基于 FLUENT 软件轮胎滑水现象模拟研究

基于FL U EN T软件模拟了轮胎滑水产生过程,并计算了不同轮胎花纹、不同车速及不同水膜厚度等条件下轮胎所受动水压强的大小。模拟分析结果表明:①复合花纹轮胎最不易发生滑水,横向花纹次之,纵向花纹最易滑水;②当水膜厚度不变时,同一轮胎所受动水压强随车速的增加而增加,且增长速度随着车速的增加而增加;③当车速不变时,同一轮胎所受动水压强随水膜厚度的增加而增加。以动水压强等于轮胎内部压强时轮胎发生滑水为判断标准,建立了轮胎临界滑水速度与水膜厚度的关系,并根据已有水膜厚度方程,推算出了临界滑水速度与降水量的关系。      

不均匀积水条件对路面行车安全的影响

采用Fluent有限元仿真分析软件,建立轮胎-路面-流体三维有限元模型,模拟不同水膜厚度和汽车行驶速度条件下汽车轮胎所受动水压力的理论变化值,定量地分析了水膜厚度和车速对积水路面车辆侧转角的影响以及积水段路面上车辆的横向稳定性能.研究结果表明:当水膜厚度大于胎面花纹深度时,动水压强随车速的增大而增加较快,且动水高压区由轮胎中间向轮胎边缘呈近似三角分布.在无驾驶员操控情况下,当汽车左右轮分别高速(＞ 90 km/h)行驶在干燥和积水路面,水膜厚度介于9～12 mm时,1 s后汽车的相对侧转角差超过最佳控制角度(25.),此时汽车操纵性开始下降;2 s后汽车的相对侧转角差已超过90.,车辆发生侧滑,易产生交通事故.     

Influencing Factor of Hydrodynamic Pressure on Tire in Wet Weather Based on Fluent

动水压强是影响汽车雨天滑水的直接因素.通过建立纵横向花纹轮胎有限元模型,利用Fluent软件模拟不同行驶条件下轮胎所受的动水压强大小以及轮胎不同部位水流速度的分布规律,并根据数据结果回归得出了行车速度、水膜厚度和轮胎花纹深度与动水压强的关系式.结果表明:轮胎所受到的动水压强取决于水膜厚度、胎纹深度及行车速度；随着水膜厚度的增加,动水压强与车速的关系逐渐由非线性向线性转变；行车速度对动水压强的影响最为明显,仅改变轮胎花纹深度不能完全避免车辆滑水.     

基于水泥路面槽参数的表面功能研究

为降低隧道混凝土路面交通事故,采用手动铺砂法、动态摩擦测试仪法、车载声强(OBSI)轮胎/路面噪声测试法对于刻槽水泥混凝土路面的构造深度、动态摩擦系数、轮胎/路面噪声进行了对比研究,结果表明:相同槽参数下,纵向刻槽动态摩擦系数稍大于横向刻槽;纵向噪声水平、最大声压级小于横向刻槽路面;随着槽深的减小、槽间距的增加,构造深度减小;槽间距的增大,纵向刻槽路面噪声、最大声压级随之减小;槽深增大,纵向刻槽路面噪声增大。     

基于FEA的轮胎状态与刻槽磨损相关性研究

水泥路面刻槽的磨损会降低路面的摩擦系数,而轮胎作用是导致刻槽磨损的主要原因。该文利用有限元软件建立路面-轮胎模型,分别模拟了光面和带纵向花纹的载重货车轮胎在静载、制动、驱动3种不同运动状态下对刻槽的作用,而后选定150组不同规格的刻槽尺寸路面,利用Archard磨耗理论计算刻槽磨损量。通过分析轮胎不同状态下与路面的作用力,从而判断其对路面刻槽磨损的影响程度。通过比较刻槽磨损量,分析轮胎花纹、运动状态与路面磨损的相关性。研究结果表明:带花纹轮胎对刻槽磨损的作用效果更显著;运动状态对刻槽磨损量大小有一定影响,制动状态下路面承受的作用力大于驱动及静载状态;制动状态下的总磨损量最大,其次为驱动状态;刻槽纵向和竖向磨损量较大,横向磨损量较小。     

