低变异性的模量类智能压实计量指标的测量和计算方法技术

本发明专利技术公开了一种低变异性的模量类智能压实计量指标的测量和计算方法。该方法的核心在于能够充分利用计算区间内所有未脱空的数据点，进而通过最小二乘法计算刚度系数，由此转换得到的振动模量指标对于信号随机误差的抵抗能力大大提高，具有较强的稳定性。该指标在实践中变异性较强的情况下具有比较好的适应性，同时能够在压实均匀性评价时减小自身波动性的干扰。动性的干扰。动性的干扰。

【技术实现步骤摘要】
低变异性的模量类智能压实计量指标的测量和计算方法


[0001]本专利技术属于道路工程智能压实检测
，具体涉及一种低变异性的模量类智能压实计量指标的测量和计算方法。

技术介绍

[0002]智能压实检测技术是通过在压实设备上配备一系列传感器，检测压实设备的动力学响应(主要是振动压路机钢轮的质心加速度)，再根据动力学响应与材料压实质量之间的联系，提炼出相应的智能压实计量指标以反映压实质量。相对于道路工程中传统的压实度检测方法，智能压实检测技术具有实时、全面、无损的优势。
[0003]智能压实检测技术的核心在于根据实测动力学响应提炼出合适的压实计量指标。早期的压实指标都是谐波比类指标，例如CMV、CCV等，这些指标都是无量纲参数，没有明确的物理意义，与压实质量之间的联系依赖于经验关系。后续随着刚度系数指标(切线刚度k
a
和割线刚度k
b
)的提出，标志着压实指标开始向力学指标过渡。在此基础上，刚度系数k
a
可进一步转化为振动模量E
vib
，E
vib
是当前常用指标中唯一的仅与压实材料性质相关的绝对压实指标，与工程常用的回弹模量具有相同的物理意义，因此具有极大的应用价值。但当前的E
vib
指标对于动力学响应的测量误差过于敏感，导致指标计算结果具有很强的波动性，在实际工程中变异性较强的情况下，指标测量值并不稳定，很难反映出压实材料的实际刚度，因此，本专利技术尝试修改计算方法，以提供一种低变异性的模量类指标。r/>
技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种低变异性的模量类智能压实计量指标的测量和计算方法，以保障振动模量指标在实践中变异性较强情况下的适应性，同时在压实均匀性评价时避免指标自身波动性的干扰。
[0005]为了实现上述技术目的，采用以下步骤来进行振动模量的测量和计算：
[0006]一种低变异性的模量类智能压实计量指标的测量和计算方法，采用如下步骤：
[0007]步骤1：采集原始信号：利用压路机振动轮中心轴上的加速度传感器以及位置传感器，采集钢轮振动的竖向加速度以及钢轮偏心块的相位，同时根据采集的加速度信号计算跳振计量值RMV指标，监测RMV指标是为了防止压路机发生剧烈的跳振，造成压实材料损坏等不利影响，该指标的计算公式如下：
[0008][0009]式中，A
ω
表示傅里叶变换后，加速度信号频谱图中的基频分量，A
0.5ω
表示0.5倍基频的次谐波分量；
[0010]式中的RMV指标值应接近于零，否则应降低压路机的振幅；
[0011]步骤2：根据加速度测量结果反算速度和位移信号：计算时，先选取一定长度的计算区间，通常选择0.5s或1s，在区间内利用平均值法去除原始加速度信号中的直流分量，然
后利用处理后的加速度结果，通过数值积分得到速度和位移信号，在积分时，每次仅对单周期的数据点进行积分，然后参照单周期积分面积为零的原则进行积分常量的修正，最后将区间内各周期的积分结果进行拼接；
[0012]步骤3：计算钢轮与压实结构的接触力：先根据中心轴上偏心块位置传感器的监测结果确定激振力的相位，激振力是偏心块旋转时离心力的竖向分量，确定偏心块位置后就可以确定激振力大小或相位，然后根据下式计算振动轮与压实结构的接触力：
[0013][0014]式中，F
c
表示接触力，F
e
表示激振力的峰值，表示零时刻激振力的相位，ω表示激振频率，m
d
和m
f
分别表示振动轮和振动轮分配的机架质量，a表示振动轮的竖向加速度，以向上为正；
[0015]步骤4：计算刚度系数k
c
