Математическая модель процесса уплотнения асфальтобетонных смесей катками с металлическими вальцами

Аннотация

Процесс уплотнения асфальтобетонных смесей представляет собой сложное многофакторное взаимодействие между рабочими органами катков и материалом покрытия, определяющее качественные характеристики дорожного полотна и его эксплуатационные свойства. Современные подходы к моделированию данного процесса характеризуются недостаточной интеграцией энергетических принципов с механикой взаимодействия металлических вальцов и асфальтобетонной смеси, что обусловливает актуальность разработки комплексной математической модели. В рамках исследования была разработана нелинейная динамическая модель процесса уплотнения, учитывающая вязкоупругие свойства асфальтобетонной смеси, параметры виброуплотнения и энергетические характеристики взаимодействия валец-материал. Модель базируется на принципах механики сплошной среды и теории колебаний с применением методов гармонического баланса для многостепенной системы. Экспериментальная верификация модели проводилась на основе полевых измерений плотности и лабораторных испытаний асфальтобетонных образцов с использованием гираторного уплотнителя. Результаты показали, что предложенная модель обеспечивает прогнозирование степени уплотнения с коэффициентом детерминации $R^{2}=0,92-0,96$ при различных режимах работы катков. Установлено, что оптимальная частота вибрации превышает собственную частоту системы на 15-22%, а эффективность поглощения энергии достигает максимума при амплитуде колебаний 0,6-0,8 мм для смесей типа II. Практическая значимость модели заключается в возможности оптимизации параметров уплотнения на стадии проектирования технологического процесса, что позволяет повысить качество дорожного покрытия и снизить энергозатраты на 12-18%. Разработанный математический аппарат может быть интегрирован в системы интеллектуального уплотнения для обеспечения автоматического контроля процесса строительства асфальтобетонных покрытий.