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。     

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.      

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...     

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.     

温度场下的机场柔性道面转弯区轮辙规律研究

针对飞机转弯过程中机轮对道面产生显著的附加水平剪切作用,加重柔性道面轮辙病害影响行驶安全问题,基于ABAQUS软件平台建立了连续变温沥青道面温度场与轮辙分析模型.该模型开展了机轮低速地面转弯特性分析,对比了跑道直线段与转弯区轮辙形成规律,提出了适用于转弯区道面变形特征的轮辙评价指标,对交通荷载条件和环境气象条件进行了参数影响分析.研究结果表明:机轮法向侧推力在道面面层底部产生横向拉伸变形,轮载作用位置竖向应力水平低于直线段,与轮辙凹陷深度规律一致;外侧机轮隆起变形幅度增加,内侧机轮隆起变形削弱并与轮迹凹陷盆连为整体;道面综合轮辙深度随转弯速度增加而增加,增幅为50%;轮载累积作用时间随转弯速度增加而缩短,轮迹带下陷变形明显减小,最大降幅达到30%;沥青混凝土面层日间持续高温是道面轮辙初始阶段快速发展的重要条件,表层轮辙敏感温度在30℃附近;通过控制高温时段飞机最低转弯滑行速度有利于降低该区域轮辙变形幅度.     

考虑轮迹横向偏移的机场水泥道面分仓设计

分仓设计是机场水泥道面设计的重要内容。针对现行规范中分仓设计的实用性差的问题,考虑轮迹横向偏移,参考荷载作用次数中通行-覆盖率的计算,得出了荷载作用最小覆盖次数位置的理论计算公式;在此基础上,结合现行道面设计规范要求,给出了道面分仓设计方法;并进行了案例分析。结果表明,给出的考虑轮迹横向偏移的机场水泥道面分仓设计方法切实可行,具有较强的实用性,可为机场跑道和滑行道道面分仓设计提供理论参考。     

公路桥梁受车辆动力作用的疲劳可靠性分析

综合随机动力学和疲劳累积损伤理论对桥梁结构受行驶车辆动荷载作用所产生的重复动应力和动应变，及其使桥梁结构形成的疲劳累积损伤进行了论述，并从结构疲劳抗力和动荷载效应两方面系统地分析了公路桥梁动力疲劳可靠性。     

机场跑道全波段不平整测试方法

结合车载式激光断面仪与全球导航卫星移动定位系统，提出了一种机场跑道全波段不平整测试方法；在济南遥墙国际机场进行了现场测试，采用重复试验与水准仪对该测试方法进行了可靠性验证；利用ADAMS/Aircraft软件建立了B737-800虚拟样机模型，进行了实测跑道不平整数据下的飞机滑跑仿真，探究了不同检测方法、滑跑速度、飞机位置下实测道面数据特征对飞机振动响应的影响。研究结果表明:所提出的测试方法可获得道面全波段不平整数据，弥补了激光断面仪难以捕获14 m以上波长的缺陷；当速度为80 km·h-1时，全波段不平整道面下飞机振动响应波动幅值分别为长波不平整和短波不平整下的1.25~2.39倍和1.19~1.85倍，说明仅考虑道面长波或短波不平整将低估飞机在实际不平整条件下的振动响应；随着飞机滑跑速度的增大，全波段不平整与短波不平整条件下的飞机振动加速度差别逐渐增大，而动载系数差值则呈现先增大后减小的趋势，在速度为160 km·h-1时达到最大，说明飞机在高速滑行中道面长波不平整的影响更为明显；全波段不平整相比短波不平整条件下驾驶舱加速度增幅平均比重心处大0.062 m·s-2，前起落架动载系数增幅比主起落架平均大0.039，表明长波不平整对飞机前部振动的影响比重心处大，且随着滑行速度增大，这一差值先增大后减小，加速度的差值在80~120 km·h-1时最明显，峰值约为0.078 m·s-2，而动载系数的差值在160 km·h-1达到0.062的峰值。      

主起落架作用下的机场土面区承载力分析

为研究机场土面区在主起落架作用下的承载力,根据规范制备以黏性土为主的填料.使用便携式落锤弯沉仪经实验得出填料在不同密实度下与动态弹性模量之间的关系,根据函数曲线关系及相关研究结果,建模计算当填料处于3种不同密实度时,B737-800飞机在滑行和着陆两个阶段冲出跑道时的作用结果.计算表明:随着填料密实度值的增加,土面区的承载力也在增加;当密实度不足87％ 时,填料在荷载作用下易出现剪切破坏,导致主起落架陷入土面区;当密实度达到87％ 时,荷载作用产生的竖向变形最小,承载能力最大,土面区可承担主起落架作用.     