基于“移动水坝”的高速公路雨天行车安全性研究

为了减少雨天交通安全隐患,保障高速公路行车安全,根据雨天高速公路实际行车状态、路面径流特点和车辆水膜相互作用探究雨天安全行车速度。首先,提出“移动水坝”概念,并分析“移动水坝”现象出现的原因和形成机理;依据水力学基本理论探究“移动水坝”现象中水膜厚度和车辆滑水限速值的变化规律;然后,利用Fluent软件仿真车辆对水流的阻挡作用,依据外侧车道大车行车间距的水压力探究连续“移动水坝”形成的条件,并确定外侧车道大车在不同行驶速度下相应的临界车头时距;最后,应用流体力学原理仿真分析车辆行驶速度和水膜厚度与轮胎受到的动水压力之间的关系,确定不同降雨强度下内侧车道小客车的滑水限速值。研究结果表明：雨天在高速公路外侧车道行驶的大车会对路面径流产生阻挡作用,出现“移动水坝”现象;“移动水坝”作用下水膜厚度较正常排水状态下增加,导致内侧车道行驶的小客车滑水限速值降低;设定试验条件下外侧车道大车间距40 m时,两车的水坝作用连续,增加大车车头时距可以减弱连续“移动水坝”作用;车辆行驶过程中轮胎受到的动水压力随水膜厚度及行驶速度的增加而增大,小客车在“移动水坝”作用下发生滑水的概率增加,根据轮胎动水压力值和滑水值确定不同降雨强度对应的临界滑水速度,可相应作为雨天高速公路小客车行驶速度限值。     

水泥混凝土路面刻槽对轮胎/路面噪声影响分析

基于国内外研究,综述了轮胎/路面噪声的产生机理;针对水泥混凝土路面刻槽,分析了刻槽间距对轮胎/路面噪声的影响,阐述了横向不等间距刻槽及纵向刻槽的降噪机理.     

双层排水沥青路面孔道自洁性能模拟

雨天车辆轮胎荷载作用下双层排水沥青路面内部会出现动水压力,进而产生"虹吸"作用,带出堵塞孔道内部的尘土,这一效应被称为双层排水沥青路面的自洁。该文借助CT扫描技术获取断面图层,在Simpleware软件中采用三维重构技术构建了双层排水沥青路面几何模型,在有限元软件Flow-3D中建立基于流固耦合方程(FSI)和沉积物冲刷方程(Sediment Scour)的耦合模型,并初始化水膜厚度、轮胎运动条件和路表水文边界条件。对照分析了不同速度、不同水膜厚度以及不同杂物粒径条件下轮胎滚动作用对动水压力效应和孔道自洁作用的影响。分析得出:杂物粒径对自洁效应起决定性作用,相同动水压力条件下,小粒径杂物析出数量较多,大粒径杂物析出质量较大;较大轮胎速度和较大水膜厚度会产生较大动水压力,但对自洁性能影响较小。     

刻槽参数对刚柔复合式路面层间粘结强度的影响

为提高刚柔复合式路面层间粘结强度,针对界面刻槽处治技术,采用刻槽深度、刻槽宽度和刻槽间距三个控制参数,进行三因素四水平正交试验设计;对室内刚柔复合式试板的钻芯试件分别进行剪切与拉拔试验,研究不同刻槽参数组合对刚柔复合试件层间粘结强度的影响。试验结果表明:刻槽处治技术能显著提高刚柔复合试件的层间粘结强度;影响层间粘结强度的刻槽各因素主次顺序为刻槽宽度、刻槽深度和刻槽间距;最优参数组合为深度6 mm、宽度13 mm、间距16 mm,对抗剪强度和抗拉强度最大分别提高52.6%和87.7%;当刻槽宽度接近混合料最大粒径时,沥青混合料的骨料可以充分嵌入槽内形成紧密的结合面,有效增大粘结面积从而提升粘结强度。     

