不同车型非均布轮载作用力对沥青路面结构应力影响的三维有限元分析

轮胎与路面的接地形状呈较明显的矩形，且随着轮胎负荷及胎压的不同，对路面的作用力也发生不规则变化，呈现出非均匀分布。本文采用三维有限元分析方法，对不同车辆及其轮载作用力的均匀和非均匀分布情形下沥青路面的力学响应进行了分析。     

沥青路面的非均布荷载效应分析

分析了轮胎与路面的接地形状呈较明显的矩形，并通过三维有限元的计算手段，分析认为载荷时轮胎对路面的作用力呈现出非均匀分布，这种不规则性对路面的力学影响很大。通过沥青路面的非均布荷载效应分析，对更深入地了解沥青路面结构的力学行为至关重要。     

沥青路面非均布荷载下层间接触条件不同时力学响应的三维有限元分析

轮胎与路面的接地形状呈较明显的矩形，且随着轮胎负荷及胎压的不同，对路面的作用力也发生不规则变化，呈现出非均匀分布。本文采用三维有限元分析方法，分析柔性基层和半刚性基层路面结构的层间接触条件不同时，在不同的车型荷栽及其不同的荷栽分布情形下路面结构应力响应的差异。分析结果显示，不同的层间接触条件会对沥青路面结构的力学响应产生很大的影响。     

车辆超载对新疆地区干线公路沥青路面的损伤影响分析

目前新疆地区主要干线等级公路的车辆超载现象十分严重,从而对沥青路面造成很大的损伤和破坏,使其正常使用寿命大大降低。以新疆某干线公路典型的半刚性路面结构为例,针对车辆超载情况并考虑到超载时轮胎接地压力为非均匀分布的特点,运用三维有限元方法分析了路面弯沉、轴载及基层模量之间的关系以及超载对路面使用寿命的影响。     

长大纵坡路段轮胎接地压力分布的研究

轮胎形式与长大纵坡对于沥青路面的影响难以通过目前的均布荷载的分析得出,从而会低估荷载对路面造成的损伤.为此,利用有限元软件建立载重子午线轮胎与纵坡路段路面结构耦合的有限元模型,分析不同坡度条件下的轮胎接地压力分布,并模拟车辆爬坡过程,分析一定坡度条件下车辆受不同牵引力作用的轮胎接地压力分布.结果表明,通过建立轮胎-路面耦合的有限元模型,在路面模型建立过程中通过设置纵坡进行长大纵坡段轮胎接地压力分布的研究,在长大纵坡条件下的行车荷载对于路面的作用力在切向以及法向上都呈现出非均布特征,数值也都大大高于标准胎压.在坡度为6％,考虑牵引力系数为0.5时,坡面切向接地压力最大值达到法向接地压力最大值的95％,即达到1.23 MPa.     

考虑非均布荷载的柔性路面有限元分析

在我国现行沥青路面设计规范中,轮胎对于路面的作用被简化为双圆均布荷载,然而实际情况却并非如此。当需要对沥青路面结构进行比较全面的力学响应分析时,就必须考虑轮胎荷载的非均布特性对路面结构的影响,否则难以得出正确结果,但现行规范的计算方法在考虑该情况时存在较大的局限。结合有限元法和假设轮胎非均布荷载为解决这种局限性提供了可能,并结合计算实例阐述了非均布荷载对于计算结果的影响。     

考虑实测轮载的动态模量加载波形及荷载作用时间取值研究

利用三维有限元计算工具,考虑沥青路面结构层不同的模量和厚度组合,结合实测的竖向轮胎-路面接地压力并考虑水平作用力,分析沥青路面结构层不同深度处的竖向应力脉冲波形.分析结果表明:同一沥青路面结构层不同深度处,不仅其竖向应力脉冲波形不相同,波长也不一样;也就是说,对同一路面结构不同深度处动态模量的确定,除了需要考虑不同的实验室加载波形和加载频率以外,还需要对荷载作用时间的取值做出修正.     

