春融期重载车辆-路面-路基垂向动力分析模型

针对季节冻土区春融期重载车辆作用下道路病害突出的问题,以三轴重载汽车为例,建立季节冻土区春融期重载车辆-路面-路基体系垂向动力学物理模型;基于D' Alembert原理推导了重载车辆、路面和路基冻结层的振动微分方程,并采用Wilson-θ法对动力方程求解。数值仿真结果表明:建立的路面-路基体系模型能够反映季节冻土区春融期路基呈层状分布且刚度软化的特性;随着车体质量增加和路基融化层刚度的降低,路面振动位移平均峰值和路面振动加速度平均峰值基本呈线性增加;车辆行驶速度增大,路面振动加速度平均峰值增大,优势频段数目增多、优势频率增大;路面振动位移平均峰值呈锯齿型;路基冻结层厚度增加,路面振动位移平均峰值和路面振动加速度平均峰值降低,当其厚度大于0.3 m后趋于稳定。     

考虑路面不平整度因素的车路耦合系统非线性数值模型

利用有限元方法以车路耦合系统作为研究对象,开展路面不平整度影响下的车路耦合非线性数值模拟研究,建立了考虑路面不平整度因素的车路耦合非线性数值模型,包括车辆系统、道路系统、车辆与道路的接触3大部分,并模拟车辆行驶和轮胎的跳起等。在非线性模型计算过程中,设定车辆模型在道路表面以某一设定速度匀速运动,并利用道路不平整度频谱进行Fourier逆变换得到时域模拟的路面不平整度数值,以研究路面不平整度激励下车路耦合振动。研究所得主要结论:(1)在随机性路面不平整度影响下,通过对车路耦合非线性动力模型的计算结果数值以及动力模型所反映振动趋势的验证,得出该模型能较好地反映车路耦合作为一个大系统的振动情况,计算结果可信,具有较高的工程应用价值。(2)路面不平整度越差路面产生的振动位移也越大,算例显示同样条件下C级路面下的最大位移量是A级路面的1.31倍,但路面振动频率受不平整度的影响不明显。     

基于车-路耦合的沥青混凝土路面结构动力响应分析

本文在建立车辆-道路耦合系统分析模型的基础之上,编制了车路耦合系统的动力仿真程序,研究了不同路面不平顺幅值,不同车辆行驶速度,不同车辆载重以及轴数的变化等参数情况下路面结构不同节点的位移及加速度随参数的变化情况;并探讨了不同路面结构层厚度组合情况下对路面结构的动力响应的影响,研究结果表明路面不平顺幅值对于路面结构的位移与加速度响应影响巨大;车速增加虽不影响路面结构的位移响应,但是增大了路面结构的加速度响应从而增大了对于路面结构的冲击作用;载重的增大会显著增大路面结构的位移与加速度响应;不同路面结构层厚度的组合会显著影响路面结构系统的动力响应,相关的研究还有待于进一步的理论与试验验证。     

基于复杂场地及行车条件的交通振动影响研究

采用四自由度车辆振动模型,全面而系统地预测多种条件下的交通振动影响程度,并从振源条件、波的传波途径、传播介质的材料特性选用参数进行计算场地的振动响应。同时,将车辆振动理论与考虑粘性边界条件的有限元法相结合,提出了一种考虑行车条件、路面平整度以及复杂场地条件下振动波传播路径影响的交通振动预测方法。工程实例的分析结果表明,随着车辆载重增大、行车速度提高以及路面平整度下降,车辆轮胎击地反力有一定程度的增大;隔振沟可以有效地控制交通振动引起的加速度和速度响应,但对减轻位移响应效果不明显。     

考虑车辆移动效应和超载的排水基层路面结构动力分析

为了研究车辆荷载作用下排水基层路面的动力响应,同时考虑车速和轴载的影响,采用移动加载的方法,对不同工况下沥青路面进行了快速Lagrange有限差分分析。结果表明,路面弯沉并未因排水基层的低模量而增大,峰值甚至有所减小;排水基层的存在减小了底基层底部的动应力,可以抑止反射裂缝的产生;弯沉及动应力均随车速的增大而减小,高温季节,低速行驶更容易引起大车辙;当车辆超载50%时,弯沉和动应力均成倍增大,导致路面产生较大变形甚至塑性破坏,且更容易引起路面开裂,表明治理超载对延长道路使用寿命,降低养护成本具有重要意义。     