基于路面表面纹理的轮胎/路面噪声分析

采用全自动路面纹理测量系统和随车声强法分别对路面表面纹理及轮胎/路面噪声进行测试,并对路面最大纹理深度以及路面声压水平进行分析,结果显示,拉毛+横向不间距刻槽路面的声压水平最大(为108.5d B),且声压变异系数较大,易产生尖锐噪声;拉毛、拉毛+横向等间距刻槽、纵向等间距刻槽+拉毛及金刚石磨耗路面声压水平较低,且变异性也较小;不同类型的路面横向和纵向最大纹理深度与轮胎/路面噪声具有一定的相关性,通过路面纹理与路面声压水平相关性的研究对水泥混凝土路面抗滑处理施工中具有一定的指导意义。     

宏观形貌对沥青路面黏性滑水的影响分析

为研究宏观构造对潮湿沥青路面抗滑性能的影响,引入宏观形貌概率正态分布模型,构建潮湿路面-车轮相互作用下的动水压力解析方程及数值解算方法;并将分布模型与现行的路面抗滑指标MTD相联系。在此基础上,以黏性动水压力为基本指标,分析潮湿工况下, AC-13、SMA-13及OGFC-13这3类路型的路面抗滑性能。计算表明,潮湿路面薄层水膜条件下的黏性滑水不完全等同于积水路面条件下的惯性滑水,其胎下动水压分布沿行驶方向显现出非线性变化的特征,且在胎面临近完全接触区边界附近达到峰值后迅速衰减;同时,黏性滑水产生的承载力随行驶速度呈线性增长。另一方面,黏性滑水产生的动水压力与水膜厚度和路面构造深度的比值相关:当路面水膜厚度h在0～3σ之间,动水压力明显随水膜增厚而减小、随构造深度的增加而减小;当路面水膜厚度大于3σ或构造深度足够大时,水膜厚度和构造深度的影响将随之减弱。     

基于随车声强法的水泥混凝土路面噪声特征

利用随车声强法对5条不同水泥混凝土路面噪声特征进行了测试,分析了露石水泥混凝土与刻槽水泥混凝土路面噪声水平的差异,得到了车辆以60km/h速度下测试路段的1/3倍频程频谱分布特征。结果表明:露石水泥混凝土路面比刻槽水泥混凝土路面噪声水平低4.1~8.2dB;而横向等间距刻槽水泥混凝土路面噪声要比纵向刻槽水泥混凝土路面高出0.8~4dB;随着槽间距的增大,横向刻槽水泥混凝土路面噪声逐渐增大,且呈线性增长;水泥混凝土路面/轮胎相互作用噪声频谱主要分布在200~3 150 Hz之间;随着1/3倍频程频率的增加,声压级会逐渐增大,增大到一定值时就会逐渐减小,最大声压级对应的频率一般在800~2 000 Hz之间;露石路面和纵向刻槽的频谱曲线没有出现噪声尖峰,而横向刻槽水泥混凝土路面存在明显的噪声尖峰。     

水泥混凝土路面表面构造的修筑与养生

介绍了水泥混凝土路面表面构造的分类与各自的作用，推荐了刻槽的深度、宽度和间距等参数以及保证刻槽质量的工艺措施，对路面微观构造提出了控制方法。另外，还对水泥混凝土路面的养生做了论述。     

沥青路面表面水膜厚度试验

汽车在有水膜覆盖的路面上行驶时,轮胎与路面之间的附着力降低程度与道路表面水膜厚度有关,道路表面的水膜厚度越厚,附着力降低越多。道路表面的水膜厚度和下面几个因素有关:降雨强度,坡面的构造深度、长度以及坡度。本项目修建9个试验段,包括3种不同的沥青混合料级配和3种不同的坡度,并且进行了人工降雨试验,实测了表面的水膜厚度。根据测得的试验数据,回归了水膜厚度的计算公式,该式和英国的经验公式相比,能够反映出坡面粗糙程度对水膜厚度的影响,可以用于工程实践,预估道路表面的水膜厚度。     

