轮胎接地印迹对路面结构力学响应影响的有限元分析

路面与轮胎之间的接触压力具有很明显的非均布特性,并不同于传统的路面结构分析中的双圆均布垂直荷载。本文首先根据轮胎胎面花纹类型,参考轮胎与路面接触压力的测试结果,提出接触面内的不同荷载简化模型。依据弹性层状理论,建立沥青路面多层体系的三维有限元分析模型,利用有限元计算分析不同荷载简化模型作用下的沥青路面结构响应。对在各种不同荷载模式作用下沥青路面的力学响应进行对比。结果表明:车辆荷载作用局部区域内的路面结构影响较大,对远离荷载作用面的点影响比较小。不同的轮胎荷载简化模型不影响路面结构整体力学分析。     

路面不平整引起的车辆动载计算方法

为了分析不平整路面上行驶车辆的动载特性,研究了西宝高速公路平整度实测结果,用正弦曲线模拟路面表面,建立了考虑汽车侧倾因素和轮胎阻尼的四自由度车辆振动模型,利用模态理论和编程计算对车辆振动模型在不同路面波长、不同振幅、不同行车速度及左右车轮激励不同时的动载进行了分析和求解,给出了车辆在不平整路面上行驶时产生的动载计算方法。计算结果表明:波形路面上产生的动荷载沿路线纵向呈波形分布,在路面上行驶的车辆对路面可能产生很大的动荷载,最大动荷载系数可达到2.0以上。     

基于抗滑性能需求的沥青磨耗层试验研究

基于体积法设计不同骨架密实型沥青混合料,采用薄膜压力胶片技术,开展不同轮胎荷载作用次数下的胎/路接触界面应力分布特性研究,分析不同级配结构沥青磨耗层路面的抗滑性能衰减变化,以探索轮胎与路面的最有利接触状态。结合常规的构造深度与摩擦系数评价指标,揭示不同沥青磨耗层抗滑性能耐久性,从而指导沥青磨耗层混合料的级配设计。     

轴载和轮胎气压对路面压应力的影响

为了研究轮胎气压、轴载、轮胎平均接地压应力之间的关系,选用双轮单后轴货车,在不同轮胎气压、不同轴载下测试轮胎接地面积,计算了平均接地压应力。结果表明:轮胎平均接地压应力与轴向荷载、轮胎气压之间呈很好的线性关系,轮胎超压对沥青路面的损坏与超载无异,并对路面的寿命影响非常大。建议路政部门增加轮胎气压的检测和提高设计时沥青路面轮胎平均接地压应力标准。     

路面在车辆动荷载下的受力状况

在研究路面动力学问题时,绕不开的是车辆轮胎在运动中的受力状态,它直接与路面接触,承受车辆的全部荷载,传送牵引和制动的扭力．保证车轮与路面的附着力等。     

轮胎/路面噪声影响因素研究

通过研究轮胎/路面噪声形成机制和相关成果,总结了轮胎/路面噪声的主要影响因素,得到了不同车速条件下,不同模量轮胎的内、外胎与噪声的关系曲线,同时,对降低轮胎/路面噪声提出了建议。     

非均布荷载作用下路面结构力学响应计算

选取了典型车型和典型路面结构,考虑了轮胎接地面积折减和压力的不均匀分布,进行非均匀分布垂直荷载作用下,沥青路面结构内力学响应的三维线弹性有限元计算,并分析了路面结构层模量变化时的影响。结果表明非均布荷载作用下面层结构内的剪应力值要明显大于均布荷载作用下的情况,现有设计方法可能低估了车辆荷载引起的路面响应。     

沥青路面结冰条件下抗滑性能

利用有限元软件ANSYS/LS-DYNA建立轮胎与路面接触的动力有限元模型,同时考虑轮胎与路面的动态摩擦作用,分析不同温度工况条件下结冰沥青路面的抗滑性能.结果表明：轮胎的速度和动能随时间呈现倒S形的减小趋势,轮胎胎面由于橡胶的粘弹性特性,其速度出现以轮胎运动速度为平衡位置的剧烈震荡现象;轮胎的速度随着摩擦系数的增大衰减越快,路面结冰时轮胎的速度衰减幅度以及胎面摩擦力都明显小于干燥路面,而制动距离则刚好相反;由于轮胎与路面的相互作用,胎面的摩擦力呈现抛物线变化趋势,最大摩擦力明显小于干燥路面.     

考虑横坡的轮胎路面接触压力分布的有限元分析

利用有限元软件轮胎与横坡路段路面结构作用的有限元模型,分析不同坡度条件下的轮胎接地压力分布,研究坡度对轮胎路面接触压力分布的影响规律。结果表明,道路横坡对轮胎路面接触压力分布的规律有显著影响：横坡的坡度对轮胎路面接触压力分布存在显著影响,当坡度较小时,接地压力在横向呈对称分布,最大接触压力出现在接触面横轴中心,随着坡度增加,上坡方向的轮胎路面接触面积明显大于下坡方向,接触压力最大值出现位置也出现偏移;横坡路段轮胎与路面之间接触面积较大,但总体的接触压力水平较低。     

关于沥青铺装低温裂缝的评价及补修方法

在积雪寒冷地区，沥青路面的设计、施工及其维修管理，必须考虑与温暖地区有显不同。这类地区技术上存在的主要问题是：(1)冬季期间钉状轮胎对路面的磨耗；(2)温度应力引起的横向裂纹；(3)基层冻胀使路面不均匀沉陷，在车轮荷载作用下，产生裂缝。     

