振动混合

2024-08-26

振动混合（精选六篇）

振动混合篇1

基于振动混合机理的复杂性,现在对垂直振动混合应用于不同性状材料的混合效果影响因素进行初步研究,为振动混合的应用和机理探索提供可靠的实验佐证。

1 实验

1. 1 材料及配方

铝粉,粒径29 μm,河南远洋铝业有限公司; 硫酸钠,粒径300 μm,天津振泰化工有限公司; PVC,粒径163 μm,东莞市宝善环保材料有限公司; 甘油,分析纯,江西华宇化工原料有限公司; NJ-2,黏结剂,西安近代化学研究所。液-液混合体系采用甘油水溶液,质量分数分别为50% ,66. 7% ,100% ; 高固含量黏合剂体系采用铝粉、硫酸钠、PVC、NJ-2 混合物,质量分数分别为44% 、39% 、4% 、13% ; 颗粒混合体系采用铝粉颗粒。

1. 2 仪器设备

主要设备为振动混合系统,包括激振器、调频器、功率放大器、混合筒、传感器和数据采集器等部件,可以实现混合工艺过程的频率调节、振幅调节、加热冷却等功能。振动混合系统原理示意图如图1所示[5]。

1. 3 实验方法

液-液体系混合和颗粒体系混合均采用内径为20 mm,内高95 mm的有机玻璃管; 固体填料黏合剂体系混合采用内径92 mm,内高105 mm的铝筒。激振器输出波形为正弦波,频率为60 Hz,混合系统振幅为2 mm,用无量纲加速度 Г = 4Aπ2f2/ g表示的振动强度为28. 5,其中f为频率、A为振幅、g为重力加速度。

2 结果与讨论

2. 1 物料状态对液-液体系振动混合效果的影响

实验时,在液面上方铺撒红色涂料用于观察液体混合情况。所采用的实验样品为室温( 约20 ℃)条件下水和甘油的均匀混合物,甘油质量分数从左至右分别为50% 、66. 7% 、100% 。所得混合效果如图2 所示。

图2( a) ~ 图2( e) 所示三个样品混合强度均随时间增长而增大,这是因为在0 ~ 4. 13 s时段内激振器振幅从0 mm增大到2 mm,振幅越大,混合越剧烈。当振幅增大到2 mm后,溶液的混合强度几乎不随混合时间继续增大,从图2( f) ~ 图2( h) 可以清晰看出。混合状态稳定后,50% 、66. 7% 、100%质量分数甘油水溶液混合强度逐渐变差,且三份样品的溶液随着振动而进行液面的起伏波动,均不能形成在整个流体区域内的质量交换,特别是对于纯甘油,其液面波动甚小,几乎保持不变。通过其它实验表明,甘油水溶液的混合强度随甘油质量分数减少而增大,当质量分数为0 时,能够在整个混合区域内发生剧烈混合。当然,混合强度还与频率、振幅、管径、样品种类等相关,这里就不一一描述。

50% 、66. 7% 、100% 三种质量分数甘油水溶液的密度、黏度、表面张力等均不同,为了进一步明确决定液- 液体系混合强度的主要因素,使用不同温度下的纯甘油进行对比实验,结果如图3 所示。从左至右样品分别为常温下纯甘油和60 ℃ 纯甘油。由图3( d) 可见,混合稳定后,60 ℃ 纯甘油混合较为剧烈,混合区域扩散至整个流体区域; 但对于常温下纯甘油,与图2 中结果一样,甘油表面的波动并不能向流体内部突破。这说明对于液- 液体系混合,液体温度也是影响混合强度的一个因素。

为了进一步从本质上解释影响液- 液体系振动混合强度的物质属性,图4 给出20 ℃ 条件下甘油水溶液的密度、表面张力和黏度随质量分数变化关系。从图4 可以看出,随着甘油质量分数的增加,表面张力是下降的,这与上文随着甘油质量分数增加,混合难度加大相悖,因此排除表面张力是影响混合效果的主要因素。随着甘油质量分数的增加,溶液的密度和黏度均增大,其中密度增大与甘油质量分数的增加呈线性关系,而黏度的增加与质量分数的增长呈非线性,甘油质量分数越大,黏度增大越快。上文证实,将甘油加热到60 ℃ 后混合效果明显增加,而根据流体的物理属性可知,随着温度升高,下降较为明显的是甘油的黏度而非密度。对于液- 液混合,其主要混合机理是对流、剪切和扩散,其中扩散属于微观行为,对于短时间混合可以不予考虑; 混合的主要动力来源于振动过程中液体自重和加速度力提供的剪切,而液体内部抵抗剪切作用的黏滞力即表现为液体的黏度或表观黏度。结合实验,可以认为影响液- 液体系振动混合强度的主要因素是被混液体的黏度。

2. 2 物料状态对固体填料黏合剂体系振动混合效果的影响

固体填料黏合剂体系是大质量分数的固体颗粒和黏结剂的混合物。固体填料黏合剂体系混合的难点是大量的固体颗粒会团聚成小团被液相包裹,无法从微观上均匀分散,成为振动混合研究的热点。图5为固体填料黏合剂体系振动混合状态图。从图5( a)可以看出,混合初期物料体系呈一整体,随着混合筒的振动而上下振动; 在激振力的作用下,被混物料分裂呈块状,并在混合筒的不断撞击下逐渐球形化,如图5( b) 所示; 由于固体填料黏合剂体系属于剪切稀化流变体,在加热和频繁碰撞条件下,球形化的黏弹体块逐渐粘结成整体块,如图5( a) ~ 图5( e) 所示。之后,黏弹体在振动的作用下进行缠结翻滚,黏弹体内部不断撕扯拉裂,促进质量交换,如图5( f) ~ 图5( h) 所示。值得指出的是,固体填料黏合剂体系的翻滚和撕裂是由一个“缠结核心”引起的,该缠结核心可能是由体系内部最薄弱点或所受激振力最大点产生。从图6 就能清晰的看到固体填料黏合剂体系振动混合过程中“缠结核心”的产生和变化过程。固体填料黏合剂体系的缠结混合需要一个临界振动能量E0来维持,当对混合体系施加一个小于临界能量E0的振动能量E时,正在发生缠结撕裂,具有一定团聚度的混合体系在微小振动的作用下逐渐平铺于混合筒底。再次逐渐增大振动能量到E0,平铺于混合筒底的混合体系保持静止不动,除非增大振动能量超过E0一定范围,才会在平铺的混合体系的某处薄弱点由于局部失稳而产生“缠结核心”,在此缠结核心的缠结下,混合区域迅速向整个固体填料黏合剂体系区域扩散,如图6( a) ~ 图6( d) 所示。

