振动轮下土壤竖向应力分布的三维模拟与分析

本文主要探讨了振动轮在土壤碾压过程中的竖向应力分布特征，针对这一问题，作者使用了先进的计算机辅助工程软件Ansys/Ls-Dyna3D进行建模和数值模拟。研究的目的是深入理解振动轮对土壤的力学影响，特别是其在工程精度上的表现。 研究者首先构建了一个详细的振动轮-土壤碾压模型，该模型能够准确地模拟振动轮施加在土壤表面的过程，包括土壤的受力情况和变形行为。通过实验验证和数值分析，他们发现计算出的表层沉降量和土壤竖向应力结果与实际工程需求的误差保持在10%以内，显示出模型的精确度。 研究发现，振动轮下的土壤竖向应力分布具有一定的规律性。高应力值和能量密度区域集中在靠近振动轮中心的一个椭球体附近，这表明振动作用最强的区域较为集中。应力沿轮宽方向是对称分布的，但在距离轮缘1/4到1/5的位置，应力有明显的衰减趋势。此外，随着土壤深度的增加，竖向应力呈现出负幂函数的快速衰减，这揭示了土壤内部压力随深度变化的物理特性。 这项工作的重要性在于，它填补了振动压路机动力性能和土体压实特性之间研究的空白，以往这两方面的研究虽然独立，但并未充分结合。振动压实过程中，土壤的塑性变形和动力特性受到振动强度、土壤密度以及压实过程中的变形规律多重影响。通过三维模型的建立，作者不仅揭示了振动压实机理，还为优化振动压路机的工作参数和施工工艺提供了理论依据，有助于将振动压实从经验驱动转变为科学指导。 本文的贡献在于利用数值模拟工具深入分析了振动轮下土壤的竖向应力分布规律，这对于提升振动压路机的施工效率和优化土体压实质量具有重要意义，为后续的振动压实技术发展奠定了基础。