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。     

基于ADAMS仿真确定飞机着陆道面动荷载

为了合理确定机场刚性道面设计中的动载系数,减少道面荷载现场测试的工作量,利用ADAMS软件进行仿真研究,分析了飞机着陆时道面的竖向荷载、纵向水平荷载和横向水平荷载的动态响应规律.通过改变飞机着陆时的俯仰角、滚转角、初始下降速率和初始机轮离地距离4个主要参数,分析道面受载情况的敏感性,并利用白噪声线性滤波法生成不同等级道面,研究了不同平整度下道面的动态响应规律.研究结果表明:初始下降速率从0 m/s增大到3 m/s时,动载系数从0.677增大到1.623;着陆水平荷载主要为纵向水平荷载;飞机对H级道面的动荷载最大值比A级道面增大68.71%.     

基于足尺试验的机场沥青道面轮辙发展与预测

轮辙是引起沥青道面过早破坏的重要因素，飞机地面滑行渠化交通显著，由轮辙病害引起的道面平整度与舒适性问题突出.为此，建立飞机轮组-地基-沥青道面结构体系仿真分析模型，提出适应轮组荷载特征的等效循环加载方式，依托NAPTF (National Airport Pavement Test Facility)足尺沥青道面轮辙试验，验证仿真结果的适用性与可靠性，并开展加载时间间隔与环境温度等多因素分析.研究结果表明：考虑轮载作用横向偏移效应，轮辙总宽度达到轮组宽度的3倍，轮辙断面曲线有多处转折点与以往单一凹陷面特征明显不同；循环加载时间间隔对轮辙发展影响显著，经过150 s间隔后沥青面层回弹变形趋于稳定，可兼顾分析效率需要；前10%循环加载次数对轮辙变形的贡献超过40.4%，可基于初始轮辙建立指数型轮辙发展预测公式，对循环加载全过程拟合度高于96.4%，轮辙分析效率有明显提高.     

飞机牵引滑行技术综述

从飞机牵引滑行模式的本质出发，分析了牵引滑行的内涵和驱动因素，提出了实现飞机牵引滑行模式需解决的牵引滑行过程运动学及其环境载荷分析、牵引滑行多体系统动力学、飞机前起落架结构力学响应、系统运动感知与控制、牵引滑行装备与物理测试平台以及牵引滑行模式对机场运行规则影响等关键问题，并分析了6项关键问题的研究现状和发展趋势，探讨了实现新模式所面临的技术难点与挑战。分析结果表明：牵引滑行的运动学计算相比于传统牵引的精度和实时性要求更高，要实现牵引滑行的安全估计需建立系统运动的高精度解算算法；高速重载飞机牵引滑行系统的运动状态、机场路面条件、控制输入等多因素作用将可能导致横向失稳、脱抱等极限现象，针对其系统动力学行为开展研究需考虑其结构与系统的非线性特征；为保障前起落架在长距离牵引滑行中承受纵向牵引力和垂向振动力耦合作用下的安全，需研究其结构动态响应和极限工况行为机理；要实现飞行员精确控制牵引滑行运动，需对人机交互模式、飞行员感知控制方法进行研究并开展测试验证；牵引滑行技术可缩短飞机发动机在地面运行阶段的使用时间，降低油耗和碳排放量，但同时会增加机场场面运行的复杂程度，因此，需建立新的机场飞行区场面...     

飞机荷载下水泥混凝土道面板应力计算方法

采用弹性地基板理论分析了道面板应力的主要影响因素,修正了公路标准轴载下路面板的应力计算公式,得到了飞机荷载下道面板的应力计算公式形式。采用正交设计法对道面结构参数进行安排,计算了不同道面结构在各种类型飞机荷载下道面板的应力。采用非线性回归方法对应力计算值和飞机荷载参数与道面结构参数进行分析,得到了单轮飞机荷载下水泥混凝土道面板的应力计算公式。对单轮飞机荷载应力计算公式引入荷载圆半径修正系数,并采用多元非线性回归方法,得到了双轮和双轴双轮飞机荷载下道面板的应力计算公式。利用荷载叠加原理得到多轴多轮飞机荷载下道面板应力计算公式。误差分析结果表明:回归应力计算值与有限元应力计算值相对误差不超过2%,应力计算公式具有较好的精度。     

