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路面工程中的车-路相互作用研究进展

机械工程学报 2021年第12期57卷 18-30页

作者：陈先华马耀鲁耿艳芬杨军东南大学交通学院南京211189 中国电建集团昆明勘测设计研究院有限公司昆明650051

作为路面工程中的核心科学问题,车-路相互作用是评估车辆在道路上的行驶安全性与舒适性、理解路表特性及路面病害的发展演化等问题的关键。由路面不平度引起的车辆振动会影响行车安全性与驾驶舒适性,而车辆对路面会造成不同程度的破坏,... 详细信息

作为路面工程中的核心科学问题,车-路相互作用是评估车辆在道路上的行驶安全性与舒适性、理解路表特性及路面病害的发展演化等问题的关键。由路面不平度引起的车辆振动会影响行车安全性与驾驶舒适性,而车辆对路面会造成不同程度的破坏,车-胎-路是一个相互作用的耦合系统。由于问题本身的复杂性与其影响因素的随机性,相对独立的多尺度研究方法之间缺乏数据的有效交互,导致不同指标间的适用性不理想。因此,结合现有路面工程中的车-路相互作用所涉及到的路面宏观力学响应、路表纹理的多尺度表征、考虑胎面细观花纹的路表抗滑评估等方面的研究现状,对车-路相互作用过程中的路表纹理的时间演化过程、路面滑水现象导致的车辆失稳判定、沥青混合料的细观接触特性等关键问题进行归纳,参考已有研究成果提出现有车-路相互作用的评价指标,最后从路面工程角度对车-路相互作用问题研究的未来发展方向进行展望。

关键词：道路工程车-路相互作用车路耦合影响因素评价指标

基于离散元方法的车-路相互作用下沥青路面力学响应研究

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西部交通科技 2023年第3期 5-8页

作者：董学盛广西路桥工程集团有限公司广西南宁530200

为研究车-路相互作用下沥青路面力学响应,文章基于离散元方法,利用PFC软件建立沥青路面的三维数值模型,施加车辆荷载,模拟分析车辆与道路之间的相互作用,主要结论为:(1)沥青路面在荷载的作用下,随着路面深度的逐渐增加,竖向位移值和竖... 详细信息

为研究车-路相互作用下沥青路面力学响应,文章基于离散元方法,利用PFC软件建立沥青路面的三维数值模型,施加车辆荷载,模拟分析车辆与道路之间的相互作用,主要结论为:(1)沥青路面在荷载的作用下,随着路面深度的逐渐增加,竖向位移值和竖向正应力均逐渐减小,且在静荷载的作用下,各结构层的竖向位移在短时间内急剧增大,达到峰值后逐渐减小,然后趋于稳定;(2)沥青路面在振动荷载的作用下,各结构层的竖向位移和竖向正应力变化曲线均呈现半正弦形,在振动荷载施加完成后,路面的竖向位移并未恢复为零,这部分残余变形可被视为车辙产生的原因;(3)沥青路面在移动荷载的作用下,当荷载逐渐接近监测点位置时,各结构层的竖向位移和竖向正应力逐渐增大,反之则逐渐减小,且随着路面深度的增加,竖向正应力值逐渐减小,但应力响应时间逐渐延长。

关键词：沥青路面车-路相互作用离散元方法力学响应

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

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车路相互作用试验段沥青路面的动力响应研究

车路相互作用试验段沥青路面的动力响应研究

作者：田博石家庄铁道大学

学位级别：硕士

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... 详细信息

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

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汽车-道路相互作用研究进展

机械工程学报 2021年第12期57卷 1-17页

作者：杨绍普张俊宁路永婕李韶华石家庄铁道大学省部共建交通工程结构力学行为与系统安全国家重点实验室石家庄050043 石家庄铁道大学交通运输学院石家庄050043 石家庄铁道大学机械工程学院石家庄050043

回顾汽车-道路相互作用的研究历程和主要研究内容,分析汽车系统动力学、轮胎动力学和路面结构动力学三个研究领域之间的关系,分别从车辆的随机振动与道路友好性悬架、轮胎-路面接触动力学和动载荷下道路结构动力学三个层面对研究进展进... 详细信息