值得注意的是,所用固体填料黏合剂体系在该混合条件下表观黏度超过10 000 m Pa·s[2],而上述2. 1 节中所用甘油水溶液的黏度不足100 m Pa. s。在相同振动强度下,黏度更大的固体填料黏合剂体系能够发生混合,而甘油水溶液却无法发生剧烈混合。这是因为固体填料黏合剂体系的混合机理与液-液体系的混合机理不同。固体填料黏合剂体系的混合得益于其内部高质量分数的固体颗粒。固体颗粒属于分散体系,具有一定的流散性,固体填料黏合剂体系在激振力作用下其内部或表面被黏合剂束缚较弱的固体颗粒或颗粒团首先发生位移,带动周围物料的剪切形变,剪切形变又导致体系的黏度适度降低,进一步带动更大范围物料的位移,形成“正反馈”,最终导致整个混合区域内固体填料黏合剂体系的翻滚缠结。可以预见,当固体填料黏合剂体系固含量继续增大到使高黏态物料呈近乎固体块形状,则固体填料黏合剂体系会以块状的形式在混合筒内跳动,如图6( a) ~ 图6( b) 所示,而不会发生缠结翻滚。这种超高固体含量以至于无法用振动进行混合的固体填料黏合剂体系不再适用于缠结撕裂的混合机理,因为每一个高黏态硬块已经成为独立的个体参与混合,而其本身不会发生内部的质量交换。基于此,下文以颗粒体系为例对固- 固体系振动混合的影响因素进行分析。

2. 3 物料状态对颗粒体系振动混合效果的影响

颗粒体系是指由大量离散固体组成的复杂体系,可同时表现出固体和流体的特性,但其运动规律又与固体和流体均不同。相比液-液体系和固体填料黏合剂体系的振动混合,颗粒体系振动混合受到的研究最为广泛。颗粒体系混合状态根据无量纲加速度和振动频率的大小可分为巴西果区、反巴西果区、三明治区、混合区、循环区等等[6—10]。颗粒体系混合受体积效应、密度效应、气压效应、摩擦效应、碰撞效应、内聚力效应等综合影响,机理十分复杂,目前仍未形成统一认知的混合理论。。在振动混合方面,颗粒物质表现了流体的属性,即流动性或流散性,但其混合强度并非决定于颗粒的黏度,这点与流体不同。因为黏度是组成颗粒体系物质的固有属性,对于固体颗粒,可认为其无穷大。颗粒体系的流动主要是靠克服颗粒之间的摩擦力和重力。图7 所示为颗粒体系的振动混合效果图。如图7( a) ,首先在颗粒体系底部靠近振源处形成流化区域,上层颗粒在重力作用下不断向下补充,导致此流化区域迅速向上移动,如图7( a) ~ 图7( h) 中箭头所示。当流化区域上移到一定高度,能够克服上层颗粒的重力后,上部颗粒迅速失稳溃散,形成较为剧烈的混合,如图7( i) 和图7( j) 。这一流化和溃散过程在颗粒体系的振动混合中不断循环,促使颗粒体系充分混合均匀。

从上文中分析可以看出,对于液-液、高黏态和颗粒体系的混合,其本质都是被混体系的流化,表现出流体的属性。但决定液-液混合强度的主要因素是黏度,黏度越大,混合越困难; 决定高黏态体系混合强度的主要因素是黏性和流散性的综合体; 决定颗粒体系混合的是其接触力。

3 结论

( 1) 决定液-液体系振动混合强度的物料状态是被混体系的黏度。在其他条件一致的情况下,黏度越大,混合越困难,这主要是因为液体内部抵抗剪切形变的摩擦阻力和弹性形变的表现形式即为表观黏度。

( 2) 对于颗粒体系的混合,决定其振动混合强度的是颗粒体系的摩擦力,宏观表现为颗粒体系的流散性,流散性越好,颗粒体系越容易被混合。

( 3) 对于固体填料黏合剂体系,颗粒组分的流散性和黏合剂组分的黏性共同决定其振动混合的强度。当固体填料含量较低时,固体填料黏合剂体系更加接近黏合剂本身的性质,振动混合强度受黏合剂黏度影响较大,类似于液- 液体系的混合; 当固体填料含量特别高时,该体系表现出固相的属性,难以实现振动混合。文中所用的固含量为86% 的固体填料黏合剂体系,其混合的主要机理在于内部固体颗粒与黏合剂之间的缠结和撕裂。

摘要：为了解振动混合应用于不同状态被混物料时,物料状态对宏观混合效果的影响,采用垂直振动混合方式对液-液体系、固体填料黏合剂体系和颗粒体系进行混合研究,观测和记录混合发展过程。在频率为60 Hz、振幅为2 mm的工况下对甘油水溶液、高黏态火炸药模拟物、铝粉颗粒进行振动混合研究。结果表明,不同状态物料振动混合强度影响因素不同;对于液-液混合体系,液体黏度是影响其混合强度的主要因素,黏度越小混合越剧烈;对于颗粒体系,流散性是影响其混合强度的主要因素,流散性越好混合越剧烈;对于固体填料黏合剂体系,液相组分的黏度和固相组分的流散性共同影响混合强度,固体填料黏合剂体系的混合是基于物料的缠结和撕裂来实现的。

关键词：振动混合,高黏态,黏度,流散性

参考文献

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振动混合篇2

本文针对某混合动力公交车在怠速工况下车内地板振动量过大的问题,对其动力总成悬置系统进行了振动特性的试验分析,了解试验车辆在怠速工况下,动力总成悬置及其支承处在不同转速下的振动响应特性后,初步得出动力总成悬置系统在结构上存在的问题,为解决试验车辆在怠速工况下振动量过大的问题提供数据依据。