土石混填路基应力水平分析

为研究土石混填路基在行车荷载作用下的力学响应,分别利用布辛奈斯克法和弹性层状体系法对路基工作区进行分析,确定道路工程结构力学响应方法的适用性。现通过设计不同基层类型、不同面层基层弹性模量和厚度以及不同行车荷载,共设计了36种典型路面结构和荷载形式的工况,利用BISAR程序对不同路基深度的应力进行计算。结果表明:标准荷载作用下,半刚性路面的路基中最大应力为36kPa,柔性路面的路基中最大应力为57kPa,因此应对柔性路面中路基顶面压应变进行控制;路基应力水平随车辆轴载增加显著增大,最大应力达到138kPa,应对车辆超载严格控制。     

基于增广卡尔曼滤波并考虑车辆加速度的路面不平度识别

为实现车辆在实际加减速行驶工况下路面不平度的准确识别,提出了一种考虑车辆加速度、基于增广卡尔曼滤波算法的路面识别方法.以车辆纵向加速度作为已知输入,车身垂向振动和俯仰振动响应作为观测向量,设计增广卡尔曼滤波观测器估计路面不平度信息;求取固定位移窗长度内的国际平整度指数,实现了对路面的等级分类.仿真结果表明在典型非匀速工...     

高速铁路路基不均匀沉降对胶黏道砟道床过渡段的影响研究

以中兰客专某车站为例，采用ABAQUS有限元软件建立胶黏道砟道床过渡段的车辆-轨道-路基空间耦合模型，分析列车双向行驶时不平顺激励下折角沉降差异值的影响规律。研究结果表明：折角沉降差异值增大时，列车从无砟轨道至有砟轨道钢轨垂向振动位移与轮轨力增大幅度明显大于反向行驶；上行和下行钢轨垂向位移最大峰值点均处在折角沉降起点9 m的位置，而车体垂向加速度、轮轨垂向力上行和下行其峰值点位置均不相同。     

基于人车路相互作用的路桥接合处差异沉降控制标准

针对路基和桥梁沉降量不同而造成路桥接合处出现桥头跳车的现象,为确定桥头跳车的定量指标,选取人体加权加速度均方根值作为桥头车辆行驶舒适性的振动指标。将路桥接合处纵断面沉降曲线拟合为指数型曲线之后,建立了路桥接合处路面不平整时域模型,并分析了桥头车辆行驶舒适性的影响因素。分析结果显示车速、路桥过渡段的最大差异沉降量和沉降区段长度对人体的行驶舒适性影响很大。根据分析结果,确定了基于人车路相互作用的路桥接合处差异沉降控制参考标准。研究结果可作为判断桥头是否跳车的依据,也可用于一般路基差异沉降标准的制定。     

基于卡尔曼滤波算法的车辆振动状态估计与最优控制研究

在建立2自由度1/4车辆悬架振动模型基础上,提出了利用卡尔曼滤波算法估计车辆行驶振动状态的方法。通过设计卡尔曼滤波算法,对在不平路面上行驶车辆的车身垂向位移、垂向速度和车轮垂向位移、垂向速度状态进行估计,并通过Matlab/Simulink对估计效果进行验证。验证结果表明,该方法能够在不同路面、不同车速下准确估计车辆的相关参数,为汽车主动悬架的最优控制提供了基础。     

交通荷载作用下市政道路路面振动测试与分析

对市政道路进行减隔振设计，需先研究交通车辆荷载引起的道路振动特性。实测了广州市南大路和番禺大道北辅路在四种车辆和混合车流时的路面振动加速度，并对测试数据进行峰值、频谱、VLz振级分析，研究车辆荷载引起的市政道路振动规律。结果表明:道路振动加速度响应幅值与汽车轴重、行驶速度、道路结构刚度密切相关，随着汽车轴重、车辆行驶速度和道路刚度的增大而增大；汽车荷载激励以竖向振动为主，频率主要在5.0～40.0 Hz之间，能量集中于10.0~20.0Hz范围。     