回顾汽车-道路相互作用的研究历程和主要研究内容,分析汽车系统动力学、轮胎动力学和路面结构动力学三个研究领域之间的关系,分别从车辆的随机振动与道路友好性悬架、轮胎-路面接触动力学和动载荷下道路结构动力学三个层面对研究进展进行综述,提出汽车-道路相互作用研究中存在的问题和未来的发展方向。当前汽车-道路相互作用研究多集中于单一领域或者三个领域简单叠加,忽略或简化了汽车-道路之间相互作用、互相约束的复杂动态耦合关系,但是要满足车辆更高的控制精度和动力学性能优化,需要更多的考虑汽车-道路之间的相互作用关系。对于胎路接触关系,现有的研究多是以路面的特定参数来描述轮胎自身的滞回特性,考虑轮胎与路面之间的动态耦合特性需要更深一步研究。简单的路面不平度模型对路面的形貌描述不够,制约着车-路相互作用的研究,开展路面形貌特征的提取、描述和重构仍很重要。车辆运动控制的实现和控制器的设计多依赖于质心的动态响应和路面附着状况,汽车-轮胎-地面瞬态耦合机理及路面参数的高精度快速识别将是极具理论难度与工程应用的研究。此外,轮毂电机在新一代智能电动汽车的应用,改变了汽车底盘构型及载荷分布,考虑路面随机激励、电机激励及车路耦合激励的综合作用研究车-路相互作用及智能控制也是一项具有挑战性的科学问题。

关键词：车-路相互作用胎-路动态摩擦道路友好性悬架三维路面谱路面参数识别

变温条件下考虑车辆-路面相互作用的车辙分析

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应用数学和力学 2017年第2期38卷 170-180页

作者：刘俊卿刘红李倩西安建筑科技大学理学院西安710055 西安建筑科技大学土木工程学院西安710055

研究沥青路面结构的车辙问题,首先基于车辆与路面的相互耦合作用,建立路面不平整度引起的车辆荷载简化模型;然后根据沥青混合料蠕变试验数据,拟合出基于修正Burgers模型的沥青路面车辙的计算参数;最后结合气温观测数据,借助ABAQUS有限... 详细信息

研究沥青路面结构的车辙问题,首先基于车辆与路面的相互耦合作用,建立路面不平整度引起的车辆荷载简化模型;然后根据沥青混合料蠕变试验数据,拟合出基于修正Burgers模型的沥青路面车辙的计算参数;最后结合气温观测数据,借助ABAQUS有限元软件,引入路面温度场,建立了考虑连续变温的日车辙预估计算模型.模拟了考虑车辆-路面相互作用的沥青路面在连续变温条件下的车辙变化规律,并分析研究了温度、车辆荷载以及车速对车辙的影响.结果表明,考虑车辆-路面相互作用得到的日累积车辙深度增大了6.5%,说明这一因素对沥青路面车辙的预测是不可忽略的;轴载及路面不平整度均与车辙量线性相关;而相同轴载作用下,温度越高,车辙增长越快,得到的车辙量越大;随着车速增大,车辙深度呈减小趋势,并且在车辆与路面发生共振的车速下,该文模型得到的结果增大了32%.

关键词：车-路相互作用车辙变温修正Burgers模型

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车辆荷载作用下沥青路面的动力响应研究

西部交通科技 2023年第7期 86-89,128页

作者：兰家泉广西新发展交通集团有限公司广西南宁530029

为研究车辆荷载作用下沥青路面的动力响应,文章基于离散元方法,利用PFC 3D软件建立沥青路面的三维数值模型,分别施加静载、振动荷载和移动荷载,考虑车辆与路面之间的相互作用,对车辆与道路之间的相互作用进行模拟,得到主要结论:通过PFC... 详细信息

为研究车辆荷载作用下沥青路面的动力响应,文章基于离散元方法,利用PFC 3D软件建立沥青路面的三维数值模型,分别施加静载、振动荷载和移动荷载,考虑车辆与路面之间的相互作用,对车辆与道路之间的相互作用进行模拟,得到主要结论:通过PFC 3D软件建立沥青路面几何模型,并通过单轴压缩试验结果进行细观参数标定,可得到符合实际情况的沥青路面离散元数值模型;沥青路面在静载和振动荷载作用下,位移随着颗粒与荷载作用面距离的增大而减小,不同深度垂向正应力随着路面深度的增加而减小;在移动荷载下,随着荷载逐渐向测点移动,沥青路面各个结构层垂向位移逐渐增大,随着深度的增加,垂向正应力逐渐减小,但应力响应时间延长。

