水泥制品芯模振动关键技术研究

作     者：张嘉宁 

作者单位：河北工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：于菲

授予年度：2022年

学科分类：08[工学] 081304[工学-建筑技术科学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 0813[工学-建筑学] 

主      题：芯模振动 大直径排水管 干硬性混凝土 颗粒速度 振幅 多源振动 

摘      要：随着降雨以及生活污水的普遍增多,城市排水系统面临着前所未有的压力。混凝土排水管作为一种水泥制品是城市排水系统重要的组成部分。为了生产大直径管体,提高排水系统的效率,论文依据芯模振动成型原理,针对单振源不足以使混凝土大直径管体密实成型的问题,提出增加振动源的方式提高振动强度,对芯模振动在多振源作用下生产大直径管体展开研究分析。主要研究内容如下:1.针对芯模振动制管设备的关键技术,分析了振动在内模和混凝土中的传递规律,表明内模所受强迫振动的频率与激振器频率相同,振幅受内模的物理特性和激振力的影响,振动在混凝土中传播时其振幅会产生较大的衰减。以单振源在内模和混凝土中的传播规律为基础,基于茅氏定律分析出多源振动作用下的振动叠加计算模型。为后续分析芯模振动在多振源作用下生产大直径管体奠定理论基础。2.研究了振动频率和振幅对干硬性混凝土密实成型的影响。首先,基于干硬性混凝土特点分析出振动密实的关键是使混合料液化,液化效果受颗粒速度影响。其次,基于离散元素法构建混凝土混合料颗粒的动力学模型并搭建模拟振动实验平台。最后,对颗粒速度进行分析和对比。结果表明,干硬性混凝土若要达到振动成型效果,振动频率50 Hz时,可用振幅为0.6～0.8 mm;振动频率75 Hz时,可用振幅为0.3～0.7mm;振动频率100 Hz时,可用振幅为0.2～0.4 mm。以该结果为依据,对芯模振动多振源作用下大直径管体的响应进行分析。3.分析并确定公称内径为4000 mm管体壁厚的取值范围。根据现行混凝土排水管标准,建立壁厚和破坏荷载的拟合公式。求解出公称内径为4000 mm管体壁厚的范围为325～375 mm,破坏荷载的范围为239～546 KN?m。基于弥散裂纹混凝土模型进行混凝土排水管的失效性分析,最终验证了拟合数值的可靠性。根据该数值建立大直径管体和内模的几何尺寸。4.对芯模振动多振源作用下大直径管体的响应进行分析。基于动力学显示有限元法,分别建立双振源和三振源作用下芯模振动制管设备的动力学模型。以干硬性混凝土振动成型条件为依据,对模拟实验的结果进行分析。结果表明,公称内径为4000 mm的管体在两个稳态振源的条件下,激振器的振动频率为50 Hz、75 Hz和100 Hz时,系统的响应能够满足管体成型对速度和振幅的要求,75 Hz时效果最好。三个振动源时节点速度过大,会发生混凝土捣振现象,系统存在不稳定性。