捣镐结构对使用寿命的影响+文献综述(7)
(5)③和④两种捣镐结构采用全新的叉头设计，捣镐受到冲击时、载荷从叉头两端分别向上传递，虽然第三种方案斜坡较陡，此部分材料减少，但是在相同的载荷和冲击下，镐体与①和②两种捣镐相比，捣镐的使用寿命依然要比前两种来的长。
因此，捣镐使用寿命长短依次为：④＞③＞②＞①
3.2 模型的工作参数设立
图3.3 捣固车与捣镐装配关系效果图 图3.4 捣镐受力图
捣镐的真实工作情况是固定在捣固车上面进行作业的。当捣固车进行作业时，先行进一段距离，停下，固定在捣固车上的捣镐随即插入铁路岩石层，插入深度为65cm，到达最深处之后，再向捣固车中部进行夹持，使得岩石层变得紧密，夹持力：15200N，最大捣固深度：轨顶面以下：560mm。其中在插入之后，上下振动频率是35Hz，振幅3～6.6mm。当完成夹持之后，捣镐升起，捣固车再次行进一段距离，如此重复作业。在符合真实工况的前提下，对模拟过程进行简化，
(1)已经捣镐冲击岩石层的频率是35Hz，可以得出，捣镐对岩石层施加载荷的的整个过程时间约为0.029秒，其中冲击时间为0.002秒，则
T间隔=T总-T冲击=0.029-0.002=0.027秒 （3.1）
(2)铁路路基下的岩石层大小不一，呈非规则形状，在ABAQUS中建立相同模型是不可能的。此外，捣固车并不是我们此次模拟的重点。因此在模拟过程中，捣镐作业过程简化为将捣镐原来固定在捣固车上的部分进行完全固定，冲击过程则简化为对捣镐施加两个从捣镐底面向上和镐尖向内的均布载荷，大小分别为15200N和30000N，共加载12次。
3.3 捣镐材料
将图3.2的捣镐模型导入ABAQUS中，设置材料属性，材料属性根据塑性成形理论，共分为密度、弹性和塑性三部分[18]，具体数据见表3.1
表3.1材料属性
材料属性 密度（g/mm3） 弹性模量 泊松比 塑性（Mpa）
捣镐基体材料 7.85 200 0.3 750
硬质合金片 14.2 1100 0.28 850
3.4 设置分析步
共分为25个分析步，其中初试阶段为一个分析步，12次冲击与12次卸载共24个分析步，其中冲击时间为0.002秒，卸载时间为0.027秒。分析步类型都是动态显式，都打开几何非线性。
其次是设置场变量输出和历史变量输出。设置应力，应变等常规输出变量。
3.5 定义接触和约束
捣镐基体与硬质合金片通过钎焊连接在一起，接触的类型则为面面接触（显式）。主面是硬质合金片与基体接触的外表面，从面是基体镐掌与合金片对应接触的那个面，采用Tie连接进行绑定。
在捣镐底部和镐尖处分别施加均布载荷，接触类型为点面接触（显式）。采用耦合约束，约束控制点为受力参考点，表面则为载荷施加面。
3.6 定义边界条件和载荷
为了简化模拟过程，为捣镐尾部与基体形状过渡处定义一个边界条件。边界条件类型为力学，对应分析步类型为对称/反对称/完全固定，将吹冰个自由度完全约束住。另一个旋转边界条件则定义在载荷受力点，保证加载的均衡性。
进行力与受力面的耦合之后，我们就可以进行载荷的设置，根据部件导入的时候生成的UCS坐标系，进行加载，例如，捣镐底部加载力的方向是Z轴的正方向，则输入的值为15200N，反之为-15200N，另外2根坐标轴亦然。每一个载荷都对应一个分析步。