1、动力总成悬置系统怠速振动试验

1.1 试验原理

首先,在试验车辆的发动机前后悬置处、变速器悬置处以及车架安装处安装加速度传感器,采集各测试点的振动信号,试验数据经由数据采集仪处理后存入计算机。其试验原理如图1所示:

1.2 试验方案的确定

本试验主要是针对某公司生产的混合动力公交车在怠速工况下,车内地板振动量过大的问题,对车辆进行了怠速振动试验。试验的具体方案如下:试验车辆在原地驻车且使发动机处于稳定工况,测量车辆在空载状态下,调整发动机转速,在600rpm、650rpm、700 rpm、750 rpm、800 rpm转速下,测试发动机前后悬置和变速器悬置垂直方向振动响应随转速的变化情况,并根据试验数据得出振动频率响应函数,分析得出试验车辆在动力总成悬置系统结构方面存在的问题,为后续的优化工作提供依据。

1.3 发动机悬置测试点的布置

发动机悬置测试点主要集中在变速器的支撑处,以及发动机前后悬处,具体测试点及通道布置如表1所示:

2、悬置及车架安装处振动响应随转速变化的分析

在试验中,使车辆处于怠速工况,分别使发动机转速达到600rpm、650rpm、700rpm、750rpm、800rpm,记录测量此时发动机和变速器悬置处的各测点及其车架安装处各测点振动响应幅值随转速的变化(RMS)如表2所示。

试验结果表明,发动机前悬置及其车架安装处(即测试点ch9、10、11、12),当发动机转速达到700rpm和750rpm时,其响应幅值有明显的增大。当发动机转速达到700rpm时,其基频约在11Hz左右,由于4冲程的6缸发动机是基频的3倍,对应700rpm时约为33Hz,正好是发动机质量扭矩的激振频率。由振动响应幅值随转速的变化曲线可知,左、右前悬置达到的最大值的频率有较大的差距,右悬置明显并没有起到隔振作用。

3、频率响应函数的测量及分析

由于篇幅的限制,这里以汽车空载状态、怠速600rpm转速下发动机悬置处的频响曲线为例进行分析,该条件下发动机悬置处的频率响应函数曲线由图3~6所示。

根据发动机激励频率计算公式可知,激励频率ω(Hz)=转速n(rpm)/60可以计算出该工况下发动机的激振频率,因此在转速为600rpm的工况下,发动机的激振频率为10Hz。由频响函数曲线可明显看出,发动机左、右前悬置支承在30.77Hz,即发动机激振3倍频处有明显峰值,这说明在该工况下,发动机的激励主要是质量扭矩的作用,同时发动机前悬置对于产生的质量扭矩激励不但没有衰减,反而起到一定的幅值放大作用,其原因有可能是发动机的前悬置与车架的刚度不匹配,也有可能是其固有频率与发动机的质量扭矩较为接近所致。

4、试验结论

根据试验可知车辆在怠速工况下,发动机前悬置及其车架安装处在发动机转速达到600rpm、700rpm、750rpm时其响应幅值有明显的增大,且发动机前悬置处车架的振动量大于后悬置处车架振动量,而后悬置车架处的振动量又大于变速器支承处车架的振动量,试验过程中右前悬置明显没有起到隔振作用。对试验所得的频响函数曲线分析可知,发动机前悬置对质量扭矩激励并没有起到衰减,反而在一定程度上起到放大作用,扭矩激励主要集中在发动机激励频率的3倍频上。

该试验初步得出试验车辆室内地板的振动响应能量主要来自发动机前悬架处,且主要是由发动机的质量扭矩引起的。前悬置车架处的振动能量则主要来自发动机前悬置处,经橡胶块传递到车架的发动机质量扭矩,由于前悬置没有有效地衰减发动机质量扭矩,使得发动机的振动能量通过车架传递到了室内地板上,造成车室内地板振动过大。

参考文献

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振动混合篇3

作为土石坝心墙防渗体的沥青混凝土, 是由沥青和矿料拌合而成的沥青混合料经摊铺、碾压形成的一种稳定结构, 具有一定的力学和变形性能。沥青混合料振动碾压过程, 对沥青混凝土结构的形成至关重要。因此, 有必要对沥青混合料的振动压实进行研究。

2 沥青混合料的振动压实

沥青混合料碾压压实分为三个过程, 即初碾 (无振碾压—静碾) 、复碾 (有振碾压—动碾) 、终碾 (收光无振碾压—静碾) 。

初碾主要是初步排除沥青混合料中的空气, 并能保证在复碾过程中, 振动碾不至于陷碾。对自带振动熨平器的摊铺机, 在一定温度下 (约150℃) , 沥青混合料经摊铺熨平后, 其密度往往可达设计密实度的90%以上, 不需进行初碾。

复碾是以一定的碾压遍数, 对沥青混合料进行振动碾压, 使其达到设计的密实度, 形成稳定的沥青混凝土结构。

终碾是通过无振动碾压使沥青混凝土结构体表面具有一定的平整度。

3 振动碾的压实原理

振动碾是以静荷载 (振动碾自重) 和动荷载 (偏心重产生的激振力) 的联合作用来进行压实的。振动作用在很大程度上消除沥青混凝土的内磨阻力, 为压实创造条件。所以轻型振动碾碾压沥青混合料铺层时, 也有良好的压实作用。

振动碾由滚筒和机架组成, 振动机构采用圆周振动。在每个振动轮内有一振动轴, 轴上装有偏心块, 振动轴带着偏心块旋转, 产生离心力, 从而产生振动, 如图1所示。

由于离心力 (也称激振力) 绕圆周旋转, 所以称作圆周振动。振动轴每秒钟的转动次数即为振动频率。旋转偏心块的速度直接决定振动频率, 偏心块的大小和质量决定滚筒的振幅。频率和振幅是振动压实的重要参数。容易压实的和薄层的沥青混合料采用高频率低振幅碾压;难以压实的和厚层的沥青混合料, 则可采用增加振幅而频率不变的方式碾压。

