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基于分子动力学模拟的高黏沥青改性与再生研究

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东南大学学报（自然科学版） 2022年第4期52卷 736-743页

作者：朱雅婧徐光霁马涛范剑伟东南大学交通学院南京211189

为明确高黏剂对基质沥青的改性效果,以及各类再生剂组分对老化高黏沥青的再生效果,基于分子动力学模拟研究了SBS-SBR复配高黏剂与基质沥青的相容性、扩散状态与高黏沥青力学性能,以及3种代表性再生剂分子与老化SBS-SBR高黏沥青的相互扩... 详细信息

为明确高黏剂对基质沥青的改性效果,以及各类再生剂组分对老化高黏沥青的再生效果,基于分子动力学模拟研究了SBS-SBR复配高黏剂与基质沥青的相容性、扩散状态与高黏沥青力学性能,以及3种代表性再生剂分子与老化SBS-SBR高黏沥青的相互扩散与混溶修复作用.结果表明,高黏剂掺量(质量分数)为12%时,4%SBS+8%SBR高黏剂向基质沥青的扩散状态最佳,且最有利于二者间交联结构形成;6%SBS+6%SBR高黏剂与基质沥青的相容性最佳,且高黏沥青体积模量最大;加入8%SBS+4%SBR的高黏沥青剪切模量最大.再生过程中,对二甲苯与老化高黏沥青的相互作用与渗透性最强,壬醛改善老化高黏沥青中沥青质自聚集的效果最好,正己烷分子更易出现在老化高黏沥青分子周围.SBS-SBR复配高黏剂的改性效果优于单一组分高黏剂,且多组分复配再生剂对老化高黏沥青的再生效果最好.

关键词：分子动力学 SBS SBR 高黏沥青再生

压力容器机器人自动激光焊接生产线设计关键技术研究

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压力容器机器人自动激光焊接生产线设计关键技术研究

作者：范剑伟安徽工业大学

学位级别：硕士

基于压力容器的密封、高压、易爆等特性,压力容器的制造质量对工人人身和财产安全产生重要影响,激光焊接设备引入生产工艺迫在眉睫。而国外相关设备价格高昂且操作、维护性差,因此搭建具有自主知识产权的机器人自动激光焊接生产线对压... 详细信息

基于压力容器的密封、高压、易爆等特性,压力容器的制造质量对工人人身和财产安全产生重要影响,激光焊接设备引入生产工艺迫在眉睫。而国外相关设备价格高昂且操作、维护性差,因此搭建具有自主知识产权的机器人自动激光焊接生产线对压力容器生产具有重要意义。本文在分析压力容器的生产工艺基础上,首先进行总体布局设计,得出相应的运动空间及性能需求,开展6自由度工业焊接机器人选型、焊接工装设计,搭建了机器人控制系统、生产线控制系统,完成相关软硬件设计。通过搭建样机并进行试生产,验证了本文提出生产线的合理性和稳定性,相关企业生产制造成本、质量和效率均得到明显改善。具体研究内容如下:(1)首先,分析球形压力容器制造工艺,在厂房布局的约束条件下,完成球形压力容器机器人自动激光焊接生产线的车间布局设计,在此基础上,完成生产线的布局设计,并依据工作空间、负载、节拍等性能参数完成机器人选型。(2)其次,通过对焊接工装夹具的基本设计方法和思路进行分析和研究,并根据球形压力容器的生产工艺和工序,将焊接生产线分为气嘴焊接工位、把手焊接工位、底座焊接工位和整合焊接工位。并针对各工位的制造工艺特点,完成运动机构和执行机构的设计,对关键零部件如气缸、伺服电机、减速器、滚珠丝杠等进行选型,利用三维绘图软件进行焊接夹具具体模型设计。(3)然后,通过D-H参数法对机器人运动学进行分析,完成对焊接机器人运动学的验证。研究并搭建了一套基于运动控制器+示教器+I/O板卡的机器人运动控制系统,基于该控制系统进行编程和配置使用。集成激光焊接系统和机器人实现自动焊接作业。(4)针对硬件需求和软件需求两方面详细开展生产线控制系统方案的研究和设计,并根据每个工位的焊接工艺和工装夹具定位方式,对每个工位控制逻辑进行具体设计。根据控制逻辑方案对生产线控制系统分配PLC的I/O端口功能,使用电气软件EPLAN对整个控制系统电路原理图进行绘制,按照电路原理图进行实物装配和接线,并对PLC和触摸屏控制程序进行设计与实现。(5)最后,搭建了球形压力容器机器人自动激光焊接生产线样机,并基于该样机开展了压力容器机器人自动激光焊接实验,实验验证了压力容器机器人自动激光焊接生产线系统布局的合理性、工装夹具的可靠性、机器人运动和控制系统可行性和整个控制系统的稳定性。

