沥青混凝土路面轮胎临界滑水速度数值模拟

为了揭示沥青混凝土路面轮胎滑水力学机理、评估各项因素对临界滑水速度的影响,运用数值模拟方法,建立了沥青路面模型和花纹充气轮胎模型,并利用欧拉-拉格朗日耦合算法建立了轮胎滑水模型.对滑水模型的适用性与精确性进行了验证,模拟计算出轮胎路面竖向接触力变化曲线以及临界滑水速度,并对轮胎花纹、轮胎充气压力、水膜厚度和路面类型的影响进行了评估.结果表明:增加轮胎花纹复杂度可增大轮胎行驶振动强度,减少水膜对轮胎的托举作用;提升轮胎充气压力和减小水膜厚度可以有效提高轮胎路面竖向接触力和临界滑水速度;OGFC路面在防止滑水现象发生方面显著优于AC路面和SMA路面,MPD值可用于评估有水路面的滑水性能.     

横向刻槽混凝土路面轮胎滑水速度数值模拟研究

为了研究横向刻槽混凝土路面的抗滑性能,分析刻槽的几何尺寸对轮胎滑水速度的影响,在ABAQUS软件中建立子午线轮胎模型、横向刻槽混凝土路面模型和紊流流体模型,依据欧拉耦合算法,模拟计算分析横向刻槽的间距、宽度和深度对轮胎滑水速度的影响.计算结果表明:刻槽宽度增加,轮胎滑水速度随之增加,增幅随着深度的增加而增加,随着间距的增加而减小;刻槽深度增加,轮胎滑水速度随之增加,增幅随着宽度的增加而增加,随着间距的增加而减少;刻槽间距增加,轮胎滑水速度随之减少,减少趋势随着宽度与深度的增加而增加.结果表明横向刻槽路面有利于提高轮胎滑水速度.     

仿生非光滑花纹沟对轮胎抗滑水性能的影响

以205/55R16乘用车轮胎为研究对象,采用计算流体动力学建立了考虑胎面花纹变形的轮胎滑水分析模型;以气-液二相流数值模型分析了轮胎的滑水性能,并将临界滑水速度仿真值与NASA滑水速度预测值及轮胎发生滑水时力平衡下的速度进行对比.在此基础上,引入仿生减阻理念,研究了夹角为60°、高度为0.6mm的仿生对称V形结构对花纹沟排水量和水流阻力的影响,并将其结构特征信息等效移植到接地区轮胎花纹沟底,进行了仿生花纹轮胎的滑水性能分析.结果表明:所建滑水分析模型可用来分析轮胎滑水时的流体运动特性;相对原花纹轮胎,仿生非光滑花纹沟轮胎通过提高接地区花纹沟内水流速度,降低了胎面动水压力,提高了临界滑水速度.     

积水路面轮胎部分滑水数值模拟

为揭示部分滑水状态下轮胎路面作用机理,采用有限元数值模拟方法,分别建立了175-70-R15型轮胎模型和水-空气复合水膜模型,并基于耦合欧拉-拉格朗日法建立了三维充气花纹轮胎滑水数值模型.探讨了水膜厚度和轮胎速度对汽车轮胎受力状态的影响,分析了轮胎所处运动状态对部分滑水过程的影响.计算结果表明:随着水膜厚度的增加,水流竖向托举力增加,纵向附着力减小,轮胎更早地进入完全滑水状态;随着轮胎行驶速度的增加,水流纵向拖拽力大幅增加,同时随着水膜的增厚,这种增加趋势更加明显;回归得到了轮胎受到的水流竖向托举力与水膜厚度和行驶速度的关系式;相比于自由滚动,轮胎处于ABS状态时,更早进入完全滑水状态.     

沥青路面水膜效应及临界滑水速度研究综述

回顾了沥青路面水膜研究的历程，分析了国内外水膜厚度计算成果，对滑水类型和判定标准进行了总结，并基于试验、力学模型建立的方程以及数值模拟和仿真等方面的相关成果对临界滑水速度进行归纳总结并对比分析。     

湿滑路面上固体颗粒对轮胎附着性能的影响

文章依据流体动力润滑理论,把轮胎的黏性滑水现象模拟为光滑胎面单元与粗糙路面之间的动压、挤压膜问题,同时考虑了雨水中固体颗粒浓度对黏度的影响,从而建立了轮胎/路面黏性滑水现象的平均流量模型,并进行数值求解,分析了固体颗粒、外载荷、初始高度、滑动速度等因素对轮胎附着性能的影响。结果表明,外载荷、初始高度、滑动速度对轮胎湿附着性能有重要影响,减少液膜中固体颗粒浓度有利于提高胎面单元的湿附着性能。这些结果将促进轮胎黏性滑水理论的进一步完善。     

3-D轮胎模型滑水仿真分析

建立了基于Ls-dyna软件进行水滑评价的3-D轮胎有限元模型.通过仿真计算,模拟了楔形水膜逐渐被挤入轮胎花纹沟槽并沿花纹沟槽排出时的情形,得出了轮胎在干、湿路面上运行时轮胎与地面接触力与轮速之间的关系曲线,验证了水膜厚度与临界滑水速度的关系.研究结果对轮胎的设计和改进具有一定的指导意义.     

