考虑横观各向同性特性的沥青路面动力学分析

考虑到沥青混合料、粒状类基层和土质路基等材料各向异性特性对沥青路面动力学的影响,基于对各国研究现状的综合分析,采用有限元数值分析方法,在弹性假设下引入横观各向同性系数,建立沥青路面三维有限元模型;采用ABAQUS进行DLOAD子程序二次开发,实现非均布竖向移动荷载的数值模拟;并给出移动荷载作用形式、边界条件和材料参数;而后对比分析了移动荷载作用下各向同性和不同横观各向同性特性条件下三向应变场的差异。结果表明:当考虑横观各向同性特性时,目前采用的设计标准偏于危险,基于各向同性特性的路面设计低估了与永久变形和疲劳裂缝相关的应变。     

横观各向同性沥青路面加铺结构力学响应研究

沥青混合料具有明显的横观各向同性特性,基于各向同性弹性多层体系理论分析沥青路面结构存在局限性,考虑沥青材料的横观各向同性能获取更准确的路面力学响应.文中通过改变沥青材料横观各向同性系数,采用有限元方法对沥青加铺层结构力学变化进行分析.结果表明,随着横观各向同性系数的增大,旧沥青砼路面结构加铺层的剪应力与层底拉应力增大,...     

车辆荷载作用下沥青混凝土路面结构的应力响应分析

借助大型有限元软件ABAQUS,运用三维动力有限元的方法,建立了移动荷载作用下基于土基横观各向同性的沥青混凝土路面结构的三维仿真模型,并编制了Dload和Utracload子程序来施加移动荷载.通过有限元Standard计算模块,分析和比较了移动荷载下车辆正常行驶、减速和加速情况时路面结构内部应力响应规律.分析结果表明...     

横观各向同性沥青路面结构动力响应分析

考虑到沥青混合料、级配碎石和土基等材料具有明显的横观各向同性特性,采用有限元分析方法研究了FWD荷载作用下横观各向同性沥青路面结构的动力响应。分别考虑了不同水平下沥青面层、碎石基层及土基的横观各向同性特性,研究结构层材料的水平方向弹性模量与竖直方向模量比对路面的动力响应影响规律,并根据AI破坏准则对其服务寿命进行了预估分析。结果表明,面层和基层的模量比对路面动力响应和服务寿命影响较大:面层和基层弹性模量比对沥青层底应力应变及土基底部压应变影响都很显著,基层模量比对路表弯沉影响也较大;当面层模量比减小到0.2时,控制疲劳开裂和车辙的荷载重复作用次数分别减小了87%和65%,当基层模量比减小到0.17时,则分别减小了82%和59%;土基模量比对路面结构动力响应和服务寿命影响较小。基于各向同性特性的现行路面设计偏于危险,应适当考虑道路材料的横观各向同性特性。     

横观各向同性黏弹性沥青路面动力响应解析解

主要推导三向移动荷载作用下考虑复杂层间接触状态的横观各向同性黏弹性沥青路面动力响应解析解。首先，从直角坐标系下横观各向同性黏弹性多层体系动力学问题的基本方程出发，借助相对坐标变换和Fourier变换，推导单层沿深度方向的波数域状态向量传递矩阵；其次，基于波传递方法，构造层顶下行波和层底上行波向量，以消除传递矩阵中的正指数项，保证数值计算的稳定性；而后，基于Goodman模型表征的层间接触条件，建立相邻层上、下行波向量的递归关系，并结合荷载和边界条件，对多层体系各层上、下行波向量进行求解；最后，通过Fourier逆变换和相对坐标逆变换，得到沥青路面任意坐标和时刻下的动力响应解析解，并编制数值计算程序。通过ABAQUS有限元模拟，验证了解析解的准确性，且证明了解析解的计算效率远优于有限元模拟；综合分析荷载、材料、层间接触对沥青路面动力响应的影响，可以发现：水平向荷载与路表剪应力关联性强，是导致路面Top-down开裂的重要因素；层间接触条件和横观各向同性均对面层底部水平向应变影响显著，且这2个因素之间存在耦合效应，建议在路面疲劳寿命分析中予以充分考虑。研究得到的解析解可为真实沥青路面力学行为研究提供高效准确的分析工具。     

基于夹杂体本构理论的混凝土渠道冻胀模拟

研究独立参数少且能够满足生产实际的冻土本构模型,对科学指导寒区混凝土衬砌渠道的建设非常必要。在冻土属横观各向同性材料的基础上,基于复合材料夹杂理论提出一种新型冻土本构模型,将冻土分别视为各向同性、横观各向同性线弹性材料,把渠基冻土和渠道衬砌作为一个整体结构,应用元通用软件ADINA,对甘肃靖会梯形混凝土衬砌渠道冻胀进行热应力耦合数值模拟,计算渠道冻胀的温度场、应力场和变形场,研究衬砌板冻胀受力和变形规律,并对结果进行对比分析。结果表明,该模型能较好地反映梯形混凝土衬砌渠道的冻胀机理和冻胀温度场、应力场及变形场的基本规律,与实测成果吻合较好。     