超载超速作用下风积沙低路堤与地基动力特性研究

建立移动简谐荷载作用下三维路堤与换填地基动力响应模型,对超载、软土地基换填及行车速度等因素影响下的风积沙低路堤与地基动力响应展开研究。结果表明:①超载20%时,路基动力响应影响深度为6.9 m,远大于标准轴载下的1.9 m,超载对路基路面造成了较大的破坏;②对盐渍化软土地基采用砂砾换填处治后,改善了上部路基的变形特性;③不同车速工况下,动荷载的作用时间与幅值是动力响应的主要影响因素;高速行驶的车辆对路基动力响应的影响比低速要大得多。     

山区陡坡水泥混凝土路面的应力分析

根据水泥混凝土路面的受力特点,运用三维有限元方法,分析在标准荷载作用下,不同道路纵坡面层层底最大拉应力、层底最大剪应力的变化规律,以及不同超载率对不同坡度下面层力学指标的影响。分析结果表明,拉应力和剪应力都随道路纵坡的增大而增加。其中,剪应力影响幅度较大,更易使面层开裂;超载情况下,应力指标均显著上升。因此,应尽量提高水泥混凝土面层的抗拉强度和抗剪强度,并严格限制陡坡路段车辆超载。     

斜拉桥车桥耦合振动对冲击系数的影响分析

通过车桥耦合振动分析,探讨路面不平整度、车辆行驶速度对双层斜拉桥位移和车辆冲击系数的影响,同时按照JTG D60—2004《公路桥涵设计通用规范》计算出该类双层斜拉桥的冲击系数,并对其合理性予以验证。     

考虑弹性支撑边界条件的电动汽车-路面系统机电耦合振动特性分析

轮毂电机驱动电动汽车的簧下质量大导致轮胎动载荷增加，并且电机电磁力和转矩波动对车轮造成电机激励，进一步加剧车轮振动引起垂向振动负效应的问题。鉴于此，考虑电机的电磁激励，建立了电动汽车-路面系统的机电耦合动力学模型，推导了弹性支撑边界条件下路面结构的模态频率和振型表达式，以及路面振动引起的二次激励。计算了简支与弹性支撑边界条件下的路面模态频率，根据频率分布进行了截断阶数选取，并分析了边界条件、电机激励和车速对路面响应的影响。在此基础上，研究了不同行驶速度、路基反应模量及路面不平顺幅值下，激励形式对汽车车身加速度、悬架动挠度和轮胎动载荷的影响。结果表明：路面不平顺幅值越小，弹性支撑对路面响应的影响越大，弹性支撑边界条件下的路面响应较小，电机激励会引起路面响应的增加；弹性支撑边界条件下，路面不平顺幅值和路基反应模量越小，考虑路面不平顺、路面二次激励和电机激励的三重综合激励对电动汽车响应的影响越大，激励形式对轮胎动载荷的影响最大，对车身加速度的影响次之，对悬架动挠度的影响最小；电机激励导致轮胎动载荷增加，对路面破坏和寿命产生的负效应不容忽视。所建电动汽车-路面系统机电耦合模型及研究思路可为电动汽车垂向动力学分析提供参考与理论支持。     

超载交通对道路路面性能的影响

道路交通由大量不同类型的车辆组成,在路面设计中,应用卡车因子将这些车辆对路面的破坏转化成具有相同破坏的标准轴考虑,将卡车转化为标准轴的卡车因子或将各轴转化为标准轴的当量轴载,换算系数是通过平均轴载定义的,这一过程中包括轴载大于最大限值的车辆,也有相当数量总重超载的车辆,这些车辆导致路面显著破坏,增加了路面建设和维修费用。该文通过研究不同车辆在5种不同沥青层厚度和5种不同路基刚度模量的一组路面上的卡车因子,来探讨超载车辆对道路路面的影响。研究显示:与法定荷载的相同车辆相比,超载车辆的存在会将路面成本提高100%以上。     

