飞机场道耦合作用下场道振动响应分析

发布时间：2017-10-15 03:20

  本文关键词：飞机场道耦合作用下场道振动响应分析

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【摘要】：国际民航组织规定各成员国每四年要对机场跑道进行一次全面评估,我国民航局规定机场每五年必须进行一次安全评估。目前国内外多采用重锤弯沉测试技术进行场道承载力检测,该技术用重锤冲击模拟飞机的单轮荷载,其作用效果与飞机总荷载不具可比性;另外检测需关闭跑道,这将对航班繁忙、无停航间隙的大型机场带来很大的经济和社会影响。因此,飞机不停航条件下场道承载力的检测评估一直是亟待解决的难题。本文在国家自然科学基金的资助下,依托国家超级计算机天津中心的支持,通过有限元仿真模拟和理论分析相结合的方法,建立了基频与道面结构参数之间的数学关系,提出了基于实测基频反算道面PCN的承载力评定方法,从而为机场跑道承载力的快速检测评定提供理论依据。主要工作内容和成果如下:1、对比分析了道面平整度的不同数值模拟方法,选取三角级数合成法,模拟生成了不同道面等级条件下的道面平整度。同时分析飞机模型和道面模型,建立了它们的振动微分方程,在此基础上,分析飞机荷载作用下飞机-道面之间的耦合作用,得到了飞机-道面耦合振动体系的动力平衡方程。2、基于弹性多层体系理论,运用ANSYS建立了道面结构的有限元模型。考虑道面随机平整度,利用飞机模型求解得到飞机作用于场道的移动随机荷载,并借助ANSYS计算,将其作为激励荷载加载到道面有限元模型上,提取对应的加速度以及动应力的仿真结果,系统分析了飞机移动随机荷载作用下动态响应参数随深度的变化规律。3、通过仿真模拟飞机滑行过程中飞机荷载对机场跑道的冲击作用,并应用MATLAB对仿真分析所得的加速度信号进行傅里叶变换,得到远端观测点的一阶频率,系统地讨论了飞机主起落架构型、道面结构层参数等因素对道面基频的影响规律。在此基础上,结合大量有限元计算,通过正交试验设计方法回归得到了道面基频与面层模量、面层厚度和基顶当量回弹模量之间的关系式。4、针对某机场的跑道进行了现场测试,分析实测加速度数据得到道面基频值,然后基于基频反算道面承载能力PCN,反演结果与机场的通报PCN相关性良好,证明了理论成果的适用性。
【关键词】：飞机-道面耦合 振动模型 有限元分析 动态响应 结构层参数 频谱分析
【学位授予单位】：中国民航大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V351.11
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第一章 绪论11-18
• 1.1 研究背景和意义11-12
• 1.2 国内外研究现状12-16
• 1.2.1 道面结构动力学响应研究12-14
• 1.2.2 道面结构测试研究14-16
• 1.3 本文研究的主要内容16-18
• 第二章 道面平整度的模拟与飞机-道面耦合振动模型的建立18-30
• 2.1 道面平整度的仿真模拟18-22
• 2.2 飞机模型的简化与振动平衡方程的建立22-26
• 2.2.1 飞机模型的分析与简化22-23
• 2.2.2 飞机振动微分方程的建立23-26
• 2.3 道面模型的建立与分析26-28
• 2.4 飞机-道面动力平衡方程的建立28-29
• 2.5 本章小结29-30
• 第三章 飞机场道耦合作用下有限元建模及动力特性分析30-45
• 3.1 道面结构的有限元分析法30-31
• 3.1.1 有限元法在道面结构中的应用30-31
• 3.1.2 ANSYS软件与超级计算机的结合应用31
• 3.2 飞机对道面的移动随机荷载计算31-35
• 3.3 机场道面结构三维有限元分析35-40
• 3.3.1 道面结构三维有限元几何建模35-36
• 3.3.2 飞机荷载的假设与轮印面积36-37
• 3.3.3 动力分析方法与加载方法的选择37-40
• 3.4 飞机场道耦合作用下刚性道面有限元模型的动力特性分析40-44
• 3.4.1 道面结构动态响应的竖向加速度41-42
• 3.4.2 道面结构动态响应的垂直动应力42-44
• 3.5 本章小结44-45
• 第四章 飞机冲击荷载作用下道面结构振动响应分析45-65
• 4.1 激励荷载的施加与动信号的处理方法45-48
• 4.1.1 激励荷载的施加与采样频率的确定45-46
• 4.1.2 信号的提取与后处理46-48
• 4.2 冲击荷载作用下有限元建模中土基厚度的确定48-49
• 4.3 飞机主起落架构型对基频的影响49-51
• 4.4 道面结构层参数对基频的影响51-54
• 4.4.1 土基回弹模量E_0对基频的影响51-52
• 4.4.2 面层模量E_1对基频的影响52-53
• 4.4.3 面层厚度h_1对基频的影响53
• 4.4.4 基层模量E_2对基频的影响53
• 4.4.5 基层厚度h_2对基频的影响53-54
• 4.5 基频与结构层参数的转换关系54-64
• 4.5.1 基顶当量回弹模量与基频的关系54-57
• 4.5.2 面层弹性模量与基频的关系57-58
• 4.5.3 面层厚度与基频的关系58-60
• 4.5.4 基频与道面结构参数关系式的回归分析60-64
• 4.6 本章小结64-65
• 第五章 现场测试与分析65-73
• 5.1 测试系统及设备65-66
• 5.2 测试工作流程66-68
• 5.2.1 测试安全性论证66-67
• 5.2.2 测试设备的布置67-68
• 5.2.3 信号采集与设备回收68
• 5.3 工程实例分析68-72
• 5.3.1 基于频率的场道承载力反算理论68-69
• 5.3.2 测试数据的分析69-72
• 5.4 本章小结72-73
• 第六章 结论与展望73-76
• 6.1 结论73-74
• 6.2 展望74-76
• 致谢76-77
• 参考文献77-80
• 作者简介80

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本文编号：1034798