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基于大流量磨料水铣效应的混凝土水铣工程车的基础研究

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摘要

第一章 绪论

1.1 研究背景

1.2 国内外水铣研究现状

1.2.1 国外射流破碎研究现状

1.2.2 国内射流破碎研究现状

1.3 研究内容和思路

1.3.1 研究内容

1.3.2 技术路线

1.4 研究目的和意义

第二章 水铣工程车的工作机理研究

2.1 混凝土损伤破坏机理分析

2.1.1 混凝土的力学性能

2.1.2 裂纹的发展

2.1.3 混凝土的变形及破坏机理

2.2 基于ANSYS/LS-DYNA的单颗粒磨料冲蚀混凝土数值仿真

2.2.1 Ansys/Ls-Dyna

2.2.2 ANSYS建模前处理过程

2.2.3 仿真结果分析

2.3 磨料射流冲蚀混凝土机理分析

2.4 小结

第三章 水铣工程车性能规律试验研究

3.1 实验考察指标及其测试方法

3.2 试验装置

3.2.1 试验平台

3.2.2 试件与夹具

3.3 试验内容

3.3.1 正交试验表设计

3.3.2 试验主要步骤

3.4 实验数据处理及分析

3.4.1 正交试验的一般分析方法

3.4.2 试验结果的方差分析及显著性检验

3.5 单个因素对水铣效果影响分析

3.5.1 压力对水铣效果影响分析

3.5.2 磨料重量对水铣效果影响分析

3.5.3 靶距对水铣效果影响分析

3.6 小结

第四章 水铣工程车的设计模式研究

4.1 混凝土水铣工程车功能和特点

4.2 模式块划分和设计

4.2.1 模式块划分

4.2.2 车辆模块

4.2.3 高压水供给模块

4.2.4 磨料供给模块

4.2.5 执行机构模块

4.2.6 附加模块

4.3 小结

第五章 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

致谢

参考文献

在学期间发表的论著及参与的科研项目

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摘要

混凝土清除修复技术广泛运用于道路、隧道、桥梁等工程维修中,传统的机械式混凝土破碎技术存在砂尘大、震动大、噪声大、工效低、劳动强度大等问题。混凝土水铣技术是目前国外迅速发展的一种混凝土破碎技术,具有高效率、高质量、选择性、适应性广、安全环保等特点。但因为纯水水铣泵压过高、功率较大,导致进口设备过于昂贵、国产化难度较大,限制了纯水水铣的发展。
   本文基于大流量磨料水铣效应,大流量磨料水铣具有强冲蚀能力,低压力特点,提出了混凝土水铣工程车的概念,从作用机理、性能规律和设计模式等方面,对其进行应用基础研究。
   ①应用ANSYS/LS-DYNA软件,建立了混凝土宏观开裂和细观损伤有限元分析模型,对单磨料颗粒冲击破碎混凝土的动态作用进行数值模拟研究。研究表明:被加速的磨料颗粒冲击混凝土表面,瞬间形成破碎和新裂纹,引发的冲击波造成二次破坏,水流冲走破碎的部分,露出新的表面,形成循环,最终形成漏斗冲蚀。
   ②利用高压水射流实验台,基于正交试验法进行了大流量磨料射流冲蚀混凝土实验研究。结果表明,磨料射流可以有效降低混凝土破碎工作压力一个数量级;影响混凝土冲蚀性能的主要因素依次是射流压力、磨料重量、冲蚀靶距。
   ③分析了混凝土水铣工程车的功能结构特点;确定了水铣工程车的设计模式系列类型,选定了部分类型的参数范围。
   研究证明了基于大流量磨料水铣效应的混凝土水铣工程车的可行性,探明了其基本规律,为低压小功率的混凝土水铣工程车的后续研发奠定了基础。

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