大型飞机作用下跑道加铺层的结构响应

为了分析机场跑道加铺道面结构在大型飞机多轮荷载作用下的空间响应规律,明确分析模型的合理计算范围和边界条件,应用大型通用有限元软件ABAQUS,建立了沥青混凝土加铺结构三维有限元模型.通过分析B747-400ER和A380-800等大型飞机多种轮载组合方式作用下的道面结构响应规律,以应力收敛为依据,确定了两种大型飞机的最不利荷载组合和分析模型规模:B747-400ER可采用后8轮组作为飞机最不利荷载组合,A380-800可采用3轴双轮6轮组作为飞机最不利荷载组合,道面结构模型平面尺寸应不小于15m×15m.     

基于累积损伤的机场道面剩余寿命预测模型

通过统计分析道面轮迹和道面板荷载应力横向分布规律,得出了飞机起落架道面通行覆盖次数的计算方法。在道面板中部荷载应力回归公式的基础上,建立了道面板横向应力分布函数。选取NCHRP1-26方程作为疲劳方程,通过对A 机场过去13年飞机起飞架次的历史数据进行分析,得出未来7年2种机型飞机的起飞架次,利用覆盖作用曲线与应力分布函数提出了机场道面累积损伤量的计算方法,并进行实例验证。分析结果表明：2年后机场道面的最大累积损伤趋近于1,即在不采取任何维修措施的情况下,A机场剩余使用寿命为2年,与实际运营状况相符。可见,建立的模型有效。     

西南某机场水泥混凝土道面板应力计算分析

为了对西南某机场水泥混凝土道面板进行应力分析,通过现场钻芯取样和劈裂实验得出劈裂强度值和基层顶面反应模量。应用ANSYS软件建立三维有限元模型,计算不同飞机荷载作用下的板边应力。由应力折减系数得出板边计算应力,判断道面能够运行的最大飞机重量。比较板边自由与不自由两种状态下道面产生的应力和位移,发现高温作用下道面的受力变化与低温状态下不同,对机场道面在夏季和冬季运行时提出建议。     

机场道面基层顶面当量回弹模量的计算方法

应用弹性层状体系理论与弯沉等效原则,研究了道面结构参数、飞机荷载作用半径及主起落架构型对基层顶面当量回弹模量的影响.通过分析126种典型道面结构,建立了机场道面基层顶面当量回弹模量的回归公式,并根据弹性层状体系理论的当量回弹模量反算解验证了回归公式的准确性.分析结果表明:考虑飞机荷载作用半径和主起落架构型修正系数,荷载...     

纤维格栅增强机场双层道面荷载应力分析

为了分析纤维格栅增强机场水泥混凝土双层道面加铺层的荷载应力,采用ANSYS建立机场双层道面三维有限元模型,以J-8飞机荷载为计算荷载,选取机场水泥混凝土道面加铺层层底最大拉应力、层间剪应力、旧水泥混凝土道面板底最大拉应力、加铺层表面弯沉为考察指标.计算了机场双层道面层间接触对荷载应力的影响,并利用正交设计分析机场道面结构参数对荷载应力影响的显著性.研究表明：层间摩擦系数对机场水泥混凝土加铺层层底拉应力与层间剪应力影响较大;机场水泥混凝土双层道面各结构参数对加铺层层底最大拉应力都显著相关,应该作为机场水泥混凝土加铺层设计的主要分析指标;加铺层厚度和基础弹性模量与所考察的4个指标都显著相关.因此,在进行机场水泥混凝土道面加铺层设计时,必须重视基础处理技术并合理控制加铺层厚度.     

