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柔性路面响应有限元分析

河北交通职业技术学院学报 2009年第3期6卷 17-20页

作者：范令张清泉长安大学公路学院

用有限元模型分析了薄沥青路面响应。将通过模型计算的预测值与现场测量的实测值进行了比较,认为该模型对于路面变形的机械响应预测合理,但也存在缺点。指出了使用该模型的参考方法。

关键词：柔性路面路面响应有限元模型

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动荷载下路面响应理论研究进展

公路交通技术 2001年第4期17卷 6-9,25页

作者：刘军立王秉刚长安大学公路学院西安710064

路面力学研究中,关于动荷路面响应近年做了许多工作,介绍了运载工具动荷数学模拟和路面材料动态模量。并以动态研究中的数学方法为线索,介绍了路面对动荷响应的准静态法、卷积法、有限元法和傅氏分析法几方面的理论进展。

关键词：路面动荷载路面响应

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离散元法的沥青路面车-路动力学响应分析

中国公路学报 2019年第9期32卷 51-60,79页

作者：严战友王朝辉陈恩利司春棣王向平石家庄铁道大学土木工程学院河北石家庄050043 石家庄铁道大学交通安全与控制河北省重点实验室河北石家庄050043 天津轨道交通运营集团有限公司天津300000 河北曲港高速公路开发有限公司河北定州073000

为了分析车辆荷载作用下沥青路面结构的细观状态力学响应,建立了二自由度1/4车辆模型与多层路基路面耦合离散元模型,通过各结构层单轴压缩应力-应变试验与相同工况试验数据比较,经迭代运算得到路面离散元模型各结构层细观参数,应用试验... 详细信息

为了分析车辆荷载作用下沥青路面结构的细观状态力学响应,建立了二自由度1/4车辆模型与多层路基路面耦合离散元模型,通过各结构层单轴压缩应力-应变试验与相同工况试验数据比较,经迭代运算得到路面离散元模型各结构层细观参数,应用试验得到的沥青路面细观参数建立多层路基路面模型,在离散元模型的上表面设定一定不平度,在一定速度作用下,1/4车辆模型在路基路面离散元模型上表面匀速移动,从而求解车辆动荷载作用下沥青路面各结构位移、应力等细观受力状态.进而改变1/4车辆模型的车体悬架刚度、悬架阻尼系数、轮胎刚度,轮胎阻尼系数,从而获得在改变车辆参数作用下沥青路面内部的应力变化规律.研究结果表明:基于离散元理论不但可以求得沥青路面在车-路相互作用下各层的应力与变形,而且还可以求得沥青路面各结构层颗粒流的变化趋势,在车辆移动荷载作用下,随着路基路面深度增加,各结构层颗粒流竖直方向动态位移与应力响应依次减少,其中上基层颗粒流动位移比上面层颗粒流动位移减少25%,下面层颗粒流竖向应力约为上面层颗粒流竖向应力的50%,水平方向上颗粒流既有压应力又有拉应力,变化比较复杂,上面层颗粒流水平方向主要承受压应力,其余结构层主要承受拉应力;增加轮胎与悬架刚度系数对模型颗粒流水平方向拉应力影响较大,增加轮胎与悬架阻尼系数对垂直方向颗粒流压应力与水平方向拉应力影响较小.

关键词：道路工程车辆荷载离散元模型模型细观参数车路相互作用路面响应

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移动荷载作用下路面动力响应试验研究

振动与冲击 2014年第16期33卷 62-67页

作者：陈恩利刘永强赵进宝石家庄铁道大学机械工程学院石家庄050043 河北省交通安全与控制重点实验室石家庄050043

针对路面结构响应动力学理论模型构造实验模型。经模型试验与数值仿真相结合方法研究移动荷载下路面动力学响应。设计含车辆模型及分布刚度路面模型的车路模型试验系统,其中车辆模型包括谐振源车辆模型及1/4车模型。利用模型试验与数值... 详细信息

针对路面结构响应动力学理论模型构造实验模型。经模型试验与数值仿真相结合方法研究移动荷载下路面动力学响应。设计含车辆模型及分布刚度路面模型的车路模型试验系统,其中车辆模型包括谐振源车辆模型及1/4车模型。利用模型试验与数值仿真方法分别对移动简谐激励及冲击激励作用的分布刚度路面动力响应进行研究。数值仿真与试验结果对比表明设计的模型及实验方法可近似模拟车-路耦合作用及路面动力响应。