关键词：压力容器激光焊接自动化生产线机器人控制系统

雨水冲刷作用下双层排水沥青路面空隙堵塞特性

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东南大学学报（自然科学版） 2023年第4期53卷 609-616页

作者：蔡正森范剑伟马涛朱雅婧东南大学交通学院南京211189 广东华路交通科技有限公司广州510420

基于流固耦合数值仿真,划分了雨水渗流下双层排水沥青路面的堵塞阶段,明确了不同粒径路表沉积物的堵塞比例,得到了易堵塞沉积物的粒径区间,分析了双层排水路面上层空隙率、渗流速率、路表沉积物质量和单、双层排水路面结构对堵塞结果的... 详细信息

基于流固耦合数值仿真,划分了雨水渗流下双层排水沥青路面的堵塞阶段,明确了不同粒径路表沉积物的堵塞比例,得到了易堵塞沉积物的粒径区间,分析了双层排水路面上层空隙率、渗流速率、路表沉积物质量和单、双层排水路面结构对堵塞结果的影响.结果表明,双层排水路面上下层与整体空隙的堵塞阶段各异.随着上层空隙率增加,堵塞物粒径分布区间增大,上层空隙堵塞加剧而限制整体排水功能.随着渗流速率增大,沉积物堵塞比例下降.随着单位面积沉积物质量增加,路面空隙中小粒径沉积物以大粒径沉积物为核心聚集,加剧堵塞.与单层排水路面相比,双层排水路面中沉积物堵塞比例明显降低,且堵塞物粒径分布区间增大,表明双层排水路面抗堵塞能力更佳.该研究可为排水路面设计与堵塞预估提供参考.

关键词：雨水渗流双层排水路面空隙堵塞流固耦合沉积物

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SBS改性高黏沥青机理的多尺度表征

东南大学学报（自然科学版） 2023年第3期53卷 377-385页

作者：范剑伟徐光霁马涛朱雅婧黄卫东南大学交通学院南京211189 南京现代综合交通实验室南京211100 东南大学教育部智能运输系统研究中心南京210096

结合宏微观试验与分子模拟,对苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)改性高黏沥青的改性机理进行多尺度表征.对比高黏剂质量分数为5%~15.5%的高黏沥青流变性能与存储稳定性的变化趋势,基于红外光谱、凝胶色谱与扫描电镜试验,分析高黏沥... 详细信息

结合宏微观试验与分子模拟,对苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)改性高黏沥青的改性机理进行多尺度表征.对比高黏剂质量分数为5%~15.5%的高黏沥青流变性能与存储稳定性的变化趋势,基于红外光谱、凝胶色谱与扫描电镜试验,分析高黏沥青微观形貌、官能团、分子量组成的变化特征.开展分子动力学模拟,分析高黏剂与沥青组分相容性、高黏沥青体系稳定性及高黏剂在沥青中的扩散.结果表明:12%高黏沥青兼具较好的流变性能与存储稳定性;高黏沥青制备中基本无化学反应,5%高黏沥青中交联结构初步形成;轻质油提升SBS与沥青相容性,促进SBS分子在沥青中扩散与均匀分布,增强高黏沥青体系稳定性;高黏剂与芳香分的相容性最好,范德华力在高黏剂与沥青的分子相互作用中起主导作用.

关键词：高黏沥青改性机理宏微观试验分子动力学模拟多尺度

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高掺量废胎胶粉改性沥青性能研究

材料导报 2022年第16期36卷 1-8页

作者：徐光霁范剑伟马涛朱雅婧李树仁东南大学交通学院南京211189 安徽省公路桥梁工程有限公司合肥230031

将废旧轮胎制成废胎胶粉用于制备橡胶沥青,可实现废旧轮胎的在路面中的资源化利用。本工作制备了不同芳烃油掺量、反应温度和反应时间下的高掺量废胎胶粉改性橡胶沥青试样,设计溶解度试验并结合扫描电镜(SEM)试验,研究了胶粉与沥青反应... 详细信息