热拌沥青混合料使用高频率振动碾碾压可避免在表面上形成褶皱和波浪形表面。

沥青混凝土心墙的振动压实, 需根据不同的工程, 进行具体试验确定适宜的碾压设备和技术指标 (振动碾的碾重、激振力、频率、振幅等) 。以下是三峡茅坪溪、四川南桠河冶勒土石坝沥青混凝土心墙不同设计宽度选用的专用振动碾及其技术指标, 详见表1。

4 影响振动压实的主要因素

4.1 沥青混合料的组成

热沥青混合料的可压实性与骨料的最大粒径、级配和骨料形状所产生的内摩擦力、沥青产生的粘结力及粘滞阻力等有关。

骨料颗粒形状决定其内摩擦力, 对沥青混合料的压实性能有重大影响。采用同样的级配和沥青含量, 骨料分别为天然砾石和碎石, 由于碎石的内摩擦力大, 所以它比砾石更难于压实。

较高的含石量和最大粒径较大时, 使沥青混合料变得较为粗糙和稳定, 粗糙混合料的压实, 主要是克服内摩擦阻力。因振动状态下的内摩擦力仅为静止状态的15~20%, 振动碾压可有效地压实粗糙和较硬的沥青混合料。

柔软的沥青混合料虽容易压实, 但热沥青混合料在处于柔软可塑状态时易从滚筒下挤出, 被挤出的材料, 其密度往往低于在碾轮下的材料, 并且还可能出现表面裂缝和波浪。实验表明:当沥青混合料处于此种塑性状态时, 即使振动碾往复多次碾压, 也难以使密度增加。

综上所述, 要确保沥青混凝土质量, 必须合理选择骨料的最大粒径和骨料形状, 并经试验确定沥青混凝土配合比 (即沥青混合料中各级骨料、掺料和沥青的含量) 。以下是三峡茅坪溪、四川南桠河冶勒土石坝心墙试验验证, 确定使用的沥青混凝土配合比。见表2。

4.2 沥青混合料的碾压温度

温度对沥青混合料是否具有可碾性非常重要, 是沥青混合料能否达到较高的压实度和低孔隙率的主要决定因素。

初碾温度即沥青混合料开始碾压时的温度。它的高低, 直接影响沥青混合料的压实性能和沥青混凝土的力学和变形性能, 过低, 沥青混合料不易被压实;反之, 沥青混合料虽容易被压实, 但可能造成沥青混合料的离析, 对沥青混凝土的孔隙率反而不利。

沥青混合料只有在某一温度以上碾压, 才可能被压实, 此温度称为终碾温度。在此温度以下继续碾压, 不会进一步增加沥青混合料的密度。而且随着温度的逐步下降, 孔隙率进一步增大。

沥青混合料的碾压温度与沥青混合料的配比、铺筑层厚度、气温、振动碾碾型有关, 应经现场试验确定。

以下是三峡茅坪溪土石坝心墙沥青混合料不同碾压温度情况下的碾压试验成果见图2。

试验成果得出以下结论:

碾压温度对沥青混凝土的碾压效果影响较大, 在一定的碾压温度范围内, 碾压温度越高, 碾压后沥青混凝土的性能就越差, 碾压温度低, 压实后沥青混凝土的性能较好, 但碾压温度过低又使沥青混凝土较难压实, 孔隙率不能满足沥青混凝土心墙的抗渗要求。

对某一沥青混凝土配合比, 总存在一个最佳碾压温度, 在此温度下进行沥青混合料的碾压, 沥青混凝土可达到最低的孔隙率。三峡茅坪溪土石坝沥青混凝土心墙在固定配合比的情况下, 最佳碾压温度为140~160℃, 终碾温度控制为120℃, 满足工程孔隙率3%的要求。

4.3 碾压遍数

沥青混合料的振动压实是使用碾压机械对沥青混合料施加一定的压实力使其密实的过程。振动碾的碾压遍数直接影响沥青混合料压实效果, 与沥青混合料的配合比、铺筑层厚度、气温、碾型有关, 需通过现场试验确定。

三峡茅坪溪土石坝心墙沥青混合料不同的碾压遍数的碾压试验成果见图3。

试验成果可以看出:

起始碾压时, 随着碾压遍数 (不含静碾) 的增加, 沥青混凝土的密度也随之增加;当碾压遍数达到一定程度时, 其达到了最大密度, 随着碾压遍数进一步增加, 沥青混凝土的密度反而会有所下降。

因此, 三峡茅坪溪土石坝心墙沥青混合料试验确定的最佳碾压遍数为:静碾1遍+动碾8遍+收光静碾2遍。

沥青混合料的密实过程分为三个阶段, 即密度增长期、密度稳定期和过碾密度变化期。

初始碾压时, 沥青混凝土的密度随碾压遍数的增加而大幅度增加的过程称为密度增长期, 该过程沥青混合料的变形为塑性变形;当沥青混凝土密度达到一定值或沥青混合料的碾压达到一定程度时, 沥青混凝土的密度随碾压遍数的增加没有明显变化的过程称为密度稳定期, 该过程沥青混合料的变形为弹性变形;当沥青混合料的碾压过程达到密度稳定期, 增加碾压遍数不但不能增加沥青混凝土的压实密度, 反而使沥青混泥土的密度有一定程度的降低的过程称为过碾密度变化期。这一过程碾压遍数过多和过分碾压振动往往使沥青混合料中的游离沥青析出表面。过碾试验中发现, 在摊铺碾压的20cm厚沥青混凝土中, 其表面3~7cm范围内沥青含量明显偏大, 矿粉和砂子的含量也偏大, 密度偏低。而底部的沥青混凝土由于过度碾压, 粗骨料含量偏大, 直接影响了沥青混凝土的防渗性能。

4.4 沥青混合料的摊铺厚度

沥青混凝土心墙铺筑层厚与碾压机械的压实功能有关。沥青混合料的摊铺厚度应与选定的振动压实设备相匹配, 当振动压实设备一定时, 其振动频率和振幅也已确定, 若摊铺层太薄, 则层面处理量大, 立模、拆模等工作亦相应增加。若摊铺层太厚, 需增加碾压遍数或使用重碾碾压, 但重碾碾压容易发生陷碾, 使振动碾难以正常工作。