拼装式铝道面板下土基变形预测模型

为了分析飞机重复荷载作用时拼装式道面板下土基塑性变形情况,对4种不同厚度、强度的蜂窝铝夹芯道面板进行了足尺通行加载试验,测试了土基在不同轮载作用次数下的塑性变形.通过数据拟合分析确定了特定铝道面板下土基变形关于通行次数及基层强度的简化模型.对简化模型进行修正后,将新模型与其他传统预估模型进行了对比,结果表明:土基变形与通行次数的对数成正比例关系,与土质道面强度成反比例关系,道面板D铺设在高强度基层上时,道面板的疲劳开裂是道面结构失效的主要原因;道面板D铺设在70 MPa的基层上时,采用沥青道面设计公式、美军土质道面设计公式、本文推导公式分别计算得出的最大通行次数为4.071013、288、487990次.      

网状聚酯道面结构有限元计算及优化设计

网状聚酯道面结构是一种供飞机临时滑行的特种结构,由聚酯网穿插聚酯棒组成.采用有限元法对该结构在飞机荷载作用下的力学行为进行了计算机仿真分析.将聚酯网简化成弹性薄板,聚酯棒按照实体模型处理,建立了整体结构的有限元模型;根据实际使用情况,分别针对三种工况分析了结构在飞机静载作用的应力和位移,并采用简化方法计算了飞机在动荷载作用下的应力和位移;对道面结构的聚酯棒间距进行了优化设计.     

现有高等级公路改成飞机跑道的承载力分析

战时当军、民用机场遭到破坏,恢复和新建机场困难很大,将现有高等级公路直线段应急改成飞机跑道成为恢复空运保障能力最有效的途径之一。为了研究现有高等级公路起降飞机时的承载能力,首先分析了飞机荷载的作用模式;其次在考虑道面材料特性及飞机荷载特性对道面应力影响的基础上,提出合理的三维有限元结构分析模型,并利用ANSYS有限元分析软件对兼有垂直力和水平力的飞机荷载作用下的道面结构层进行了应力分析,据此得到了高等级公路的承载力,可作为今后高等级公路直线段应急改成飞机跑道的设计计算参考。     

铺设拼装式铝合金道面板的道面结构加载性能

对拼装式铝道面板试样进行了四点弯曲试验以检测其强度。修建了2条不同强度的土质试验段,分别铺设了4种不同厚度与强度的蜂窝铝夹芯道面板,构建了不同类型的简易机场拼装式铝道面板道面结构,采用加载车模拟轻型与重型飞机荷载,以最大车辙达到30mm与20%的道面板出现损坏作为控制标准,测试了拼装式道面板道面结构在不同轮载作用次数下的变形与表面车辙。试验结果表明:道面板1~4的有效综合模量分别为1 616、1 862、2 064、2 328 MPa;当道面板1~4分别铺设在单层稳定土基层上时,采用75kN荷载作用,400次通行后各道面结构的竖向变形分别为35、19、10、12mm,500次通行后各道面结构最大相对车辙分别为50、28、16、10mm;当道面板铺设在双层稳定土基层上时,采用150kN通行荷载作用,1 000次通行后铺设道面板4的道面结构的竖向变形仅为16mm,铺设道面板3、4的道面结构的最大相对车辙分别为36、24mm,道面板横向连接处易凹陷。可见,在相同基层条件与通行荷载作用下,采用3003型铝合金材料构造的道面板1相对采用6A02型铝合金材料构造的道面板2~4更易损坏,相应的道面结构也更易失效;道面板2~4铺设在单层稳定土基层上能满足轻型飞机低架次通行要求,道面板4铺设在双层稳定土基层上能够满足重型飞机的使用要求。     

基于弹性层状体系理论的多孔混凝土基层荷载应力计算

利用弹性层状体系理论,对多孔混凝土基层荷载应力进行数值分析,建立了荷载应力的回归模型,得到了回归模型的各项系数,结果表明回归系数均能通过检验,由此得到的多孔混凝土基层荷载应力计算公式精度好,表达形式简单,使用方便,可满足工程设计和理论研究的需要;最后分别采用刚性路面规范设计公式和回归公式2种方法对荷载应力进行计算,结果显示前者的计算值偏于保守。     

