料属性、网格划分、约束方式，得到有限元模型，使用ANSYS软件对其进行模态分析，得出振冲器前6阶固有频率及固有振形。从而知道振冲器在工作时共振发生在哪个部位I上，在后续的工作中使得振冲器避开共振频率工作，这样能够让振冲器的寿命提高。最后利用软件ANSYS/L

6、S-DYNA来分析振冲器与土壤的耦合模型，在LS-PREPOST后处理软件中进行可视化后处理，得到二者的等效应力分布、接触力等情况。关键词：振冲器，土力学，动力学模型，FSI，ANSYS/LS-DYNAIITheAnalysisofCoupledDynamicsofVibratorandSoilABSTRACTWiththerapiddevelopmentofarchitectureinrecentyears.Inordertomakethebuildingstable,whichhavehighrequirementsofst

7、abilityandshockresistanceofthefoundation.Thesoiliscompactedbyvibrator,whichhasbecomethemajorconstructionmachineryofmodernarchitectural,couplingsoileffectivelyhasbecometheresearchathomeandabroad.Thecharacteristicsofsoilisnon-linearandanon-continuum.Physicalpropertieso

8、fsoilisanalyzedthesis:thesoilmechanics,andthecompactionperformance,thesoilofthree-phaseindexesarerelatedtothecompactionoftheindexes