目前国内外工程摊铺厚度统计资料见表3。

统计数据表明:目前国内外沥青混凝土心墙铺筑, 摊铺厚度为20~30 cm时, 既能满足工程需要, 又能满足沥青混合料的压实质量。

表4是心墙摊铺厚度与振动碾自重及碾压遍数统计资料。

从工程实例可以看出:在振动压实设备确定后, 增大沥青混合料摊铺厚度, 则需要增加碾压遍数或使用重碾碾压。

4.5 其他影响因素

影响振动压实的其他因素还有振动碾的行走速度、过渡料的摊铺高度以及碾压施工的方式。

振动碾的行走速度过快, 将降低其对沥青混合料的压实功能。行走速度过慢, 有陷碾的可能。

沥青混凝土心墙两侧的过渡料摊铺过高, 在贴缝碾压施工方式中, 会造成仓面污染严重, 影响沥青混凝土质量;在骑缝碾压方式中, 由于过渡料对振动碾的架撑作用, 将降低振动碾对沥青混合料的压实功能。而过渡料摊铺过低时, 会使沥青混合料“溢出”心墙太多, 造成浪费。

三峡茅坪溪土石坝沥青混凝土心墙通过试验对振动碾的行走速度、过渡料的摊铺高度确定为:

振动碾行走速度:25~30m/min;

过渡料的摊铺高度:贴缝碾压时比沥青混合料高出2~3cm, 骑缝碾压时与沥青混合料同高。

5 结语

(1) 影响沥青混合料振动压实的因素较多, 如矿料的性能及级配、沥青含量、沥青混合料的摊铺厚度、碾压温度、碾压遍数、振动碾行走速度、过渡料摊铺高度等。室内试验在标准条件下进行, 在矿料性能及级配、沥青加热温度和试件成型温度一致的情况下, 影响沥青混凝土孔隙率的主要因素为沥青含量。

(2) 沥青混凝土的结构型为密实-骨架结构, 骨料颗粒形状对沥青混合料的压实性能有重大影响。相同矿料级配和沥青含量的沥青混合料, 骨料为天然砾石时较易压实。

(3) 沥青混合料的碾压温度与沥青混合料的配比、铺筑层厚度、气温、振动碾碾型有关。温度是沥青混合料能否达到较高的压实度和低孔隙率的主要决定因素:初碾温度过低, 沥青混合料不易被压实;初碾温度过高, 沥青混合料虽容易被压实, 但可能造成沥青混合料的离析。沥青混合料只有在终碾温度以上碾压, 才可能被压实。

(4) 选用合适振动碾能保证沥青混合料的振动压实效果良好;选择合理的振动碾压工艺参数, 施工时对影响振动压实的主要因素进行控制, 可有效地保证沥青混凝土的施工质量。

参考文献

[1]张怀生.水工沥青混凝土[M].北京:中国水利电力出版社, 2004年.

[2]国家发展与改革委员会.DL/T5362-2006水工沥青混凝土试验规程[S].北京:中国电力出版社, 2006年12月.

振动混合篇4

混合结构体系由于能够综合利用钢结构以及钢筋混凝土结构两者的优点, 因此在超高层工程中得到越来越广泛的应用。然而这一类结构体系由于自身的复杂性和特殊性, 结构的阻尼比尚未有较为科学、有效、普遍认可的取值方法或者计算方法。目前在超高层混合结构工程实际应用中, 其阻尼比主要通过实测结果来获取。当然也有大量的工程通过较为简便的方法来确定, 如按高规取折算阻尼比或者根据Rayleigh阻尼模型确定等, 显然不同的计算方法所得到的阻尼比值也不一样。众所周知, 阻尼是影响结构动力响应最为重要的因素之一, 其正确与否将直接关系到抗震分析结果的可靠性。本章应用Etabs有限元软件建立深圳某超高层建筑的计算分析模型,

以黄本才教授的复阻尼计算方法为准, 分别采取其它不同的阻尼比值进行结构的动力响应分析, 进而对比分析出阻尼特性对超高层混合结构的动力响应影响, 为今后科学计算混合结构的等效阻尼比提供科学的参考。

1 工程背景

深圳某投资大厦位于深圳市南山区高新区填海六区01-11地块, 占地面积5159.01平方米, 容积率:15.64, 底层平面布置图分别见图1所示。该大厦为一栋地下三层、地上四十四层的超高层建筑, 总建筑高度186米。其总建筑面积为93043.75平方米:其中计容积率面积:80700.52平方米 (商业用房面积:4750.00平方米, 食堂面积:3250.00平方米, 工业研发用房面积:70363.04平方米, 骑楼:468.71平方米, 避难区:1868.77平方米) , 地下停车位:600个。

该建筑采用框筒结构, 周边采用X型斜网支撑结构。抗震设防烈度为7°, 0.1g, 场地特征周期Tg=0.45, 周期折减系数为0.9, 振型组合采用CQC法, 方向组合采用SRSS法。

2 计算分析

2.1 有限元模型及振型信息

应用Etabs有限元软件建立的有限元模型如下所示:

由Etabs计算的结构前15 阶自振信息详见表1 所示。

2.2 计算工况及激励方式

在建结构体系的阻尼矩阵时, 分别通过采用Rayleigh阻尼模型以及复阻尼理论来确定结构的阻尼作为不同的计算工况。其中工况一、工况二、工况三分别假定结构的前两阶振型阻尼比为0.04、0.02、0.05, 根据文献[5] Rayleigh阻尼的计算方法分别确定结构体系的振型阻尼比, 工况四根据黄本才教授[13]的基于复阻尼理论的阻尼比计算方法来确定结构的阻尼比, 各计算工况具体如表2。

在Etabs软件中输入正弦波, 通过改变激励频率与结构第一阶自振频率1 之比β来观察采用不同的阻尼比对计算该混合结构的动力响应的差别, 这里β分别取为0.8、0.9、1.0、1.1、1.2、1.3。