弹性地基沉降数值分析的一种方法

采用局部平均离散法对土性参数三维随机场进行探讨,并对三维地基提出了随机有限元与无限元耦合模型,利用摄动随机有限元法对相关变量进行二阶摄动,导出了相应地基沉降的列式方程与岩土工程数值分析的期望与方差。基于摄动随机有限元-无限元模型,对地基沉降进行了数值计算和可靠度分析。实例计算表明,方法可行,精度较高。     

基于Rayleigh波频散特征的路基模量反演成像方法与试验研究

路基动态回弹模量是影响路基路面结构耐久性与稳定性的关键参数之一。为了实现路基动态回弹模量无损检测精细化,基于Rayleigh波在弹性层状体系中的传播特性,揭示了Rayleigh波在基准路基路面结构中的理论频散特征,并通过显式瞬态动力有限元方法对路基路面结构体系中Rayleigh波场响应进行了数值计算,结合频域波数域变换法与相位移法建立了路基路面结构中Rayleigh波频散曲线的联合提取方法。通过将提取的Rayleigh波频散曲线按自适应遗传算法反演的路面各结构层模量值作为已知约束条件,进一步对路基工作区细化分层,以此建立了路基工作区动态回弹模量的反演成像方法。通过在足尺道路试槽内点对点依次进行Rayleigh波、FWD、承载板和弯沉测试,建立了各测试结果之间的相关关系。研究结果表明：Rayleigh波反演的路基动态回弹模量与其他测试方法相应结果的判定系数R²均大于0.85,且反演成像结果能够全面、清晰地反映路基的承载能力与压实质量。研究成果可为路基路面工作特性智能感知方法与技术的发展提供理论参考。     

煤系地层横观各向同性岩体边坡预应力锚索框架梁有限元分析

煤系地层路基边坡横观各向同性岩体与加固防护措施的相互作用机制比较复杂,结合晴兴线煤系地层高速公路路基边坡工程,对现场样品的横观各向同性岩样进行了单轴压缩实验,确定弹性特征的参数,并通过有限元方法分析了煤系地层岩体横观各向同性边坡与预应力锚索框架梁的相互作用影响,为煤系地层横观各向同性岩石边坡的预应力框架梁支护设计提供了借鉴。     

交通荷载下粉煤灰回填桥台路面动力特性分析

采用简化计算方法确定交通荷载作用模式,利用大型有限元软件ABAQUS建立了路桥过渡段路面结构、路堤与地基三维弹塑性计算模型,编制了用户子程序来模拟路面上的交通荷载,分析交通荷载作用下桥台台背回填轻质固化粉煤灰路面的动力响应特性。     

基于虚拟试验场的强化路面建模方法研究

虚拟试验场是依据某汽车试验场建立的,可用于在仿真环境下对车辆进行路试试验。虚拟试验场的路面建模需要保证具有实际路面特性,文章针对虚拟试验场建立中强化路面的建立问题进行研究,提出一种方法,可以准确的建立虚拟试验场的强化路面。利用双轨路面计测量强化路面的不平度,对测试数据进行分析处理,保证测量结果的准确性,应用试验场规则路面的详细尺寸信息建立模拟路面。对于规则强化路面,应用实际尺寸和技术规范等信息建立,对于不规则强化路面,利用实际测量的路面不平度,通过功率谱估计、路面等级分析、路面不平度数字化等建立模拟路面。通过相关性分析,保证所建立的模拟路面的准确性和可信性。     

Nonlinearity-induced time-varying harmonic dynamic axle load and its impact on dynamic stability of car–trailer combinations

A nonlinearity-induced time-varying harmonic dynamic axle load is found in the road test of a car–trailer combination. To understand its influence on system dynamic stability, a corresponding linear single-track model (STM) is proposed. System dynamic stability is described and sensitivity analysis for the system parameters is achieved. The contribution of the harmonic force is quantified by a derived effective axle load. Because the harmonic effect might be time varying in practice, a time–frequency analysis-based parameter identification method is introduced. Experimental study shows that a time-varying harmonic effect really exists. A yaw-rate-based simulation method is designed to simulate this behaviour. The sensitivity analysis of the influence of the harmonic amplitude or phase on dynamic stability is performed with a simulation study. With appropriate modification of the harmonic amplitude and phase shift applied in selected time windows, the time-varying system characteristics in the road test can be simulated very well.     

