Электронное издание СДМ - Строительные Дорожные Машины и Техника

Кафедра ДСМ МАДИ, ПО Стройтехника


26.01.2015
Моделирование граничных условий при взаимодействии через упругий элемент уплотняющего рабочего органа на материал

Павлов С.А., Жарцов П.Е., научный руководитель - к.т.н., профессор Кустарев Г.В.
Московский автомобильно-дорожный государственный технический университет (МАДИ)

Используя метод конечных элементов для решения конструктивных проблем можно смоделировать систему или только определенную область, в целях уменьшения сложности задачи.
Для моделирования уплотнения горячего асфальтобетона введены границы распределения смесей: граница между старым покрытием и недавно уложенным слоем, и границы определяющие длину смоделированного участка. Сопряжение с упругим элементом, моделируется как полностью жесткое.
При моделировании рабочего органа он конструируется как вращающейся свободно. Для этого выбирается вращающаяся система координат. Контрольной точкой системы отсчета является центр рабочего органа. Эта контрольная точка определяет узлы на сегменте круга. Кроме того, для каждого узла определена локальная система координат. Вращаемая система координат взаимодействует с локальными осями x и y. Локальная ось x соответствует радиальному направлению, тогда как локальная ось y соответствует тангенциальному направлению, см. рис. 1. Предположим, что перемещения узлов связаны друг с другом в направлениях оси y и все деформации в направлении оси x запрещены, тогда свободно вращающийся рабочий орган в неподвижном положении имеет определенные координаты.
Каток содержит как ведомые, так и ведущие вальцы. Необходимо различать процессы под ведомыми и ведущими вальцами в условиях воздействия, прикладываемого к материалу. При моделировании валец и материал перемещаются одновременно с деформациями (нормальными и сдвигающими).


Рис. 1. Вращающаяся система координат рабочего органа

Область контакта значительно изменяется в размере и положении. Поверхность или контактирующие элементы могут быть расположены между сплошным элементом и твердым контуром. Такое расположение позволяет моделировать трение Кулона на уровне элемента.
Элемент контакта состоит из верхней и нижней плоскости, он определен таким образом, чтобы эти плоскости могли перемещаться по нормали и параллельно друг к другу (рис. 2).


Рис. 2. Криволинейная поверхность элемента
Нелинейные пружины и демпферы связывают верхнюю и нижнюю плоскости друг другом. Относительно маленькое движение плоскостей на обеих сторонах элемента контакта создает напряженное состояние. Величина этих воздействий зависит от жесткости элемента контакта.
На рис. 3 рассмотрен контактирующий элемент между соприкасающимся вальцом и упругим элементом. Для алгоритма вычислений по Лагранжу-Эйлеру ситуация (a) может быть рассмотрена как ситуация в начале деформации. Ситуация (б) происходит, когда присутствует сдвиг между вальцом и упругим элементом.


Рис. 3. Ориентация узлов вблизи поверхности элементов:
до (а) и после (б) шага вычисления

Между элементами контакта возможна регулировка нормальных и касательных напряжений, а также деформации направленной по нормали и деформации сдвига между материалом и заготовкой.
Для контакта между вальцом и упругим материалом целесообразно использовать Кулоновскую модель сухого трения. Эта модель использует отсечение верхнего максимального частного значения τ max, как показано на рис. 4. Максимальное трение в кулоновой модели определяется коэффициентом сухого трения μ и нормальными силами давления. В ситуации контакта, поведение опирается на трение граничащих слоев.


Рис. 4. Вид трения в π плоскости

Выводы
1. Создание модели трехфазной системы с использованием метода конечных элементов является многоступенчатой задачей. Важно учесть все возможные связи, возникающие между фазами системы, для предотвращения потери факторов, влияющих на процесс уплотнения и на дальнейшую эксплуатацию покрытия из асфальтобетонной смеси.
2. Использование в процессе уплотнения упругого элемента между рабочим органом и материалом в ходе укатки является важной предпосылкой для развития точной технологии процесса уплотнения, а моделирование при помощи метода конечных элементов с использованием современных технологий вычислительных программ позволит рассчитать все необходимые параметры воздействия рабочих органов катков на уплотняемый материал.

ЛИТЕРАТУРА
1.    Геллер М. Уплотняющее оборудование для асфальтовых смесей. Размещение и уплотнение асфальтовых смесей, американская ассоциация тестирования и материалов. // Специальная техническая публикация №829. - Вагнер, Филадельфия, 1984. - С. 28-47.
2.    Вуд Д.М. Поведение грунта и критические положения механизмов в нем. // Статьи Кембриджского университета. - Кембридж: Кембриджский университет, 1990. - С. 67-70.
3.    Галлагер Р. Метод конечных элементов. Основы: Пер. с англ. - М.: Мир, 1984. - 264 с.

<< Теплофизические процессы в кузове самосвала и производительность асфальтосмесительных установок | Методика оценки производительности экскаваторов-планировщиков >>

На главную Архив: научные публикации
Кафедра ДСМ МАДИ, ПО «Стройтехника». Copyright 2007 . Смотрите условия использования материалов сайта