道基不均匀分布下通用机型轮载对机场道面力学性能影响研究

为研究道基水平方向不均匀分布对机场道面板力学性能的影响,建立飞机荷载-道面结构-不均匀道基三维模型,采用数值模拟方法分析多板协同受力模式下基顶反应模量变化对道面板弯拉应力影响,探讨通用机型(空客A320和波音B737-800)轮载作用时基顶反应模量变化和道面板厚度对道面板力学性能以及接缝传荷系数的影响,同时基于缩尺试验对数值模拟结果进行验证。研究结果表明：对于A320机型,当道基水平不均匀分布时混凝土板弯拉应力增大,基顶反应模量变化率由0%增加至65.46%时,轮载作用于传力杆接缝板边时道面板弯拉应力由4.06 MPa增加至5.73 MPa,超过极限弯拉应力;增加板厚能够有效地提升刚性道面板受力安全时基顶反应模量变化率的取值范围;道面板接缝传荷系数随着基顶反应模量变化率的增加而增大,基顶反应模量变化率从6.84%增加至56.30%时,道面板传荷系数增加2.44%;室内缩尺试验验证了道基不均匀分布对传荷系数的影响规律。在道面板设计时,应充分考虑道基水平方向不均匀分布对道面板力学性能的影响,避免在服役期间过早出现结构破坏。     

刚性基层沥青路面轴数系数研究

无论新建还是改建沥青路面,轴载换算均是结构设计的重要内容。轴载换算的精确性将严重影响结构设计的准确性,甚至影响道路结构的使用寿命,而轴数系数是轴载换算公式中反映不同轴数之间换算关系的关键参数,有必要进行深入研究。本文针对刚性基层沥青面层路面结构,应用弹性层状体系理论计算程序,分别以沥青层设计弯沉值、水泥混凝土刚性基层层底拉应力为换算指标,变换层厚、模量等不同的路面结构层参数及车轮荷载作用的轴距,来计算刚性基层沥青路面结构轴载换算公式中的轴数系数。通过计算结果的回归分析,与AASHTO及我国设计方法关于轴数系数的计算公式进行对比分析,提出了建议的轴数系数计算公式。     

基于累积损伤因子的水泥混凝土路面设计(英文)

考虑荷载疲劳应力和温度疲劳应力的综合疲劳方程,计算了单轴单轮及单轴双轮轴载的覆盖通行率,利用累积损伤因子替代标准轴载在交通量换算中的作用,提出了直接计算各级轴载对路面结构总的累积疲劳损伤方法和新的水泥混凝土路面设计方法,并采用两组交通量对轴载累积损伤量的计算方法的准确性与可行性进行了验证。分析结果表明:公路横断面上各点处轴载的作用次数是不同的,各级轴载的累积疲劳损伤峰值不一定在同一位置,利用基于累积损伤因子的水泥混凝土路面设计方法计算得到两组交通量下路面的最不利位置厚度均为22cm,符合设计要求,其他位置厚度可按累积损伤曲线相应减小,此设计方法避免了现行规范基于标准轴载和疲劳耗损等效原则的水泥混凝土路面设计方法与路面实际损伤中存在的差异及轴载换算方法的局限性。     

考虑飞机运行特性的柔性道面累积损伤计算

为准确计算柔性道面任一点累计损伤,考虑飞机载重和滑行速度差异,给出了飞机滑行在道面任一横断面处单个主起落架动荷载计算方法;基于单个主起落架动荷载作用下柔性道面面层底拉应变和土基顶面竖向压应变空间响应分析,引入多轴荷载作用频次影响系数,考虑轮迹横向偏移和纵向分布规律,得出了单个主起落架在道面任一位置处荷载作用频次的计算方法,并计算了相应位置处道面允许作用次数;基于Miner准则的线性疲劳累积损伤原理,提出了可覆盖整个柔性道面的道面累积损伤计算方法。实例表明该方法可行,可为道面分段和横向减薄设计的理论计算提供参考。     