：充分利用步骤2中所选计算区间内所有未脱空的数据点，充分利用是相对于现有的刚度系数计算方法而言的，现有的ka和kb一般只利用了1～4个点，但实际上一个周期内处于接触状态的数据点远多于此，根据接触力与振动轮竖向位移和速度的关系式，借助最小二乘原理进行计算，计算时每次选取一个周期的数据，最后对计算区间内各周期的结果取平均得到k
c
；
[0016]步骤5：计算振动模量E
vib
(k
c
)：将步骤4中得到的k
c
值转换为振动模量E
vib
(k
c
)。
[0017]作为更进一步的优选方案，步骤4中刚度系数k
c
的计算方法，具体计算式如下：
[0018]F
c
＝k
c
x+c
s
v
[0019]式中，x和v分别表示振动轮的竖向位移和速度，以向下为正，c
s
表示阻尼系数；设接触力为零，将单周期内除脱空外的所有数据点代入上式，由此得到一系列超定的方程组，依照最小二乘原理对该方程组进行求解，便可得到刚度系数k
c
。
[0020]作为更进一步的优选方案，步骤5中k
c
与E
vib
(k
c
)的转换关系式如下：
[0021][0022]式中，ν表示压实材料的泊松比，l和R分别表示振动轮的宽度和半径，利用上述关系式，再通过迭代法即可得到E
vib
(k
c
)指标。
[0023]有益效果：
[0024]本专利技术提供了一种新的刚度系数计算方法，并将其转换为了振动模量。相对于现有的振动模量指标，E
vib
(k
c
)能够充分利用计算区间内除脱空以外的所有数据点，这大大提高了指标的有效数据利用率，使其对偶然误差的敏感性迅速降低。因此，本专利技术中的E
vib
(k
c
)指标具有更高的稳定性，一方面可以适应实践中变异性较强的情况，能够对实际压实质量作出较为准确的判断，另一方面也能在压实均匀性评价中发挥巨大作用，可以避免由于指标自身波动性导致对压实程度不均匀性的误判。
附图说明
[0025]图1为傅里叶变换后加速度信号频谱图示意；
[0026]图2为振动压实有限元模型示意；
[0027]图3为有限元仿真得到的加速度信号示意；
[0028]图4为二次积分得到的速度和位移信号示意；
[0029]图5为刚度系数k
c
的计算原理示意；
[0030]图6为不同振动模量指标的稳定性对比示例。
具体实施例
[0031]下面结合具体实施例和说明书附图进一步阐明本专利技术的内容。
[0032]借助有限元仿真的手段对本专利技术中指标的精度进行验证，同时对其稳定性优势进行说明。基于平面应变的假定建立振动压实有限元模型，如图2所示。其中压实轮相关参数的选择参考徐工XS263J型单钢轮振动压路机，该型号压路机的主要工作参数如表1所示(弱振模式本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低变异性的模量类智能压实计量指标的测量和计算方法，其特征在于，采用如下步骤：步骤1：采集原始信号：利用压路机振动轮中心轴上的加速度传感器以及位置传感器，采集钢轮振动的竖向加速度以及钢轮偏心块的相位，同时根据采集的加速度信号计算跳振计量值RMV指标，该指标的计算公式如下：式中，A
ω
表示傅里叶变换后，加速度信号频谱图中的基频分量，A
0.5ω
表示0.5倍基频的次谐波分量；式中的RMV指标值应接近于零，否则应降低压路机的振幅；步骤2：根据加速度测量结果反算速度和位移信号：计算时，先选取一定长度的计算区间，通常选择0.5s或1s，在区间内利用平均值法去除原始加速度信号中的直流分量，然后利用处理后的加速度结果，通过数值积分得到速度和位移信号，在积分时，每次仅对单周期的数据点进行积分，然后参照单周期积分面积为零的原则进行积分常量的修正，最后将区间内各周期的积分结果依次拼接；步骤3：计算钢轮与压实结构的接触力：先根据中心轴上偏心块位置传感器的监测结果确定激振力的相位，然后根据下式计算振动轮与压实结构的接触力：式中，F
c
表示接触力，F
e
表示激振力的峰值，表示零时刻激振力的相位，ω表示激振频率，m
d
和m
f
分别表示振动轮和振动轮分配的机架质量，a表示振动轮的竖向加速度，以向上为正；步骤4：计算刚度系数k
c
：充分利用步骤2中所选计算区间内所有未脱空的数据点...

【专利技术属性】
技术研发人员：马涛，方周，张阳，韩涛，陈葱琳，卞凤兰，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：