基于COMSOL Multiphysics的路表瞬态动水压力数值仿真分析

针对积水路面行车轮胎产生动水压力易导致水损害和车辆打滑的问题,探索车辆产生滑水风险的速度和路面材料受动水冲刷的损伤过程,以奥迪A4L和陕汽重卡德龙F3000两种型号的车为主要研究对象,运用AH-E型传感器在水泥混凝土路面上实测二者在不同行驶速度下的动水压力;基于COMSOL Multiphysics软件平台建立轮胎-水膜-道面相互作用的流固耦合数值模型,对动水压力的影响因素进行规律性分析,并计算滑水风险速度.结果表明:动水压力随水膜厚度、行车速度和车辆轴载的增加而增大;轮胎-水膜-道面相互作用区域划分为正动水压力区和负动水压力区,二者共同作用,对路面材料产生较强的动水冲刷;随着路表水膜厚度的增加,汽车发生滑水风险的速度不断减小,相同速度下小车比卡车更易发生滑水风险.     

基于临界滑水速度的湿滑路面全域滑水风险量化评价

基于修正LuGre摩擦模型提出临界滑水速度的快速计算方法,以临界滑水速度为滑水风险事件发生的判断指标;基于湿滑路段水膜厚度分布以及车速、轮迹等车辆行驶状况的概率模型,计算滑水风险事件发生的概率,从而对滑水风险进行量化,并根据风险概率将滑水风险划分为5个等级。结果表明：临界滑水速度主要受水膜厚度的影响,与路面的高程特征密切相关;当路面存在车辙、坑槽等表面病害时,病害区域的临界滑水速度显著下降。车辆滑水风险与临界滑水速度分布基本一致,但轮迹带区域的风险相对较高;降雨强度较大时,无病害或低病害路段的低风险区域超过96%,路段整体处于低风险等级,车辙等严重病害处出现大量中高风险区域,导致路段整体风险等级提高。     

基于轮胎滑水模型的轮胎-沥青路面附着特性影响因素分析

为研究轮胎与沥青路面之间的附着特性,基于耦合欧拉-拉格朗日法(CEL法)建立充气花纹轮胎滑水有限元模型,验证了滑水模型适用性,计算出AC,SMA及OGFC三种沥青路面附着系数曲线.基于轮胎-路面附着特性理论,分析了制动防抱死系统(ABS)状态和潮湿条件下轮胎-路面附着特性影响因素.研究发现:胎路附着特性与轮胎运动状态有关,随滑移率增大轮胎受到的纵向附着系数先上升后下降,滑移率为15%左右时附着系数达到最大;在水膜厚度较小、轮胎压力较高时增大表面宏观纹理可提高路面抗滑性;平均断面深度(MPD)一定时,干燥路面较潮湿状态体现出更高的附着性能;相同水膜厚度时,附着系数随车速增加而不断减小,OGFC路面比AC路面和SMA路面具有更好的抗滑性能.     

湿滑状态下飞机轮胎与道面摩擦特性试验

湿滑道面会造成飞机制动性能下降,影响起降安全。本文通过搭建污染跑道摩擦特性测试装置,根据飞机在湿滑道面滑跑的实际情况,对飞机轮胎在不同水膜厚度、速度、载荷条件下运行的接触力、滑移距离进行研究,分析了湿滑条件下道面摩擦特性与影响因素间的关系。实验结果表明：水膜厚度对道面摩擦特性影响显著,水膜厚度为13mm时,轮胎与道面之间的接触应力变化明显,滑移距离大幅度增加。随着速度的增加,轮胎与道面之间的接触应力呈线性增加趋势,过高的速度会增加滑水风险。轮胎载荷的增加会减少湿滑道面上的滑移距离,在一定程度上提高飞机轮胎的载荷,能有效改善湿滑道面上的摩擦特性。     

花纹结构对轮胎滑水性能影响分析及优化设计

轮胎滑水会降低车辆的附着能力,导致危险事故,胎面花纹的排水能力决定着轮胎滑水性能。以205/55 R16子午线轮胎为研究对象,建立能够反映花纹参数特征的流体域模型,采用响应面法对胎面花纹结构进行优化。选取4个主要花纹结构参数,以降低动水升力为优化目标构建响应面模型,得到复杂花纹结构最佳优化方案。对比优化前后轮胎在自由滚动、侧偏及侧倾工况下的流场特性,结果表明：优化后的花纹结构能够有效降低胎面动水压力,削弱沟槽内部及出口处水流旋涡,提高湿滑路面轮胎滑水性能,为轮胎结构设计提供借鉴。     