关键词：沥青路面离散元车-路相互作用动力响应

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考虑车辆动载及非线性接触的沥青路面响应

重庆交通大学学报（自然科学版） 2021年第1期40卷 112-118页

作者：严战友赵晓林陈恩利赵国叶王震石家庄铁道大学土木工程学院河北石家庄050043 省部共建交通工程结构力学行为与系统安全国家重点实验室河北石家庄050043 爱尔康(中国)眼科产品有限公司北京100020 石家庄铁道大学交通运输学院河北石家庄050043

为研究车辆动载及轮胎-路面非线性接触状态下沥青路面动力响应,利用ABAQUS建立橡胶轮胎模型和车-路相互作用模型,采用中心差分法进行求解,并验证轮胎模型与车-路相互作用模型。结果表明:考虑橡胶轮胎的车-路相互作用模型可行;与集中力相... 详细信息

为研究车辆动载及轮胎-路面非线性接触状态下沥青路面动力响应,利用ABAQUS建立橡胶轮胎模型和车-路相互作用模型,采用中心差分法进行求解,并验证轮胎模型与车-路相互作用模型。结果表明:考虑橡胶轮胎的车-路相互作用模型可行;与集中力相比,车辆动载作用下,上面层轮迹线中点竖向应变增大39.17%;与无路面不平度相比,B级路面和C级路面作用下,悬架弹力分别增加3.36%、14.34%,上面层轮迹线中点竖向位移分别增加18.51%、59.76%;沥青面层竖向、纵向及横向均出现拉压交变:随路面深度增加,底基层及土基均出现纵向拉应变;最大纵向拉应变出现在土基;最大横向拉应变与最大横向压应变均出现在下面层。

关键词：道路工程多体动力学稳态滚动路面不平度车-路相互作用

弯道路段“白改黑”复合式路面动力响应及疲劳寿命研究

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弯道路段“白改黑”复合式路面动力响应及疲劳寿命研究

作者：宇文钱雯石家庄铁道大学

学位级别：硕士

旧水泥混凝土路面加铺沥青面层是一种实用且有效的加铺改造方式,既能克服水泥混凝土路面和沥青路面的缺点,又集中两种路面结构的优点,刚柔并济,还具有造价低、施工方便、对环境和交通影响小等优点。但由于旧水泥混凝土面板存在接缝、裂... 详细信息

旧水泥混凝土路面加铺沥青面层是一种实用且有效的加铺改造方式,既能克服水泥混凝土路面和沥青路面的缺点,又集中两种路面结构的优点,刚柔并济,还具有造价低、施工方便、对环境和交通影响小等优点。但由于旧水泥混凝土面板存在接缝、裂缝、断板等问题,行车荷载反复作用容易导致加铺层出现反射裂缝,严重影响“白改黑”复合式路面使用寿命。论文基于如何采取有效措施延缓反射裂缝,增大路面疲劳寿命问题,主要进行如下研究:（1）基于D’Alembert原理以及弹性层状体系理论,分别推导了九自由度整车模型振动微分方程和路面结构系统振动方程,进而根据轮胎位移相容条件,建立了车-路相互作用系统动力平衡方程组。（2）基于ABAQUS有限元软件建立了平直路段车-路相互作用模型,分析了设置应力吸收层对加铺层底应力及弯沉的影响,研究了各结构层厚度及材料模量变化对路面结构动力响应的影响规律,并给出了加铺结构层的厚度及材料模量建议值。（3）基于ABAQUS有限元软件建立了弯道超高路段车-路相互作用模型,推导了弯道路段轮载计算公式,研究了轴载及行车速度对路面结构动力响应的影响规律,并进一步分析不同层间接触状态下路面结构动力响应的变化规律。（4）对比分析了以沥青加铺层底拉应变和以旧水泥混凝土面板板底拉应力为自变量的两种沥青路面疲劳寿命预估模型的适用性;而后基于弯道超高路段路面结构动力响应结果,研究了轴载及行车速度变化对疲劳寿命的影响规律。

关键词： “白改黑”复合式路面车-路相互作用应力吸收层动力响应疲劳寿命