关键词：模型试验移动荷载路面响应动力学

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行车速度对沥青路面力学参数及响应的影响

北京工业大学学报 2010年第9期36卷 1253-1257页

作者：赵延庆于新谭忆秋大连理工大学交通运输学院大连116024 河海大学土木与交通学院南京210098 哈尔滨工业大学交通科学与工程学院哈尔滨150001

利用室内试验确定的沥青混合料的动态模量主曲线和时间-温度转化因子,结合实测的冬天和夏天沥青路面结构的典型温度场,定量分析了行车速度对沥青路面材料性能及结构力学响应的影响.结果表明,当行车速度从10 km/h增加到130 km/h时,路面... 详细信息

利用室内试验确定的沥青混合料的动态模量主曲线和时间-温度转化因子,结合实测的冬天和夏天沥青路面结构的典型温度场,定量分析了行车速度对沥青路面材料性能及结构力学响应的影响.结果表明,当行车速度从10 km/h增加到130 km/h时,路面结构内动态模量可增加3倍以上,路表弯沉、沥青层底拉应变和土基顶面压应变等关键力学响应可减少20%以上.在冬天和夏天,材料性质及路面响应随车速的变化幅度有所不同.研究表明,为了得到更客观的结果,在路面结构分析和设计中应考虑行车速度的影响.

关键词：行车速度荷载频率动态模量路面响应

基于随机骨料模型的沥青路面黏弹性力学响应多尺度分析

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基于随机骨料模型的沥青路面黏弹性力学响应多尺度分析

作者：魏鑫大连理工大学

学位级别：硕士

沥青路面的损伤机理一直是道路工程领域的重要研究课题。由于沥青混合料复杂的结构特性,且包含的空隙、集料、矿粉和沥青等都具有独自的特性,采用在单一宏观尺度下的路面力学分析方法难以有效地考虑沥青路面细观尺度结构特性、组分材料... 详细信息

沥青路面的损伤机理一直是道路工程领域的重要研究课题。由于沥青混合料复杂的结构特性,且包含的空隙、集料、矿粉和沥青等都具有独自的特性,采用在单一宏观尺度下的路面力学分析方法难以有效地考虑沥青路面细观尺度结构特性、组分材料特性的影响,也无法通过获取沥青路面细观响应进行合理的沥青路面损伤机理多尺度分析。为此,本文提出了一种新颖的适用于模拟沥青混合料细观结构的随机骨料模型,通过该模型可快速构建二维沥青混合料细观结构,进而建立同时考虑沥青面层宏观和细观结构特性的沥青路面多尺度有限元模型。本文具体研究工作概括如下:（1）提出了一种随机骨料模型,其中包含了两个子方法:“随机凹凸面”骨料颗粒生产方法及“双背景网格”投放方法。这两种方法能有效地解决虚拟骨料形状与实际骨料不符以及骨料投放效率低下的问题。通过比对试验级配骨料面积预设值与由模型实际生成的骨料面积,证明了提出的随机骨料模型的有效性。通过统计在不同尺寸的双背景网格下生成相同骨料含量细观结构的时间,证明了“双背景网格”方法在骨料投放计算过程中的优势。（2）在随机骨料模型生成的细观结构中随机选取了三个代表性体积单元（Representative Volume Element,RVE）,并对RVE进行了与动态模量、热收缩及热传导对应的数值模拟试验,利用均匀化原理预测了沥青混合料等效热力学参数。其中,推导了在有限元分析中的均匀化计算公式。结果表明,由推导的均匀化公式计算得到的沥青混合料宏观性能参数与经典值十分接近,证明了均匀化计算公式的有效性,并为后续的多尺度模型确定了沥青面层在宏观和细观尺度材料的一致性。（3）为了更加准确、高效地探究沥青混合料细观参数与宏观性能之间的关系,利用提出的随机骨料模型生成了沥青混合料RVE细观模型,并准确控制了其中的骨料含量或空隙含量。对这些RVE进行与动态模量、热收缩及热传导相对应的数值模拟试验,采用推导的均匀化公式得到了沥青混合料的热力学参数。结果表明,增加骨料含量会使得沥青混合料的动态模量增加,而减小混合料的热收缩系数及热传导系数。空隙率的增加会使得沥青混合料的动态模量及热传导系数减小,但这种效应会随着空隙率增加到一定程度减弱甚至出现相反的效果。空隙率在3%至6%范围内变化时对沥青混合料在中温下的热收缩系数的影响不明显。（4）将由随机骨料模型生成的沥青混合料细观模型嵌入宏观尺度下均匀的沥青面层中,建立了沥青路面多尺度有限元模型。对半刚性和柔性路面结构在不同条件下的黏弹性力学响应进行了模拟,并通过对沥青面层内第一主应力的统计分析深入研究了沥青路面损伤机理。其中,考虑了三种沥青面层厚度（10cm、15cm及20cm）和两种温度（5℃和35℃）对路面结构力学行为的影响。结果表明,本文提出的多尺度模型能够有效表征沥青路面复杂的力学响应。通过对沥青面层细观结构内第一主应力的统计分析,能够合理地反映沥青路面宏观尺度力学行为,并能从材料受拉破坏的角度揭示沥青路面损伤行为机理。半刚性路面结构更容易发生“自顶向下”的开裂,而柔性路面结构更容易发生“自底向上”的开裂,但同时“自顶向下”的开裂也不容忽视。沥青面层厚度的增加能显著减小低温下半刚性基层沥青面层的应力水平,但对于柔性基层沥青面层的应力水平却大多起到增加的作用。在变形较小时,空隙周围高拉应力区域更可能是路面损伤的原因。