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。     

道面摩阻不平衡对飞机着陆滑行参数影响

从运动学原理入手建立飞机着陆滑行力学模型, 引入道面摩阻不平衡度, 基于实测道面摩擦因数及其摩阻不平衡度分析飞机着陆减速和匀速滑行阶段的偏航角与偏航距离的变化趋势, 并设计模型试验分析湿滑道面摩阻不平衡下飞机着陆滑行参数变化规律。研究结果表明: 当跑道中心线两侧摩阻不平衡时, 机体产生绕竖轴扭矩, 导致飞机产生偏航角和偏航距离; 摩阻不平衡度的增大导致飞机偏航角与偏航距离增大, 摩阻不平衡度由0.03增加到0.38时, 偏航角增大4倍, 偏航距离增大1倍; 减小中心线两侧的摩阻不平衡度可以有效降低飞机偏出跑道概率; 滑移率对偏航角和偏航距离影响较小; 道面摩擦因数降低, 减速滑行距离增大, 基本呈线性变化; 随着跑道接地带摩阻不平衡度增大, 飞机所产生的偏航角呈直线增长, 当摩阻不平衡度达0.165时, 偏航角达1.2°; 随着跑道接地带摩阻不平衡度增大, 偏航距离也增大, 由于减速段所产生的偏航角, 加之匀速段滑行距离较长, 70%以上的偏航距离是在匀速阶段发生的; 湿滑道面下随着中心线两侧的水膜厚度差增大, 偏航角和偏航距离均增大, 水膜厚度差从0.05mm增加到2.50mm, 偏航角增大6倍, 偏航距离增大5倍。可见, 在接地带保证飞机主起落架两侧摩阻平衡, 有利于着陆减速过程飞机偏航角的控制。      

考虑荷载影响面的钢桥面板顶板-U肋焊缝疲劳损伤分析

为研究荷载影响面对钢桥面板顶板-U肋连接焊缝疲劳损伤的影响,建立了钢桥面板有限元节段模型,通过施加车轮荷载,研究了顶板-U肋连接焊缝疲劳损伤特征;对比分析了在车轮荷载不同横向位置e作用下焊缝的纵向应力分布,研究了顶板-U肋连接焊缝的荷载影响面,分析了过焊孔构造对顶板-U肋连接焊缝的疲劳损伤度D的影响;在考虑轮迹横向分布的基础上,计算了车轮荷载作用下焊缝的疲劳损伤度D,并与规范的计算结果进行了对比。研究表明:顶板-U肋连接焊缝的应力横向影响范围e≈750 mm,纵向影响范围约为2个横隔板之间距离;设置过焊孔可降低焊缝局部应力,但将大幅度增大焊缝处的疲劳损伤度。建议选取荷载横向分布影响范围e=750 mm,由此计算的疲劳损伤度D比按规范计算的结果大10%以上,更全面地考虑了轮迹横向分布对顶板-U肋连接焊缝疲劳损伤的影响。     

沥青路面土基永久变形预测

首先简要综述了车辆循环荷载下柔性路面路基变形的研究现状;然后,基于南非重车加载试验数据建立了一个简单的计算模型来预测柔性路面路基的永久变形量．该模型可以全面考虑路基材料特性、路基土在车辆荷载作用下的应力应变状况和荷载作用次数;最后,以一个柔性路面为例,应用该模型对循环荷载下的路基变形发展进行了预估。     

适应大型飞机的沥青道面结构有限元模型

借助ABAQUS通用有限元软件,建立了3层道面结构有限元模型,分析了模型的几何尺寸、边界条件、层间接触条件、单元类型、网格的划分对大型飞机荷载作用下道面结构力学响应的影响,提出了适应大型飞机的机场沥青道面结构有限元模型参数,并用实测力学响应数据对模型的有效性进行了验证。研究结果表明:在大型飞机全起落架荷载作用下,有限元模型几何尺寸宜为30m×30m×10m,层间完全连续选用tie连接;单元类型宜采用C3D8R,荷载区域的单元大小控制在不大于0.05m×0.05m;模型底部所有位移全部约束,模型四周约束对应水平方向的位移。实测数据验证结果表明有限元模型有效。     

车辆动荷载作用下沥青路面应变动态响应分析

为了研究动荷载作用于路面后的面层和基层层底的拉应变响应,建立了路面三维有限元模型,施加0.7,1.0和1.3 MPa的动荷载,分析了面层层底和基层层底的拉应变大小和时程变化规律,得到主要结论有:沥青路面面层内轮胎荷载边缘处自上而下先出现水平向压应变,然后出现拉应变;在荷载中心下,也有此规律,但拉应变出现的位置更浅,基层上水平方向上全部为拉应变。随着荷载强度的增加,面层和基层内部的拉应变也呈现线性增加,但荷载中心下的应变增加趋势大于荷载边缘处的应变。