片石混凝土路面荷载应力分析

在分析片石混凝土材料特性的基础上,用三维有限元软件COSMOS对片石混凝土路面荷载应力进行计算,同时采用正交设计方法对荷载应力的影响因素进行分析,得出各影响参数的变化规律,并采用均匀设计法安排参数组合,SPSS回归分析软件拟合出适用于片石混凝土路面荷载应力的实用计算公式。     

半柔性路面结构的力学响应分析

通过力学计算分析了半柔性路面在标准荷载及超载作用下的力学响应,结果表明:轮隙中心点下的半刚性基层层底拉应力最大;荷载作用中心点下处的路表弯沉、面层层底拉应变和面层内最大剪应力最大;路表最大弯沉值、面层层底最大拉应变、面层内最大剪应力及半刚性基层底最大拉应力都随着轴载的增加而增大。     

军用机场沥青混凝土道面设计方法

为了合理设计军用机场沥青混凝土道面,以设计飞机作为计算荷载,按照疲劳等效原理,分析了不同飞机之间的交通量换算关系,根据军用机场道面使用特点、组成结构材料特性和损坏现象,采用面层、基层、底基层底部的拉应力和面层的剪应力作为结构设计指标,应用弹性层状体系理论设计了军用机场沥青混凝土道面。在H-6、MD-82和B727-100组成的混合交通中,分别用H-6和MD-82作为设计飞机,采用道面结构设计程序Pave2000进行结构层厚度计算。计算结果表明,以H-6为设计飞机,下基层设计厚度为34 cm,以MD-82为设计飞机,下基层设计厚度为33 cm,两者相对误差仅为3.03%,说明此设计方法是正确的。     

镐头机拆除刚性道面动力损伤分析

为合理确定刚性道面的拆除工艺参数,采用ABAQUS软件,建立了刚性道面的实体有限元模型,对镐头机钎杆半正弦波冲击荷载作用初期刚性道面的动态响应进行了模拟,系统分析了镐头机荷载参数和道面结构参数对刚性道面竖向位移和板底拉应力响应的影响规律.模拟结果表明:镐头机冲击荷载的大小及其作用位置对刚性道面动态响应有显著影响;板底最大拉应力受面层厚度影响较大,而道面竖向位移对面层厚度变化不敏感.在算例条件下,当接缝传荷能力小于80%时,结构动态响应才发生显著变化;为减小对保留板的动力损伤,拆除板板边30 cm范围内不宜使用镐头机拆除.      

飞机主起落架构型对道面力学响应的影响

为给飞机和跑道的优化设计提供参考和理论依据,基于弹性层状体系理论,建立了水泥混凝土跑道的三维有限元模型;选取了2组荷载水平相当、主起落架构型差异明显的飞机,对比分析了飞机主起落架构型变化对跑道全宽度位移、应变、板底拉应力以及土基响应深度的影响.模拟结果表明:当荷载相同时,主起落架上机轮总数越多,水泥混凝土道面板位移峰值、板底最大拉应力越小,起落架构型差异导致的道面板位移峰值相差13%左右,板底拉应力相差达35%;起落架间距越小,荷载作用区位移曲线越平缓,荷载作用区拉应变越小,土基响应深度越大,起落架构型变化导致的荷载作用区拉应变相差12%,土基响应深度相差14%;主起落架构型变化对距离荷载作用位置较远区域的竖向位移基本无影响.      

钢桥面铺装层动力响应分析

本文从动力学的角度出发,应用有限元方法计算了铺装层在不同的模量、厚度和车速条件下的动力响应的变化规律,分析了单轮荷载和双轮荷载两种荷载型式对动力响应的影响,并与以往的静力计算结果作出了比较.分析表明,采用动力计算模式比静力更为不利,在常温及高温条件下,铺装层初始设计厚度较薄时,采用双轮荷载作用形式比单轮更偏于安全,研究成果可为铺装层材料和结构设计提供理论依据.