2.3 结构动力响应误差分析

这里取结构混合结构顶部和底部的动力响应峰值来分析, 并以第4 种计算工况为准, 分别计算另外三种工况的阻尼模型所引起的相对误差, 其计算公式为

2.3.1 结构顶层动力响应误差

对于结构的顶部, 由于假定楼板在平面内的刚度为无限大, 这里取计算模型中的1624 点的加速度和位移来分析, 具体如图3、图4 所示。

2.3.2结构底层动力响应误差

2.3.3对比分析

从以上的关系图中可以看出:

(1) 工况二与工况四输入的阻尼比值仅相差2%, 但工况二计算的振动响应相对误差较大, 峰值接近40%, 而工况三与工况四输入的阻尼比值仅相差1%, 工况三计算的振动响应相对误差的峰值也接近20%, 均已超过计算误差所允许的范围, 因此对同一混合结构, 阻尼比极小的差异将会引起结构体系振动响应较大的变化。

(2) 工况一与工况四相比所计算输入的前两阶阻尼比均在4%左右, 两者仅相差约0.5%, 高阶振型阻尼比相差较大, 然而所得的振动响应误差也均在1%范围内, 满足结构计算误差在5%范围内的要求, 表明该混合结构前两阶振型的阻尼比约为4%, 而且前两阶振型的阻尼比对于整体结构的耗能起主要作用。

(3) 当约为1.1 时, 三种计算工况的振动响应误差均达到峰值, 表明此时较为接近结构的共振频率, 因此由共振法[14]同样可以求出混合结构的阻尼比。

3 结论

本章应用Etabs有限元软件对某一超高层建筑进行动力分析, 在构建阻尼矩阵时, 通过采用黄本才教授的复阻尼计算方法所得的各阶振型阻尼比以及分别采取其他各种阻尼比值作为不同的计算工况, 以黄本才教授的复阻尼计算方法所得的各阶振型阻尼比为准, 对比分析出阻尼特性对超高层混合结构的动力响应影响, 为今后科学计算混合结构的等效阻尼比提供科学的参考。主要结论如下:

(1) 对同一超高层混合结构, 阻尼比极小的差异将会引起结构体系振动响应较大的变化, 即使阻尼比相差约1%时, 也会引起结构体系振动响应20%的变化, 相差2%时, 更是达到了40%的变化。

(2) 对该超高层混合结构阻尼比取为4%时, 振动响应误差均在1%范围内, 基本满足结构设计的要求。

(3) 当激励频率与结构第一阶自振频率之比约为1.1 时, 激励频率接近结构的共振频率, 振动响应误差达到峰值, 随着激励频率远离共振频率, 结构体系的响应误差也越来越小。

摘要：混合结构体系由于自身的复杂性和特殊性, 到目前为止结构的等效阻尼比尚未有较为科学、有效、普遍认可的取值方法或者计算方法。针对超高层混合结构, 应用Etabs有限元软件对其进行动力分析, 在构建阻尼矩阵时, 通过采用黄本才教授的复阻尼计算方法所得的各阶振型阻尼比以及分别采取其他各种阻尼比值作为不同的计算工况, 以黄本才教授的复阻尼计算方法所得的各阶振型阻尼比为准, 对比分析出阻尼特性对超高层混合结构的动力响应影响, 结果表明对同一超高层混合结构, 即使阻尼比相差约1%时, 也会引起结构体系振动响应相对误差20%左右的变化, 相差约2%时, 更是达到了40%的变化。

关键词：混合结构,超高层,等效阻尼比,动力响应,相对误差

参考文献

[1]李国强, 周向明, 丁翔.高层建筑钢-混凝土混合结构模型模拟地震台试验研究[J].建筑结构学报, 2001, 22 (2) :2-7.

[2]周国伟, 张志强等.混合结构时程分析中的阻尼比计算研究[J].振动与冲击, 2012, 31 (16) :117-127.

[3]黄方林, 何旭辉, 陈政清等.识别结构模态阻尼比的一种新方法[J].土木工程学报, 2002, 35 (6) :20-23, 31.

[4]林凡伟.轻木–混凝土混合结构振动台试验阻尼识别研究[D].上海:同济大学大学土木工程学院, 2008:36-39.

[5]楼梦麟, 康帅, 殷琳.阻尼效应的振动台模型试验研究[J].同济大学学报 (自然科学版) , 2012, 40 (3) :402-407.

[6]Clough R W, Penzien J.Dynamics of structures[M].3rd Edition.Berkeley, California, USA:Computers and Structures, Inc., 2003:52-61.

振动混合篇5

关键词：振动,混合控制,双层隔振

0 引言

舰船振动与噪声一直是船舶界研究的热点与重点, 各个国家都在消除和隔离舰船的振动与噪声上采取了很多措施。在船舶建造过程中采用防振设计, 即对可能存在的振动问题采取合理的设计, 包括动力机械的选型及布置, 机座轴系的联接设计, 螺旋桨推进系统的设计, 船舶整体结构的合理配置等。船舶振动发生后, 常采取一系列的减振措施:阻尼技术, 动力机械的隔振与吸振等[1,2]。

振动类课程通常介绍单层隔振、双层隔振两种隔振形式和被动控制方法。双层隔振是船舶辅机设备振动控制中常用的一种形式[3,4]。主动控制和被动控制联合使用的方法在目前在振动类课程中很少介绍, 本文将研究混合控制方法在船舶辅机隔振中的应用, 比较混合控制方法和被动控制方法的隔振效果, 探索混合控制方法在振动类课程中的应用。

1 船舶辅机混合控制模型

船舶辅机的双层隔振形式如图1所示, 其中辅机的质量为4400kg, 上层4个减振器的刚度为5970000N/m2, 阻尼为13003Nm/s。中间质量块为2200kg, 下层4个减振器的刚度为6100000N/m2, 阻尼为17980Nm/s。

被动隔振系统的效果主要取决于减振器的布置以及减振器参数。混合控制系统的效果主要由作动器的控制力决定, 而控制力取决于具体的控制方案或控制规律的选取。目前常用的控制方法有模糊控制、神经网络控制、开关控制等等, 为便宜课程介绍, 本文主要研究一种最简单的控制方法-开关控制, 其控制力为:

式中, Fmin=0.05Fmax。x1, x2分别为中间质量块和辅机的速度。

为充分研究各种控制策略对主被动联合隔振系统性能的影响规律, 本文将以双层隔振系统中的设备为控制对象, 分别以绝对速度 (设备相对于基座) 与相对速度 (设备相对于筏架) 为目标实施控制, 并且对控制效果及各种参数的影响进行比较与分析。

2 混合控制的效果及参数分析

辅机产生的激振力通过连接设备传递到基座, 本文分别分析了在被动控制方法和混合控制方法下的传递率, 如图2所示。从图2可见:隔振系统采用混合控制后的隔振效果明显优于被动隔振系统, 隔振系统的一阶力传递率降低了11.2d B, 二阶力传递率降低了10.2d B, 各阶力传递率都有不同程度的降低。

在其它参数不变的情况下, 将混合控制系统中作动器的位置由中间质量块的上层移动到下层, 系统传递率曲线变化如图3所示。从图3中可以看出:在整个频段内, 用于混合控制的作动器安装在上层时系统的隔振效果比作动器安装在下层时的隔振效果要好, 其中在前两阶峰值处分别下降了3.8d B和1.8d B。主要原因是作动器位于上层时, 作动器提供的力可以直接作用于机体。

3 结论

以双层隔振系统为研究对象, 分别研究了混合控制系统和被动隔振系统的隔振效果, 结果表明:双层隔振系统采用混合控制明显优于被动隔振系统的隔振效果;混合控制系统中作动器安装在上层时系统的隔振效果比作动器安装在下层时的隔振效果要好, 其中在前两阶峰值处分别下降了3.8d B和1.8d B。研究结果丰富了振动类课程中隔振方法, 在以后的教学中, 可以以此为基础, 引导混合控制方法在隔振中的应用。

参考文献

[1]杨铁军, 陈玉强, 黄金娥, 刘志刚.柴油机双层隔振系统耦合振动主动控制仿真研究[J].船舶工程, 2001 (3) :24-27.

[2]盖玉先, 董申, 李旦等.超精密机床的振动混合控制[J].中国机械工程, 2000, 11 (3) :289-291.

[3]牟全臣.航天结构系统主、被动一体化振动控制[D].哈尔滨:哈尔滨工业大学, 2000.

[4]吴广明.舰船复杂隔振系统建模及其功率流研究[D].上海交通大学, 2004.

[5]杨志荣, 江国和, 高磊.柴油机偏移对浮筏隔振系统抗冲击性能的影响分析[J].江苏科技大学学报 (自然科学版) , 2007, 2 (1) :61-65.

振动混合篇6

表面振动成型仪能够向试件表面传递连续冲击, 冲击产生的压力波传向填充物, 使微粒运动, 减少或几乎消除微粒间的内摩擦力, 让微粒更紧密重新排列。微粒间接触点的增多使得承载能力增强。在振动压实后, 被压材料不仅运动状态发生变化, 同时还受到表面振动器的振动作用, 材料颗粒之间更容易运动, 出现相互填充、间隙减小。较大颗粒之间紧密接触增大被压实材料的内摩擦阻力, 使基础的承载能力随之提高。对于颗粒性填充材料, 振动压实能达到更大的密实度和压实深度, 具有更有效的压实效果。

室内试验作为现场施工质量控制基础, 应当力求使室内试验真正模拟现场施工压实工艺。为此, 本文提出采用表面振动成型仪设计水性环氧乳化沥青混合料的新思路, 详细介绍该种混合料振动成型的试验方法和60℃高温养生方法, 在此基础上, 试验研究成型方法对材料初期强度和最终强度的影响, 为进一步提高材料性能, 推广应用该种混合料提供新的方法。

1 原材料性质与混合料级配

1.1 原材料性质

水性环氧乳化沥青混合料由乳化沥青、水性环氧树脂、粗细集料、矿粉和木质素纤维构成。

1) 乳化沥青。其技术性能指标如表1所示, 符合JTG F40—2004《公路沥青路面施工技术规范》的技术要求。

2) 水性环氧树脂。本研究加入自乳化水性环氧树脂[3], 乳胶粒均匀细腻, 性能稳定, 贮存稳定性好, 使用时可与水任意稀释, 也可与其他乳液混合使用, 性能指标如表2所示。

3) 木质素纤维。为絮状, 呈灰色, 技术指标如表3所示。

1.2 混合料级配

粗、细集料和矿粉的性能指标满足规范要求, 试验级配选用沥青路面表面层密级配AC-13, 各筛孔的质量通过百分率如表4所示。

2 振动成型试验方法

试验所需仪器和工具:表面振动压实仪 (见图1) 、试模、脱模机、底座、拌和锅、小铲、插刀、黄油、棉纱及纸片等。为方便测试试件无侧限抗压强度及劈裂强度, 采用试件尺寸约为φ100 mm×100 mm, 选用振动成型试模内径100mm, 筒高180 mm, 底座直径100 mm。每次试验宜选取2 000 g集料, 在拌和锅内人工拌和。试件成型步骤如下。

1) 将各种规格的矿料在烘箱 (105±5) ℃烘干至恒重, 然后在室温下冷却。

2) 根据混合料设计级配称取不同规格集料备用。

3) 先将粗集料放入拌和锅中搅拌, 再放入细集料一起拌和均匀。

4) 先称取所需水, 注入矿料中, 湿润矿料表面, 再加入所需乳液, 拌和均匀。

5) 为避免乳化沥青提前破乳, 迅速将拌和好的混合料置入试模内。装料质量 (1 850±10) g, 分2次进行, 每次倒入混合料后用插刀沿周边均匀插捣7~8次, 用小铲将混合料整平。

6) 裁一张不吸油的圆形纸片放在混合料上, 将试模连同底座一起放在振动压实仪上固定好。

7) 调整振动参数, 开动表面振动压实仪。本研究选用振动参数:频率30 Hz, 静面压力140k Pa, 振幅1.4 mm, 偏心块夹角30°, 激振力7612 N, 振动时间90 s。