高等级路面上的车辆动载荷

为研究重型运输车辆对高等级路面作用的动荷载,建立1/2车辆动力学模型,研究了路面不平度、车辆速度、轴重和胎压等因素对车辆动载荷的影响。研究结果表明:车辆动载系数随着路面不平度、车辆速度和胎压的增加而增加,随着轴重的增加而减小;车辆动载荷随着各个参数的增加而增加;标准载荷下,A级路面动载系数为1.12~1.19,B级路面动载系数为1.23~1.38,C级路面动载系数为1.48~1.76,D级路面动载系数为2.00~2.52。     

基于统计学的再生沥青混合料疲劳性能试验研究

为研究再生沥青混合料(reclaimed asphalt pavement,RAP)掺量、温度、行车速度、车辆轴重对再生沥青路面疲劳寿命的影响,通过开展多因素(RAP掺量、试验温度、加载频率、控制应变)多水平的再生沥青混合料小梁四点弯曲疲劳试验,采用统计学方法分析了RAP掺量、试验温度、加载频率、控制应变对再生沥青混合料疲劳寿命与疲劳方程的关系,并改进了疲劳方程.结果表明:RAP掺量、控制应变、加载频率、试验温度对疲劳寿命影响的显著性较高,但RAP掺量与其他三因素的交互效应显著性不明显;四因素对再生沥青混合料疲劳寿命的影响程度为控制应变>试验温度>RAP掺量>加载频率;佩尔疲劳模型适用于再生沥青混合料疲劳寿命研究,此模型中的系数与RAP掺量、试验温度、加载频率相关度较高,此三因素可通过非线性拟合引入疲劳模型,且改进后的疲劳模型可靠度较高.     

多车激励下波形钢腹板连续梁桥沥青铺装动力学响应

为研究多车激励作用下大跨径桥梁桥面铺装层的动力学响应,建立含有Fiala轮胎的多刚体实车模型以及大跨径桥梁有限元精细模型,考虑桥面随机不平顺激励,构建包含桥面铺装层的车-桥刚柔耦合系统动力学模型。计算准静态条件下桥梁控制截面的挠度,并与现场静载试验进行对比,验证了所建车-桥耦合模型的正确性与计算结果的有效性。研究不同编队多车荷载作用下波形钢腹板连续箱梁桥铺装的动力响应,不同工况对于车辆后轴悬架力和垂向轮胎力的影响,结果表明：多车荷载相比于单个车辆荷载所引起的动力响应更大,更容易引起桥面铺装和桥梁结构的早期损伤;在车辆数量相同、车速相同、前后车距相等的情况下,车辆行驶编队不同时所引起的桥面铺装层最大挠度、最大纵向应力和最大横向剪应力分别增大了19.7%、23.5%和8.0%,且最大纵向拉应力和剪应力均发生在防水混凝土-混凝土梁之间,容易产生早期疲劳开裂;车辆后轴悬架力随着载重增加而增大,垂向轮胎力随着速度和载重增加而增大。     

基于接触力学的路面构造粗糙度评价

为了给路面抗滑构造设计与优化提供指导,使得设计的隧道水泥混凝土路面具有更好的抗滑性能,针对目前路面抗滑性能评价指标的不足,基于轮胎与路面接触作用机理,从接触力学的角度提出一种轮胎有效接触界面的构造粗糙度评价方法。通过对四种不同路面的胎/路接触应力分布特性进行比较,对接触应力分布非均匀性和应力集中效应进行分析,并提出了相应的评价指标。结果表明:结合室内试验与现场路面压力胶片测试,不同路面上的轮胎接触应力分布为典型的非均匀分布状态,且具有一定的随机分布特性,可以从接触力学的角度反映路面构造分布形态。应力峰值可以表征单点构造峰顶接触应力最大值,直接反映了路面构造与轮胎的包络变形程度,而Weibull模量可以从接触界面上进行整体的应力分布均匀性评价,属于间接性面域评价指标,二者的结合能够更加全面地进行路面的构造粗糙度评价。     

沥青路面力学响应影响因素敏感性分析

以修正的Burgers模型作为沥青混合料本构模型,通过有限元软件分析了荷载大小、加载方式以及面层材料对路表竖向位移、底基层底面水平应力、面层内剪应力以及路表轮迹处竖向应力的影响.结果表明:荷载大小为影响沥青路面应力场和变形场的最主要因素,胎压1.0MPa较0.7MPa的作用效果增大40%,随着荷载的继续增大作用效果将继续增大;沥青路面的主要承重部分为基层以下的结构体,面层材料的类型和力学参数对沥青混凝土路面力学响应影响相对较小.该研究可以为沥青路面的优化设计与力学分析提供一定的理论指导.