将废旧轮胎制成废胎胶粉用于制备橡胶沥青,可实现废旧轮胎的在路面中的资源化利用。本工作制备了不同芳烃油掺量、反应温度和反应时间下的高掺量废胎胶粉改性橡胶沥青试样,设计溶解度试验并结合扫描电镜(SEM)试验,研究了胶粉与沥青反应程度和所制备橡胶沥青存储稳定性的相关性。进一步测试了橡胶沥青的三大指标、弹性恢复、高温粘度指标在反应过程中的变化趋势,并与基质沥青、苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物(SBS)改性沥青和不含芳烃油的中高掺量橡胶沥青对比,从而确定以芳烃油为助剂的高掺量橡胶沥青的制备参数。结果表明,添加芳烃油可有效提高35%(质量分数,下同)橡胶沥青的存储稳定性,保障施工和易性。相比于软化点差,车辙因子比更适合用于评价高掺量橡胶沥青的存储稳定性。所制备高掺量橡胶沥青的溶解度与其存储稳定性有明显的相关性。芳烃油的加入对35%橡胶沥青的高低温性能有不利影响,但当芳烃油掺量控制在5%~7.5%时,其高低温性能仍接近SBS改性沥青。高掺量废胎胶粉改性橡胶沥青的制备参数可确定为:剪切转速为800 r/min,废轮胎胶粉和芳烃油掺量分别为橡胶沥青总质量的35%和5%~7.5%,反应温度为230℃,反应时间为225 min。

关键词：芳烃油高掺量废胎胶粉制备参数橡胶沥青

基于探地雷达结构层厚度测量的钢桥沥青路面车辙评价

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中国公路学报 2023年第12期36卷 22-33页

作者：王飔奇冷真隋鑫张伟光朱俊清范剑伟东南大学交通学院江苏南京211189 香港理工大学土木与环境工程系中国香港九龙999077

高温车辙是钢桥沥青路面的主要病害之一,可使用钻芯进行室内试验和现场测试表征;但钻芯取样采集的路面信息极其有限,现场车辙尺和激光剖面仪无法评价由于铺装层内部变形导致的车辙。基于探地雷达的沥青路面结构层厚度测量可进行车辙评价... 详细信息

高温车辙是钢桥沥青路面的主要病害之一,可使用钻芯进行室内试验和现场测试表征;但钻芯取样采集的路面信息极其有限,现场车辙尺和激光剖面仪无法评价由于铺装层内部变形导致的车辙。基于探地雷达的沥青路面结构层厚度测量可进行车辙评价,但车辙导致的层间压缩会因有限的信号分辨率产生测量误差。钢桥面板的金属强反射和天线制式等影响因素尚未得到系统研究,缺乏控制试验验证。探讨了探地雷达在钢桥沥青路面车辙评价的可行性。基于室内加速加载试验条件建立沥青路面和空气耦合天线的数值模型,结果表明2 GHz空气耦合天线净空不超过50 cm可获得最佳测量速度和精度。采集室内加速加载设备不同荷载作用次数下的路面探地雷达电磁波信号,比较数值模拟探地雷达信号与室内实测信号,分析空气耦合天线探地雷达在钢桥面沥青路面反射信号中的特征。针对层间信号重叠,提出了信号重构和自动化厚度测量的非线性梯度下降算法;针对路面不平整度导致的振动效应,使用经验模式分解法进行信号降噪,钻芯取样验证算法的厚度测量精度。结果表明:在室内试验条件下,车辙宽度预测误差为4.9%,SMA层和MA层平均厚度预测误差分别为2.3%和3.8%,上面层SMA层变形大于下面层MA层。因此,使用先进的信号处理方法进行基于探地雷达结构层厚度测量的钢桥沥青路面车辙评价切实可行。

关键词：路面工程钢桥路面车辙探地雷达结构层厚度无损检测

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多孔沥青路面路用性能跟踪检测

吉林大学学报(工学版) 2023年

作者：蔡正森伍宇许新权范剑伟马涛郑鸿柔广东华路交通科技有限公司东南大学交通学院

本文对比和分析了广东省高速公路多孔沥青路面近年抗滑、渗水及降噪性能变化状况，研究了多孔沥青路面铺设前后路段交通事故降低幅度，测试了车道不同位置路面渗水系数，并使用新的试验方法来测试和评价多孔沥青路面的侧向排水能力。结... 详细信息

