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原文传递压路机诱发随机振动在路基中传播特征及HWIB材料的减振效应研究

论文题名：	压路机诱发随机振动在路基中传播特征及HWIB材料的减振效应研究
关键词：	公路路基;压路机;随机振动;传播特征;蜂窝状波阻块材料;减振效应
摘要：	为明确振动压路机诱发环境随机振动的影响规律、蜂窝状波阻块（HWIB）填充材料对振动压路机诱发环境振动缓振效应的影响规律，基于总集参数多体动力学理论建立压路机-弹塑性不平整路基耦合动力学模型，采用Matlab/Simulink软件对该模型进行解耦，进一步导入ABAQUS有限元软件建立数值模型，通过现场实测的振动加速度对数值模型参数进行校正，进而分析了压路机诱发环境随机振动传播特征及HWIB缓振效应的影响规律。为明确HWIB的最优布设形式，对HWIB布设参数进行了正交试验，基于参数敏感性分析获得了各布设参数的重要程度及布设参数对HWIB缓震效应的影响规律，进一步通过BP-神经网络结合遗传算法对HWIB的布设参数进行了优化。研究结果表明：　　（1）垂距、路基表面粗糙度等级、天然土基弹性模量、振动档位对加速度均方根值RMS（Root mean square value，RMS）影响显著。随着垂距由2.5m增加至7.5m，监测点加速度RMS值下降71.1%。路基表面粗糙度等级由B增加到D级，监测点加速度RMS值增加77.5%。天然土基弹性模量由12.5MPa提升至60MPa，监测点加速度RMS值增加69.8%。振动档位由静碾变为强振，监测点加速度RMS值增加47.6%。天然土基共振频率与弹性模量正相关，天然土基弹性模量为12.5MPa、40MPa、60MPa，土基的共振频率依次为9.2Hz、10.1Hz、12.7Hz。　　（2）HWIB对振动压路机诱发环境振动缓振效果显著，直臂式蜂窝状周期材料在M-K方向上存在三条带隙，并且在极低频0Hz-6Hz频段上有优秀的隔振性能，同时在11Hz-14Hz与19Hz-21Hz频段上有一定的隔振效果。采用HWIB进行减振后，监测点加速度RMS值降低约91%。监测点的加速度PSD（Power Spectral Density，PSD）曲线经历了衰减阶段与滤波阶段。衰减阶段：在4Hz-35Hz频率区间，加速度PSD值大幅衰减；滤波阶段：在50Hz-128Hz频率区间，加速度PSD曲线波动减小，运动更加稳定。HWIB对振动压路机诱发环境振动的混沌无序性有抑制作用，应用HWIB进行减振后，Lyapunov指数减小，加速度在相空间中相邻轨线的发散程度减缓，Poincare不动点减少，运动周期减少，闭合轨道周期系统运动的轨道收敛。　　（3）HWIB对振动压路机诱发环境振动的振幅衰减系数随着充填比例增大，振幅衰减系数呈线性减小趋势；随着充填深度增大，振幅衰减系数呈指数减小趋势；随着单胞厚度增大，振幅衰减系数线性增加；随着充填厚度与单胞边长增加，振幅衰减系数先减后增。通过方差分析，HWIB振幅衰减系数的布设参数影响大小排序依次为：充填深度、充填厚度、单胞厚度、单胞边长、充填比例，充填深度、充填厚度因素通过了显著性检验，因此在条件有限的工况下，应优先满足充填深度与充填厚度要求。　　（4）BP-GA算法优化效果更显著。优化前加速度均方根值为0.0246m/s2，正交试验优化后，加速度RMS值降低1.2%，最大加速度PSD值降低6.7%。BP-GA算法优化后，加速度RMS值降低9.8%，最大加速度PSD值降低26.7%。
作者：	周宴民
专业：	交通运输工程
导师：	刘佳亮;王海洋
授予学位：	硕士
授予学位单位：	重庆交通大学
学位年度：	2022