轮胎与钢桥面铺装接触力学分析

为进一步分析钢桥面铺装的真实受力特性,对轮胎与钢桥面铺装的接触力学行为进行了研究.通过建立轮胎模型,对轮胎接地压力进行计算,并与实测数据对比验证了轮胎接触模型的准确性;通过建立轮胎与桥面接触模型,对不利荷载位置时桥面铺装的力学响应计算与分析,得出铺装层竖向位移、铺装层顶弯拉应力、粘结层剪切应力的分布特性,指出桥面铺装典型病害产生的力学机理;通过对设定的一组铺装层计算模量对应的铺装层力学响应极值进行计算,得出铺装层弯拉劲度模量变化对铺装层力学响应的影响规律,并对比分析了轮胎荷载与均布荷载对结算结果的影响作用.结果表明：在等量荷载条件下,采用轮胎与桥面接触模型计算出的铺装层最大层顶反弯应力、粘结层最大剪切应力均明显大于采用均布荷载的计算结果,其中：铺装层层顶反弯应力增幅约为5%,粘结层剪切应力增幅约为9%.采用轮胎与桥面接触模型进行钢桥面铺装设计会更为安全.     

凝冰条件下沥青路面与轮胎接触摩擦动力响应分析

综合考虑轮胎材料超弹性和路面材料的粘弹性、轮胎与路面间的瞬态接触摩擦作用,利用有限元软件ANSYS/LS-DYNA建立凝冰条件下轮胎与沥青路面接触的有限元模型,分析沥青路面动力响应规律。结果表明：凝冰条件下沥青路面路表弯沉在轮胎作用的区域明显增大,在没有直接作用的区域弯沉逐渐减小,且路表弯沉随着摩擦系数的增大而逐渐增大;路表水平剪应力以轮胎作用区域为中心呈反对称分布,且最大水平剪应力在轮胎经过前随着摩擦系数的增大而减小,而在轮胎经过后随摩擦系数的增大而增大。路表竖向应力在轮胎作用的瞬间出现应力集中现象,在非作用区域则很小,竖向应力随着摩擦系数的增大而减小;同时阻尼对凝冰沥青路面力学响应也有着重要的影响。     

重载沥青路面基于实测荷载图式的轴载换算研究

为更准确地进行重载沥青路面轴载换算,调查了货车的轴重及胎压分布,发现了两者之间存在的对应关系．改变轴重和胎压测试了轮迹,轮胎接地压强和接地半径均随轴载的增加而增加,荷载中心距保持不变．测试了移动车辆的轮胎接地压强分布,发现在全轮迹范围内基本属于均匀分布．根据重载车辆轮迹及轮胎接地压强分布,得到了重载道路荷载作用图式．采用该图式,并充分考虑路面结构的非线性,推导出基于弯沉等效、弯拉等效和土基顶面压应变等效的轴载换算公式．     

轴载、轮胎气压与轮胎平均接地压应力之间的关系

选用双轮单后轴货车,在不同轮胎气压、轴载下测试了轮胎接地面积,计算了平均接地压应力。轮胎平均接地压应力与轴向荷载、轮胎气压之间线性关系明显,相关系数达0.98以上,建立了轮胎平均接地压应力、轮胎气压、轴载之间的三维关系,从三维回归曲面来看,轮胎超压对沥青路面的损坏不可忽视。     

半刚性基层沥青路面中剪应力点位分布研究

为了深入研究半刚性基层沥青路面中剪应力点位的分布,通过建立沥青路面结构力学模型,分析半刚性基层沥青路面结构剪应力在不同层间接触条件下的分布规律,从中得出剪应力最大值对应的点位,然后研究车辆荷载、面层模量和厚度对其点位的影响。结果表明:在不同层间接触条件下,最大剪应力点位在轮胎中心点对应下距路表6cm深度处,由此提出在半刚性基层沥青路面结构及材料设计中对中面层应主要考虑其抗车辙性能。     

足尺沥青混凝土路面加速加载动力响应

采用足尺沥青混凝土路面加速加载试验设备,检测了移动车辆荷载下路面结构的动力响应,分析了面层底部的动应变和土基顶竖向压应力,研究了车辆轴重、行驶速度和轮胎胎压对路面结构动力响应的影响,分别建立了动力响应与轴重、车速的回归模型,在不同轴重、车速和胎压下对4种路面结构进行了试验。分析结果表明:在行车荷载作用下,面层底部应变响应呈拉压应变交变状态;在中等试验温度条件下,面层底部应变响应随轴重的增加而线性增加,土基顶竖向压应力呈单向应力状态,且随轴重增加而增大;车速显著影响面层底部应变响应,但对竖向压应力影响不大,仅影响应力的脉冲持续时间;随车速增加,应力脉冲时间缩短,面层底部应变响应减小;重载车辆在低速行车时对路面的破坏作用更严重,但胎压对面层底部应变和土基顶竖向压应力影响较小。     

汽车-路面-路基系统动态响应及参数分析

为了研究汽车与公路路面的相互作用机理,采用二自由度四分之一汽车悬架模型模拟汽车系统,用无限长Bernoulli-Euler梁模拟公路路面,用Kelvin黏弹性地基模拟公路路基,同时对汽车和路面建模,构成二维汽车-路面-路基系统.通过线性振动理论、积分变换和广义杜哈梅积分得到了汽车和路面的动力响应解析解及路面响应在时间域和空间域的分布规律.另外,分析了车速、地基反应模量、地基阻尼系数、悬架刚度、悬架阻尼、轮胎刚度和轮胎阻尼7个参数对路面动力响应的影响.结果表明,地基反应模型的影响最大,而车速的影响与地基阻尼系数密切相关.