8) 振动压实结束后, 取出试模和底座, 取下纸片、脱模。用游标卡尺量取试件高度, 检查是否满足100±2mm要求, 不满足高度要求的试件应作废。按比例调整装料质量, 使试件高度满足要求。

9) 由于乳化沥青呈流态, 与水性环氧树脂发生固化反应, 沾染仪器和工具后, 难以清理。因此, 每次成型试件后, 应先清理试验仪器和工具。

3 养生方法

为模拟现场施工实际, 常温养生以晴天为主, 平均高温32℃, 平均低温23℃, 极端高温38℃, 极端低温19℃。常温养生以2个试件为一平行组取平均值, 测试数据包括:毛体积相对密度、无侧限抗压强度、天气情况。由于水性环氧乳化沥青混合料前期各项测试数据变化较大, 故对常温养生前21 d每天测试。常温养生21 d后混合料中水分已基本蒸发, 混合料试件相对稳定。因此, 从第4周开始, 每周测试一次持续至第8周。为探究室内试验最佳养生温度[4], 测试60℃高温养生条件下11 d内试件的毛体积相对密度和无侧限抗压强度, 以3个试件为一平行组取平均值, 测试数据如图2和图3所示。

由图2和图3可见, 常温养生条件下无侧限抗压强度一直处于增长趋势, 前期变化趋势较快, 42 d后变化趋势平缓。这是因为随着乳化沥青破乳、水分蒸发、环氧树脂固化反应, 强度逐渐形成, 性能趋于稳定。

高温养生试件第1天的毛体积相对密度接近于常温养生试件2周后的数据, 高温养生试件的毛体积相对密度趋于稳定所需时间比常温养生时间少很多。这是由于60℃高温养生相比于常温养生, 试件水分蒸发速度更快一些[5,6]。

高温养生比常温养生试件的无侧限抗压强度增长速率快, 60℃高温养生10 d达到混合料最终强度。这是因为60℃高温养生条件下乳化沥青破乳时间更短, 环氧树脂的固化速率更快。

由上可知, 将试件在60℃烘箱内进行高温养生, 养生1 d便能模拟常温养生14 d的试验结果, 养生10 d便能够达到最终强度, 大大缩短混合料养生时间, 提高试验效率, 推荐60℃高温养生作为试件养生的标准方法。

4 材料性能

4.1 初期强度

试件在常温养生环境下需经过将近2个月才能达到最终强度。初期乳化沥青与矿料之间的黏结力并没有完全形成, 其混合料的强度较低, 为避免在车辆荷载作用下混合料出现破坏, 应具有一定的初期强度。本试验将制作不同环氧树脂含量 (0%、5%、10%) 的振动成型试件, 测试初期无侧限抗压强度和劈裂强度。初期强度试验操作方法如下:按照第2节振动成型试验方法制作试件, 共6个;将混合料试件置入小盆, 编好序号;将小盆连带试件放置在阴凉棚下常温养生1 d;将常温养生1 d后的试件平均分为2组, 一组试件测试无侧限抗压强度, 另一组试件测试劈裂强度。

不同环氧树脂含量试件的初期强度如图4和图5所示。

由图4和图5可知, 试件初期强度较低, 是因为乳化沥青没有完全破乳, 固化反应没有完全。随着环氧树脂用量增多, 其无侧限抗压强度和劈裂强度均增长:10%环氧树脂含量试件的无侧限抗压强度相比于0%、5%环氧树脂含量试件增长59%、20%;10%环氧树脂含量试件的劈裂强度相比于0%、5%环氧树脂含量试件增长67%、25%, 其强度增长明显。这说明添加水性环氧树脂后, 试件初期力学性能得到明显提升。

4.2 最终强度

水性环氧乳化沥青混合料经过常温养生2个月、60℃高温养生10 d才能达到其最终强度。为了缩短试件达到最终强度的时间和提高室内试验效率, 本试验采用养生方式为60℃高温养生10 d。制作不同环氧树脂含量 (0%、5%、10%) 的振动成型试件, 高温养生完成后在30℃水浴中浸泡30 min, 测试其最终的无侧限抗压强度和劈裂强度。

不同环氧树脂含量试件的初期、最终强度如图6和图7所示。

由图6和图7可得如下结论。

1) 试件最终强度较初期强度有大幅度增长, 以10%环氧树脂含量为例, 其无侧限抗压强度增长近10倍, 劈裂强度也增长5倍。

2) 10%环氧树脂含量试件的最终无侧限抗压强度较0%、5%环氧树脂含量的试件分别增长130%、23%。最终强度增长趋势比初期强度增长趋势更加明显。

3) 10%环氧树脂含量试件的最终劈裂强度较0%、5%环氧树脂含量的试件分别增长39%、20%。最终劈裂强度与初期劈裂强度的增长趋势大体一致。

5 工程应用

2015年9月, 在津蓟高速南段坑槽挖补维修过程中应用振动法设计的水性环氧乳化沥青混合料, 配合比设计周期缩短至10 d, 环氧树脂用量10%, 应用面积106 m2。

通车1 a来, 使用效果良好, 未出现松散和重复修补的现象, 坑槽修补前后应用效果对比实景图如图8所示。

6 结语

1) 为最大限度地模拟现场施工工况, 使室内成果与现场实际应用效果具有可比性, 本文提出水性环氧乳化沥青混合料的振动成型试验方法, 为该种混合料的设计与研发提供新思路。

2) 对比研究高温养生和常温养生的试验结果, 发现将试件在60℃烘箱内高温养生1 d便能模拟常温养生14 d的试验结果, 养生10 d便能达到常温养生42 d才能达到最终强度, 大大提高试验效率。为此, 推荐60℃高温养生作为该种混合料试件养生的标准方法。

3) 测试不同环氧树脂含量振动成型试件的初期强度和最终强度, 试验结果表明:随着水性环氧树脂含量增加, 试件初期力学性能得到明显提升。经过60℃高温养生10 d后, 试件最终强度较初期强度有大幅度增长, 以10%环氧树脂含量为例, 其无侧限抗压强度增长近10倍, 劈裂强度增长约5倍。