固散耦合振动摩擦系统动力学机理及其工程应用的研究

Friction of two objects or inner friction of loose materials in vibration case can present different characteristics that are different from conventional conditions. The practice shows that vibration can reduce friction coefficient and friction force of between two objects, lighten abrasion of objects, reduce energy consumption and increase greatly working efficiency. But untill now, the study on nonlinear dynamic mechanism of friction in vibration case is not fully revealed. For the detailed and definite methods to further use the benefit brought by vibration, from this actual condition, the object of this subject is to improve work efficiency brought by vibration, real physical essence and mechanism of vibration friction based on nonlinear dynamics and granular dynamics theory. Taking vibratory conveyor driving and vibration pile equipment as research objects, study on nonlinear dynamic characteristics of vibration friction and reveal the physical essence. Finally, applying theory obtained by research to engineering, striving to improve economic benefit and energy utilization of our country by making the best of benefit of vibration and improving work efficient of this kind of equipment.

在振动工况下，两物体间的摩擦及松散物料内部的摩擦呈现出与常规情况下极不相同的复杂特性。实践证明，振动工况下物体间的摩擦系数和摩擦力可以显著减小，零部件的磨损明显减轻，同时其耗能也会降低，工效可以得到大大提高。但有关振动摩擦机理及其非线性动力学特性的研究还很不深入，振动摩擦的物理机质还未被充分揭示。为进一步发挥振动和摩擦带来的益处，找到更具体明确的措施，本课题从实际出发，以提高振动摩擦所产生的功效为目标，以揭示振动摩擦的非线性动力学机理为内容，以非线性动力学、散体动力学、摩擦学为基础，以理论研究和实验相结合为手段，以工程中广泛使用并有重大经济意义的振动输送、振动沉桩设备为研究对象，分析固散耦合振动摩擦系统动力学机理，揭示振动摩擦的物理机质，研究振动摩擦非线性动力学特性，并将研究成果应用于工程实际，充分利用振动摩擦的益处来提高该类设备的功效，为提高国家能源利用、企业经济效益和社会效益做出贡献。

本课题以工程中广泛使用并具有重大经济意义的振动输送机、振动沉桩机为研究对象，对固散耦合振动摩擦系统的动力学机理进行了研究，分析其动力学特性及物理机质。主要研究内容包括建立固散耦合振动摩擦系统的高维强非线性动力学模型，结合非线性动力学、散体动力学和摩擦学的相关理论，采用解析方法对振动作用下散体物料的摩擦因数及摩擦力进行分析，研究振动输送过程中的振动摩擦机理及其非线性动力学特性。采用离散单元法分析振动工作面上散体物料的非线性动力学特性，研究振动摩擦的物理机质并对其进行实验研究。考虑桩侧摩擦力及桩端阻力，建立考虑摩擦力影响的非线性振动桩-土系统动力学模型，研究振动沉桩过程中的振动摩擦机理及其非线性动力学特性。研究结果表明，振动作用下散体物料的运动状态及其相互作用，对振动工作面上物料的振动摩擦特性有显著影响。通过建立的参数化模型，采用离散单元法对振动工作面上散体物料的运动特性进行分析，可以在一定程度上揭示振动摩擦的物理机质和发生机理。实验研究验证了数值仿真结果的正确性，也为进一步揭示振动摩擦机理提供了坚实依据。建立考虑摩擦力影响的非线性振动桩-土系统动力学模型，利用解析法计算振动桩-土系统的共振响应和非共振响应，并对振动桩-土系统过程进行了数值仿真分析，揭示了振动沉桩过程中的振动摩擦机理及其非线性动力学特性。进而，逐步建立振动摩擦学的理论框架体系，并将研究得出的理论应用于工程实际中。