车路相互作用试验段沥青路面的动力响应研究

发布时间：2017-10-04 07:49

  本文关键词：车路相互作用试验段沥青路面的动力响应研究

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【摘要】：随着国内公路建设的高速发展,沥青路面得到了广泛应用。但伴随车辆的增加,路面的早期破坏现象也愈加严重。为了更深层次地探索路面早期破坏的原因,对路面各层应力应变分布的研究变得尤为重要。本文采用试验与仿真相结合的方法对沥青路面各层的应力应变分布进行研究。主要研究内容及成果如下:(1)通过传统路面设计方法对试验段进行设计计算,并利用现有条件搭建沥青路面试验段,使其能够真实反应路面各层响应。安装定轴转动轮胎走行机构,模拟车辆在路面上行驶。运用光纤数据采集组件搭建路面测试系统,对路面各层的应力应变进行采集。(2)利用车-路相互作用试验段,进行试验研究。在标准胎压作用下选取四种速度工况,对不同速度下沥青路面各层的动力响应进行对比得出,随着速度的增加,沥青路面各层的应变呈减小趋势。在同一速度下选取三种胎压工况,对沥青路面各层的动力响应进行对比得出,随着胎压的增大,沥青路面各层的应变呈增大趋势。(3)应用有限元软件ABAQUS,依据试验段参数建立三维道路有限元模型,对静载作用下的沥青路面各层响应进行计算。选取路面弯沉、竖向位移及竖向压应力作为评价指标,通过改变轴载与胎压,对路面响应进行分析。分析得出,随着胎压与轴重的增加,所选取的三个评价指标均呈现增大趋势。保持边界条件不变,通过改变模型尺寸发现其对路面响应的影响可以忽略不计。(4)利用移动荷载平台的方式,实现荷载的弯道移动。将计算与试验数据进行对比,对模型的合理性进行验证。以竖向压应力、纵向应变、横向剪应变、纵向剪应力与纵向剪应变为评价指标,利用模型对以上指标进行计算。分别研究了速度、轴重与胎压三种工况条件对路面结构动力响应的影响。分析得出,随着轴重与胎压的增大,各项评价指标均呈增大趋势,在路面平顺性较好的条件下,随着速度的增大各项控制指标呈减小趋势。
【关键词】：车-路相互作用 沥青路面 试验段 有限元 动力响应
【学位授予单位】：石家庄铁道大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U416.217
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-9
• 第一章 绪论9-18
• 1.1 问题的提出及选题的意义9-10
• 1.2 国内外研究现状10-14
• 1.2.1 沥青路面设计方法发展现状10-11
• 1.2.2 有限元分析方法的发展现状11-12
• 1.2.3 路面动力学研究现状12-13
• 1.2.4 车路相互作用系统的研究现状13-14
• 1.3 主要研究内容14
• 1.4 本文创新点14-15
• 参考文献15-18
• 第二章 沥青路面动力响应的试验研究18-39
• 2.1 试验方案及目标18-19
• 2.2 车路相互作用试验段概况19-20
• 2.3 试验段设计20-25
• 2.4 车路试验段构建25-26
• 2.5 路面各层铺设26-27
• 2.6 测试系统搭建27-33
• 2.6.1 光纤传感器基本工作原理27-28
• 2.6.2 动态响应数据采集系统组成28-29
• 2.6.3 定轴转动轮胎走行机构29
• 2.6.4 传感器的布设29-31
• 2.6.5 称重以及胎压改变的方式31-32
• 2.6.6 监测方式32-33
• 2.7 试验数据的拟合与分析33-38
• 2.7.1 试验数据的拟合33-34
• 2.7.2 试验数据分析34-38
• 2.8 本章小结38
• 参考文献38-39
• 第三章 路面有限元模型的建立39-53
• 3.1 弹性层状体系理论39-42
• 3.1.1 弹性理论基本假设39-40
• 3.1.2 弹性层状体系计算方法40-42
• 3.2 三维道路有限元分析基础42-44
• 3.3 有限元软件ABAQUS的简介44-45
• 3.4 路面模型建立45-51
• 3.4.1 沥青路面结构层的材料参数45-46
• 3.4.2 边界条件确定46
• 3.4.3 轮迹形状选择46-49
• 3.4.4 静载模型荷载的施加49-50
• 3.4.5 移动荷载在ABAQUS中的实现50-51
• 3.4.6 网格的划分51
• 3.5 本章小结51
• 参考文献51-53
• 第四章 沥青路面在静载作用下的响应分析53-63
• 4.1 早期破坏形式及机理53-54
• 4.2 工况的确定54
• 4.3 轮迹尺寸的计算54-55
• 4.4 静载作用下路面各层受力分析55-60
• 4.4.1 不同轴重对路面作用的响应分析56-58
• 4.4.2 胎压对路面的响应分析58-60
• 4.5 边界条件对路面静力响应的影响60-62
• 4.5.1 工况的确定60-61
• 4.5.2 不同尺寸模型响应分析61-62
• 4.6 本章小结62
• 参考文献62-63
• 第五章 沥青路面在移动荷载作用下的动力响应分析63-79
• 5.1 模型的验证63-65
• 5.2 路面结构动力响应评价指标65-66
• 5.3 路面时域响应分析66-70
• 5.4 轴重对动力响应的影响70-73
• 5.4.1 不同轴重对各层竖向压应力的影响70-71
• 5.4.2 不同轴重对纵向应变的影响71-72
• 5.4.3 不同轴重对横向剪应变的影响72
• 5.4.4 不同轴重对纵向剪应变的影响72-73
• 5.5 速度对路面响应的影响73-75
• 5.5.1 不同速度对路面竖向应力的影响73-74
• 5.5.2 不同速度对路面纵向剪应力与剪应变的影响74-75
• 5.5.3 不同速度对纵向应变的影响75
• 5.6 胎压对路面动力响应的影响75-77
• 5.6.1 不同胎压对竖向压应力与压应变的影响75-76
• 5.6.2 不同胎压对纵向应力与应变的影响76-77
• 5.6.3 不同胎压对纵向剪应力与剪应变的影响77
• 5.7 本章小结77-78
• 参考文献78-79
• 第六章 结论与展望79-83
• 6.1 主要结论79-80
• 6.2 展望80-83
• 致谢83-84
• 个人简历84

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