重型车辆静载下路面的力学行为研究

采用1/4车辆模型模拟车辆系统,有限尺寸Kirchhoff薄板模拟路面和Kelvin黏弹性地基模拟路基,建立了车辆静载下的路面路基响应系统。基于薄板理论和粘弹性理,利用振动理论,获得车辆静载下路面路基系统的动态响应解析解;分析了地基阻尼系数、地基反应模量、路面弹性模量和路面厚度四个参数对路面位移和应力响应的影响。研究结果对车辆与路面系统相互作用机理具重要理论意义和工程应用价值。     

冲击荷载作用下有隔离层的水泥混凝土路面板动态响应模拟试验研究

选择土工布、橡胶板作为水泥混凝土路面隔离层,通过室内模拟水泥混凝土路面冲击振动试验,借助微地震测试系统,测定了室内不同隔离层混凝土面板与基层板振动特性,初步获得了冲击荷载作用下隔离层对水泥混凝土面板与基层板的振动响应影响规律。振动响应试验结果表明,无隔离层时面层板振动速度峰值最大,其次是一层土工布,橡胶板作隔离层时面层板振动速度峰值最小;无隔离层面层板振动位移峰值最大,其次是两层土工布,橡胶板振动位移峰值最小。基层板在冲击荷载作用下,由于面层和隔离层的阻尼作用,基层振动速度峰值和位移峰值大幅度减小。4种工况下,无隔离层时基层板振动速度峰值和振动位移峰值均最大;按照振动速度峰值和振动位移峰值从大到小排序均为无隔离层、橡胶板、一层土工布、两层土工布。这些研究所获得的不同隔离层水泥混凝土路面板振动特性规律与方法,可为进一步研究隔离层水泥混凝土路面动力响应提供方法与理论参考。     

基于车-桥耦合动力作用的车辆与桥梁力学行为

为研究车-桥耦合动力作用下的车辆与桥梁力学行为,基于ABAQUS有限元软件建立二自由度四分之一车辆模型和简支桥模型。车辆模型考虑橡胶轮胎超弹性,桥面铺装层考虑沥青混合料黏弹性。基于轮胎与桥面铺装层接触关系,建立车-桥耦合动力模型,采用中心差分法和有限元理论求解车辆和桥梁时域响应。结果表明:通过与现场桥面铺装层上面层跨中竖向应力测量值比较,验证所建车-桥耦合动力模型具有一定可行性;未添加路面不平度上面层跨中最大竖向压应力、最大横向压应力、最大纵向压应力分别为0.608,0.283,0.338 MPa,添加路面不平度上面层跨中最大竖向压应力、最大横向压应力、最大纵向压应力分别为1.327,0.652,0.706 MPa,分别增大118.257%,130.389%,108.876%;未添加路面不平度最小和最大车辆悬架弹力分别为36.178,59.322 kN,变化幅度为63.973%,添加路面不平度最小和最大悬架弹力分别为33.738,60.859 kN,变化幅度为80.387%;未添加路面不平度纵梁跨中最大竖向压应力、最大横向拉应力、最大纵向压应力分别为0.282,0.193,0.159 MPa,添加路面不平度分别为0.449,0.418,0.348 MPa,分别增加59.220%,116.580%,118.868%。添加路面不平度,车-桥耦合动力效应增强,车辆与桥梁各项响应均增大。     

车辆噪声与城市道路路面平整度关系的试验研究

主要研究了城市道路平整度可能对机动车辆噪声级产生的影响。采用IRI作为道路平整度的计量单位,并在上海的一些城市道路上组织了沥青路面和水泥路面两类试验。首先,在满足试验条件的道路上进行平整度的量测;其次,在试验道路的测点上采集车辆以特定速度驶过的最大噪声级。通过对试验数据的分析,发现车辆以相同速度行驶在平整度不同的城市道路上时,其噪声级是不同的,而且随着平整度指数的增加,机动车辆噪声级也呈上升趋势,因此城市道路平整度确实会对机动车辆噪声级产生影响。在20~50 km/h速度范围内,对于平整度相同的水泥路面和沥青路面,前者的车辆匀速行驶噪声要高于后者。