本文对比和分析了广东省高速公路多孔沥青路面近年抗滑、渗水及降噪性能变化状况，研究了多孔沥青路面铺设前后路段交通事故降低幅度，测试了车道不同位置路面渗水系数，并使用新的试验方法来测试和评价多孔沥青路面的侧向排水能力。结果表明：小粒径多孔沥青路面初始抗滑性能相对较高，但工后两年抗滑性能开始下降；大粒径多孔沥青路面工后两年抗滑性能继续呈现上升趋势。小粒径多孔沥青路面渗水系数衰减幅度快于大粒径多孔沥青路面。车辆轮迹带排水性能大于轮迹带中间及路肩处；大粒径多孔沥青路面厚度是小粒径多孔沥青路面的2倍，但侧向排水能力相差2.39倍。多孔沥青路面铺设后，晴天事故数降低64.3%，雨天事故数降低57.1%，总事故数降低59.5%；多孔沥青路面对改善高速公路排水困难点的交通安全具有积极作用。本文可为新建和养护排水沥青路面的工程决策提供参考。

关键词：道路与铁道工程排水沥青路面交通事故降低排水性能

基于轴载谱的福建省高速公路交通荷载参数优化

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公路 2022年第7期67卷 1-8页

作者：林吉范剑伟马涛朱雅婧福州长福高速公路有限责任公司福州市350028 东南大学交通学院南京市211189

选取2018年1月~2020年8月之间福建省9条高速公路22个代表性收费站处的动态轴载称重数据与收费车型数据进行分析,明确了动态轴载称重数据、收费车型与现行公路沥青路面设计规范中车辆类型的对应关系,计算了福建省高速公路的车辆类型分布... 详细信息

选取2018年1月~2020年8月之间福建省9条高速公路22个代表性收费站处的动态轴载称重数据与收费车型数据进行分析,明确了动态轴载称重数据、收费车型与现行公路沥青路面设计规范中车辆类型的对应关系,计算了福建省高速公路的车辆类型分布系数、满载车比例、等效轴载作用次数,并与现行公路沥青路面设计规范中的推荐值与计算结果相对比,优化了福建高速公路的交通荷载参数。结果表明,福建省高速公路车型组成与规范中TTC1~TTC5的推荐值均存在较大差异,但基于实测车型组成与基于TTC3的轴载换算结果接近。在近年强力治超的背景下,福建高速公路各类车型的满载车比例远低于规范推荐值。以沥青层与路基指标换算轴载时,基于实测轴载数据计算的轴载换算系数略低于规范推荐值;但以无机结合料层指标换算轴载时,多数车型的实测换算系数比规范值低1~2个数量级,规范推荐值严重偏大。

关键词：高速公路交通荷载参数福建省车辆类型分布系数满载车比例

石灰岩排水沥青混合料空隙率衰变与综合性能研究

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公路 2022年第12期67卷 60-66页

作者：徐光霁徐书东马涛范剑伟东南大学交通学院南京市211189 山东省交通科学研究院济南市250014

比较了石灰岩与玄武岩PAC-16排水沥青混合料在荷载作用下的级配细化与空隙衰减特性、路用性能与力学性能。研究表明,为减缓荷载作用下混合料中石灰岩粗集料被压碎而产生的级配细化与空隙率衰减现象,建议将纯石灰岩PAC-16混合料中4.75~9.... 详细信息

比较了石灰岩与玄武岩PAC-16排水沥青混合料在荷载作用下的级配细化与空隙衰减特性、路用性能与力学性能。研究表明,为减缓荷载作用下混合料中石灰岩粗集料被压碎而产生的级配细化与空隙率衰减现象,建议将纯石灰岩PAC-16混合料中4.75~9.5 mm档粗集料用玄武岩粗集料代替。在各项路用性能中,与纯玄武岩PAC-16混合料相比,石灰岩(4.75~9.5 mm档粗集料为玄武岩)PAC-16混合料与其高温抗车辙性能基本一致,石灰岩混合料的排水性能偏弱,低温抗裂性略好,水稳定性略低,但各项性能满足相关规范要求。在力学性能方面,纯石灰岩PAC-16混合料的高温力学性能略好于纯玄武岩混合料,但低温力学性能较弱。将4.75~9.5 mm档粗集料由石灰岩替换为玄武岩,可有效提升所制备PAC-16混合料的低温力学性能。

关键词：排水沥青混合料石灰岩玄武岩空隙率衰减路用性能力学性能