基于离散元的沥青路面铣刨过程及铣刨参数优化的研究

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目前,我国公路养护工作量呈现出快速增长势头,沥青路面铣刨作业作为养护工作的重要组成部分,由此所产生的铣刨料数量巨大,然而铣刨料往往破碎严重或者存在较大团块,严重影响其再生利用率。由于石料资源日益匮乏,铣刨料作为重要的可再生利用资源,如何提高路面铣刨料的再生利用率,降低路面铣刨成本,已成为路面铣刨的重点关注内容。由于沥青混合料的组成不同,导致其在铣刨刀头作用下的力学响应不同。针对不同的沥青混合料,采用合理的铣刨作业参数,如铣刨速度,铣刨深度等,有利于减少铣刨过程中产生的集料破碎或较大的团块,这对于提高路面铣刨料的再生利用率、降低路面铣刨成本具有重大意义。重复性的路面铣刨试验会消耗巨大的人力物力资源,因此本文借助离散元软件PFC进行沥青路面铣刨仿真试验研究,以达到优化铣刨参数的目的。首先,采用SBS改性沥青制备AC-13沥青混合料试件,以用于不同围压条件下的室内三轴压缩试验。然后,构建出PFC三轴压缩试验模型,根据沥青混合料模型内部接触行为的特点,选用不同的接触模型表征相邻集料间、粗骨料颗粒内部单元间、集料-沥青胶浆间的接触行为,并根据沥青混合料三轴压缩试验完成了触模型参数的标定,改变围压条件,验证了所标定的模型参数。最后,根据所标定的接触参数建立沥青路面离散元铣刨模型,通过优化铣刨路径,模拟沥青路面的铣刨过程。从铣刨刀头受力、铣刨料利用率和铣刨破碎机理等角度分析路面铣刨参数对铣刨效果的影响。结果表明:对于AC-13沥青混合料铣刨作业,在42°切入角、10°偏转角条件下,铣刨机水平运动速度为0.2m/s、角速度为160r/min,铣削深度为25mm时,铣刨料的直接利用率最高,粗骨料破碎率最低,刀头所受合力最小,刀头损耗减少,有利于降低铣刨作业成本。
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