实测轮载下层间接触条件对沥青路面的力学影响分析

沥青路面的层间接触状况,对路面的结构行为起着重要的作用。该文应用三维有限元,结合实测的轮胎-路面接地压力并考虑水平荷载作用力,通过模拟沥青层之间、沥青层与基层之间的层间粘结状况,即完全连续和层间分离(但考虑摩擦),计算沥青路面结构内的力学响应。计算结果表明:层间接触条件对沥青路面结构内的力学响应(如拉应力、压应力、剪应力或剪应变等)有明显的影响;层间不连续会加速路面损坏,产生裂缝、推移、变形、车辙等病害。     

车辆荷载对沥青路面损坏的影响分析

基于轮胎与路面间接触压力具有很明显的非均布性,根据轮胎胎面花纹的类型,提出荷载简化模型,并利用有限元计算分析不同荷载作用下的沥青路面结构应力。结果表明,轮胎与路面接触面的局部区域内,不同荷载模式的影响相当大。     

基于地统计学变异函数理论的HMA压实均匀性影响分析

现在常规的路面结构分析设计方法如多级层状分析方法、AASHTO路面结构设计方法都是基于计算模型中材料的均匀性。文中应用Bomag IC Evib方法对试验路压实区域100%覆盖测量其回弹模量,基于测量的非均匀分布的结果建立三维有限元模型模拟热拌沥青路面的弯沉响应,应用(M-E PDG)模型预测路面结构疲劳寿命。将沥青层模量看作空间异构分布,地统计学中的变异函数模型用于评价预测结果的均匀性。结果表明,材料模量的均匀程度对沥青路面路用性能影响巨大。材料弹性模量的非均匀分布可以加剧弯沉的危害并缩短路面结构疲劳寿命。     

基于CPXT法的橡胶沥青路面噪音频谱分析

按照国际标准组织推荐的拖车式近距离现场测试(CPXT)法,利用交通运输部公路科学研究院研制的配重式轮胎-路面噪音检测拖车,分别对橡胶沥青路面和SBS改性沥青玛蹄脂碎石路面进行轮胎-路面噪音检测。同时,利用Superpave简单性能试验机测量了2种类型路面材料在不同温度和荷载作用频率下的动态模量和相位角。结果表明:橡胶沥青路面与SBS改性沥青玛蹄脂碎石路面相比,噪音频谱的峰值集中范围由1 000～6 000Hz向低频方向800～5 000Hz移动;橡胶沥青混凝土优良的弹性性能是降低轮胎-路面噪音的主要原因。研究结论可为橡胶沥青路面的降噪机理研究、轮胎-路面噪音评价提供有益借鉴和参考。     

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。     

基于不同行驶状态下轮胎-路面接触应力响应研究

为获取不同行驶状态下轮胎与沥青路面之间应力响应特征,鉴于ABAQUS中提供的稳态滚动研究模块,建立了轮胎-路面-路基结构一体化的三维有限元计算模型,考虑了轮胎的稳态滚动和路基回弹模量的应力相关性。通过设置轮轴的平动速度和轮胎的转动速度来实现车辆的牵引、制动及侧滑,研究了自由滚动和全加速滑移状态下,摩擦系数对轮胎路面之间应力响应特征。研究结果表明当车辆处于自由滚动状态时,不同的摩擦系数对路面的接触应力影响较小。而对于全加速滑移状态则影响较大,摩擦系数越大,接触应力值越大,沥青路面疲劳寿命值反而越小。因此,综合考虑路面疲劳性能和行车安全,在保证路面足够抗滑性能的基础上,摩擦系数应尽量设计成较小值。研究结果可为沥青路面结构抗滑性能设计提供参考依据。     

基于离散元方法的橡胶颗粒沥青路面破冰数值模拟研究

采用自主研发的路面破冰模拟试验仪,对不同橡胶颗粒掺量的沥青路面进行室内破冰试验,研究了不同橡胶颗粒掺量的破冰效果,并利用离散元方法构建了2 mm冰层的橡胶颗粒沥青路面结构细观模型,数值模拟了标准轴载作用下橡胶颗粒沥青路面结构的细观响应。结果表明:3%掺量的BPN加权平均回升量比2%、4%掺量分别增加11.45%、1.46%,3%掺量的BPN加权平均回升率比2%、4%掺量分别增加11.22%、3.06%;在竖向荷载作用下,橡胶颗粒沥青路面结构中的接触力呈非均匀分布,主要集中于轮胎下方区域;橡胶颗粒掺量为3%时,荷载作用前后路面结构的最大接触力最大,分别为2.705×103N、2.706×103N,路面结构中的应变能分别为掺量2%的1.34倍、掺量4%的1.25倍。此外,数值模拟结果与室内试验结果一致,从细观角度阐释了橡胶颗粒沥青路面的破冰机理。     