基于主成分分析和学习向量量化神经网络的制动工况路面识别与验证

开展车辆制动时路面类型识别的研究，提出一种基于主成分分析-学习向量量化神经网络 （Principal Component Analysis - Learning Vector Quantization，PCA-LVQ） 的制动工况路面识别方法。利用主成分分析对多维度驾驶数据降维处理，提取能表征路面特征的主要成分，采用学习向量量化神经网络对降维处理后的驾驶数据进行训练，并用于路面特征分类，使用制动工况下实车试验数据和硬件在环仿真数据进行验证。结果表明，所提出的 PCA-LVQ算法能准确识别路面类型特征，路面识别的精度达到 97%，与传统 BP神经网络的路面类型特征识别精度提升 7%；同时，在不同车速下，基于PCA-LVQ算法也能较准确地识别路面类型特征。     

动态路面摩擦系数的分析与测试技术探讨

对于高速公路路面,采用动态摩擦系数作为评价指标,可使道路评价指标更合理,通过对动态路面摩擦系数测定的基本原理和测试设备的结构特点的分析,同时采用路面连续动态摩擦系数测定设备在不同车速下测定的摩擦系数,分析了公路路面与轮胎之间摩擦系数的动态特性。     

路基本体材料参数敏感性分析

为研究影响铁路轨道-路基结构动力特性的因素,文中通过有限元仿真分析,建立三维模型,研究路基本体材料不同的阻尼比、泊松比、弹性模量、黏聚力和内摩擦角参数下轨道-路基动力特性,对比分析各参数对轨道-路基动力特性影响程度。结果表明:各结构层动力特性对路基本体材料参数的敏感性依次为弹性模量、凝聚力和内摩擦角、泊松比、阻尼比。     

整车道路模拟行驶载荷谱采集方法研究

为了满足整车道路模拟试验对载荷谱的需求,本文介绍实车动态载荷谱采集、处理、分析和特征提取的方法,为进行实验室整车道路模拟试验以及CAE仿真分析奠定基础。     

利用计算机仿真技术预测车身零件疲劳寿命

为缩短新车开发周期、节约样本制造费用，本文提出了一种在计算机仿真环境中预测车身零件疲劳寿命的新方法。以某轻型客车为例，首先建立了该车的整体有限元模型。然后将采自试车场的典型路面谱作用于轮胎与路面 的接触点进行随机激励。不仅首次在计算机上模拟了汽车随机振动过程，而且得到了关键部位的加速度和动态应力响应及其相应的功率谱密度。最后，应用随机振动和疲劳累积损伤理论对仿真结果进行后处理，估算出该车在一定速度下连续行驶的疲劳寿命。其分析结果显示的危险部位与道路试验基本一致。     

低噪声路面的动力响应分析

为了降低道路的噪声,以某国道为依托工程,在对材料的调查分析基础上,通过构建低噪声路面动力学分析模型,并赋予依托工程的道路实际材料参数,仿真计算得到普通路面与试验路面的时间-位移,时间-速度,时间-加速度关系曲线,建立了降噪路面的时间-位移关系数学模型;通过检测普通路面与试验路面的噪声,发现2种路面材料的噪声值均呈现随车速的增加而增加的规律,得到试验路面相比普通路面可有效的降低噪声值5—6分贝,为道路噪声的降低提供了理论依据。     

基于虚拟迭代技术的中型货车驾驶室载荷谱的求取

某货车驾驶室疲劳载荷激励输入位置位于驾驶室与悬置连接处,在进行整车强化道路耐久试验时无法安装设备直接采集。为获取较为准确的驾驶室疲劳寿命分析载荷谱,对强化耐久路面下整车加速度响应信号进行虚拟迭代。虚拟迭代时需调用整车多体动力学模型,为提高整车模型精度,基于Craig-Bampton综合模态理论生成柔性体车架,建立刚柔耦合的整车多体动力学模型。将Femfat-lab与ADAMS/Car进行联合仿真计算,以白噪声为初始输入,求解刚柔耦合整车多体动力学模型的非线性传递函数,基于循环迭代原理,进行各种典型强化路况下驾驶室悬置附近加速度响应信号的虚拟迭代。利用时域信号对比法及损伤阈值法作为迭代收敛判据,获得满足精度需求的位移驱动信号。将位移驱动信号导入到ADAMS/Car中,对整车多体动力学模型进行驱动仿真,提取驾驶室疲劳分析所需激励载荷谱,将虚拟迭代求得的载荷谱用于疲劳寿命分析所得结果与驾驶室疲劳强化台架试验结果进行对比。研究结果表明：出现疲劳破坏的部位相同度达75%,疲劳寿命误差在20%左右,表明虚拟迭代过程中基于柔性体车架建立的刚柔耦合多体动力学模型的仿真计算,可获得较高精度的迭代结果;以位移谱驱动整车多体动力学模型进行仿真能够有效避免六分力直接驱动时模型翻转等不稳定现象,并且整车模型仿真加速度响应结果与实测相应位置加速度响应吻合度较高;相比于传统的疲劳分析载荷获取方法,虚拟迭代技术可以在较低试验成本的情况下获取较高精度的载荷谱,并能够提取由于连接位置导致的无法直接进行载荷测量部位的疲劳分析载荷。     

汽车脉冲路面输入平顺性仿真分析

以某皮卡车为研究对象，利用ADAMS／VIEW软件建立了车辆多刚体动理学模型，并进行了脉冲路面下的仿真。将仿真所得结果与试验所得结果进行了对比，结果表明数据吻合较好，整车模型建立准确，为进一步对车辆做设计分析打下了良好的基础。