冬奥延庆赛区复杂山地公路路面附着系数研究

由于地形的限制,冬奥延庆赛区的山地公路设计中大纵坡小半径路段较多,境内现有的标准、规范未能全面覆盖,为保障运行安全,需进行路面附着系数的研究。根据实际运营状况,利用摆式仪测量路面常温干燥、低温干燥、低温潮湿、融雪等状态下,普通轮胎、雪地轮胎分别与普通路面、防滑路面组合的附着系数值。研究发现,在所有路面上,普通轮胎的附着系数随温度的升高先减小后增大、而雪地胎的值持续增大至稳定;两种轮胎的值随水膜厚度的增加先减小后增大,雪地胎的值始终高于普通轮胎。最优组合为刻槽路面和雪地胎,低温干燥的值为0.806,低温潮湿的值为0.75,雪水混合物状态下的值为0.436。文章可为理论计算和仿真安全评价提供关键参数支持。     

刻槽技术在高速公路隧道水泥混凝土路面中的应用

随着高速公路中隧道数量的增加,隧道的安全性成了主要问题。而隧道路面的抗滑能力是影响隧道使用安全与品质的主要指标之一。本文针对影响隧道水泥混凝土路面抗滑性能的几种因素:隧道路面结构与材料、抗滑构造、路表污染、交通荷载等几种因素,提出了采用刻槽技术对隧道水泥混凝土路面进行抗滑性能改善。针对刻槽技术在隧道内的应用,提出了刻槽参数的最佳合理组合,刻槽最佳时间以及施工要点,从而为刻槽技术在隧道路面当中的应用提供依据。     

大厚度半刚性基层层间接触状态对路表弯沉的影响分析

本文利用有限元理论,模拟FWD动载作用下大厚度半刚性基层路面结构的工作状态;计算得出了大厚度半刚性基层在不同参数、不同层间接触状态下路表弯沉盆的变化趋势;分析了在FWD动荷载作用下,基层层间接触状况对层状体系路面结构表面弯沉的影响规律。     

不同车速条件下路表弯沉的变化规律

为探明不同车速条件下路表弯沉的变化规律,依托实体工程,建立三维有限元公路模型,采用动态材料参数,开发了动态车辆荷载模型,计算了多车速条件下的路表弯沉.结果显示,路表弯沉时变曲线分为压缩、拉伸两个阶段;车速由40 km/h提升至100 km/h,路表弯沉峰值增加超过5％.动态计算结果表明,高车速时路面疲劳寿命降低,轮胎和路面间冲击作用是路表弯沉增大的主因.     

汽车轮胎与路面接触应力分布特点及力学模型

为分析重载交通对沥青路面使用性能的影响,研究了汽车轮胎与路面接触应力的分布特点.轮胎与路表的接触影响因素可分为两类:轮胎相关因素与路面相关因素,文章从力学的角度出发,综合考虑汽车轮胎结构类型、轮胎花纹、轮胎气压、轮胎竖向荷载、行驶速度、轮胎工作状态和路面表面几何特征与干湿状况等影响因素,分析了汽车轮胎在路面上的轮迹接触面形状、接触应力方向组合、接触应力分布特点,通过数学推导,简化荷载模型,在车辆匀速行进情况下,假设轮胎-路表接触面为矩形,考虑轮胎-路表接触力修正系数,建立了轮胎-路表三向接触应力模型,该模型有利于分析竖向接触应力、水平纵向和横向接触应力分布特征及影响因素.     

重载下刚性基层沥青路面的力学响应分析

应用APBI程序,建立计算模型,采用弹性层状体系理论,对重载下刚性基层(CRCP)沥青路面的力学响应进行了分析,探讨了重载作用下刚性基层沥青路面的应力分布及其影响因素。研究结果表明:路表位于车轮外侧有数点受到垂直于行车方向的拉应力,路表最大剪应力的位置出现在轮胎边缘附近,在拉应力和剪应力的共同作用下行车带轮迹边缘附近容易出现平行于行车带自上而下的裂缝;刚性基层路面拉应力主要由刚性基层承受,随着结构层所受荷载的增加,层底拉应力显著增大;高温下车辆制动时产生的水平力对剪应力的影响很大,当紧急制动时路面最大剪应力比不考虑水平力时增大接近150%,易产生剪切破坏。