实测轮胎荷载作用下层间接触条件对沥青路面力学响应的三维有限元分析

实际道路中层间接触状态非常复杂,层间接触状态对路面的使用性能有直接影响;并且轮胎与路面的接地形状随着轮胎负荷及胎压的不同呈现出明显的非均匀分布,路面结构内的力学响应也随之发生不规则变化。基于此,采用三维有限元方法,分析在实测轮胎荷载作用下,完全连续、基、面层间光滑两种层间接触状态时,柔性基层和半刚性基层路面力学响应的差异。分析结果表明,层间光滑时面层内的最大剪应力以及层底拉应变均明显增大,相应路面车辙和开裂的机率大大增加,因此必须高度重视层间处理工艺。     

实测轻型货车轮载作用下沥青路面力学响应分析

作者利用自己实测的轮胎接地压力分布,用三维有限元方法分析了轻型货车不同轮胎,在不同胎压和不同负荷作用下,沥青路面结构层的力学响应。结果表明:实际的轮胎接地压力分布具有明显的非均匀性,且随轮胎的结构类型、花纹、胎压、负荷甚至使用年限的不同而有很大的差异。轻型货车对路面结构产生的应力响应不能忽视。     

多轴移动荷载下沥青路面的动态响应特性

为分析多轴移动荷载下沥青路面的动态响应特性,通过现场调查建立了不同轴型作用下沥青路面的三维有限元模型,分别研究了单后轴、双后轴及三后轴轴载均匀分布、三后轴车轴载不均匀分布及三后轴车前轴悬空条件下对路面的影响。结果表明:多轴车轴距大于3 m时,各轴对路面的作用相互独立,轴数的增加对路面竖向位移产生叠加作用,对路表最大剪应力及压应力影响不明显;三后轴车中轴对路面竖向位移作用最大,较前轴及后轴分别增大23.7%和18.2%,中轴及后轴对路表剪应力有一定影响,而各轴对路表最大压应力基本没有影响。研究结果显示多轴车轴载不均匀分布对路面破坏会产生较大影响。     

沥青路面受力时间历程分析

采用三维有限元分析的方法,在沥青路面模型上施加非均布的移动荷载模拟轮胎作用,从时间历程的角度对比分析了匀速与减速情况下沥青路面力学响应的差异。结果表明,移动荷载作用下,路面的应力呈现波动曲线,应力大小和方向都会随着时间的变化而变化;应力作用方向变化频繁,且减速的存在使得路面应力大大增加,这些都导致了城市路面破坏的加剧。     

Simulation Analysis of Heavy-duty Vehicle Dynamic Load under Road Excitation in Time Domain and Spatial Domain

为研究时间和空间频率路面激励下重型车辆动载特性,将车辆的轮胎、钢板弹簧视为柔体,橡胶垫块、限位块简化为具有非线性刚度和阻尼特性的力元,采用多体动力学仿真软件SIMPACK建立刚柔耦合的车辆整车虚拟样机,并采用有理函数功率谱密度的谐波叠加法建立空间域和时域路面激励数学模型,创建一个时域和空间域路面激励下车辆行驶动力学模型,仿真计算了车辆各轴轮胎的法向作用力和车轮法向动栽系数.结果表明:不同车速下,时域和空间域路面激励下得到的轮胎法向作用力的变化规律和大小均不相同,而且轮胎法向作用力最大值出现的位置也不同;中、后轴车轮法向动栽系数变化规律基本相似,但前轴车轮法向动载系数变化规律不同.研究结果可为轮胎动载荷计算、验证、预测提供参考依据.     

低噪声沥青路面降噪机理及研究进展

为了有效降低交通噪声对人类健康的危害,促进低噪声沥青路面的推广应用,对沥青路面降噪机理及研究进展进行了综述。介绍了路面噪声的产生及增强原理,从内部和外部影响因素深入剖析多种因素对沥青路面降噪效果的影响,总结了当前热门前沿的轮胎/路面噪声数值仿真模型研究进展。根据调研结果,提出了现阶段该研究领域的不足,并对低噪声沥青路面的发展进行展望。可为低噪声沥青路面进一步发展提供基础资料和新的视角。