关键词：路面响应多尺度模型有限元随机骨料模型均匀化理论

基于离散元法车-路相互作用沥青路面动力响应

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基于离散元法车-路相互作用沥青路面动力响应

作者：盖惠恩石家庄铁道大学

学位级别：硕士

路面各结构层的力学响应是路面设计的重要指标,同时也是评价路面路用性能以及深入研究路面结构破环原因的基本数据。目前对路面响应主要通过现场监测以及数值模拟两种途径进行研究,与现场监测相比,数值模拟无需太多的人力物力,而且具有... 详细信息

路面各结构层的力学响应是路面设计的重要指标,同时也是评价路面路用性能以及深入研究路面结构破环原因的基本数据。目前对路面响应主要通过现场监测以及数值模拟两种途径进行研究,与现场监测相比,数值模拟无需太多的人力物力,而且具有效率高可重复等优点;而对车载作用下沥青路面的力学响应进行数值模拟时,需要考虑车辆与路面相互作用影响,车辆载荷大小和位置会随着时间变化而变化,具有较强的随机性,此外沥青混合料作为一种非连续各向异性的材料,在外力作用下的响应较为复杂,而通常采用的连续均质的理论方法很难对沥青混合料的特性进行准确模拟,因此本文基于离散元法构建沥青混合料路面模型,对模型施加车辆荷载,求取车辆荷载作用下路面的宏细观响应,论文主要研究工作如下:（1）针对PFC基本颗粒单元构建的局限性,采用Matlab与PFC结合的方法进行不规则颗粒的建模,构建不规则集料凸多面体模板库。（2）基于离散元单轴压缩试验,分析平行黏结接触本构模型中的细观参数与材料的宏观特征的敏感性关系,对路面各层材料进行细观参数标定,构建具有真实级配并体现集料不规则形状的三维离散元沥青路面模型。（3）对路面施加车辆静载和振动荷载两种静态荷载,提取车辆静载作用过程中路面颗粒云图以及宏细观响应,分析车辆静态荷载作用下路面结构的受力分布以及变化趋势。（4）对路面施加车路相互作用下的移动荷载,提取车路相互作用下路面宏观以及颗粒细观响应,并对粗集料与细集料的响应进行对比分析,此外分析车辆行驶速度对路面响应的影响,为进一步研究车路相互作用下路面破坏提供依据。

关键词：离散元法车-路相互作用路面响应细观分析

车辆随机动载作用下柔性沥青路面的动态响应研究

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车辆随机动载作用下柔性沥青路面的动态响应研究

作者：康忠亮青岛大学

学位级别：硕士

为了研究车辆随机动载对柔性沥青路面性能的影响,本文运用多体动力学仿真分析软件SIMPACK和有限元分析软件ANSYS分别建立重型车辆整车行驶动力学模型和柔性沥青路面有限元模型,研究车辆随机动载作用下的路面动态响应。采用多体动力... 详细信息

为了研究车辆随机动载对柔性沥青路面性能的影响,本文运用多体动力学仿真分析软件SIMPACK和有限元分析软件ANSYS分别建立重型车辆整车行驶动力学模型和柔性沥青路面有限元模型,研究车辆随机动载作用下的路面动态响应。采用多体动力学仿真软件SIMPACK软件建立刚柔耦合的车辆整车虚拟样机,创建了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载系数。依据弹性层状体系理论,建立结构形式为沥青混合料结构层、粒料基层和土基层的柔性沥青路面三维有限元模型,并确定了车辆随机动载加载方法。在此基础上研究多轴重型车辆在B级空间域路面、不同行驶速度条件下的路面动态响应特性。结果表明,车辆驶过时,路面各层应力出现了三次突变,沥青层最容易产生压密形变。沥青层与粒料基层结合处既承受最大的横向剪应力又承受最大的水平剪应力,最容易发生剪切破坏。当车辆载重一定时,行驶速度的变化,对路面各层的垂直应力的影响比较明显,对横向应力和水平应力的影响较小。随着行驶速度的增加,各层的横向剪应力呈递增变化,而水平剪应力呈递减变化。

关键词：路面不平度柔性路面随机动载路面响应有限元

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三向轮胎力作用下路面的动力响应分析

三向轮胎力作用下路面的动力响应分析