车路耦合作用力特性及混凝土路面动态响应

应用1/4车-路耦合动力学模型及直接积分法,分析车辆以一定速度匀速移动时,车辆参数(集中质量、悬挂系统弹簧刚度和轮胎弹簧刚度)、路面板参数(路面板厚度、接缝宽度、接缝错台和接缝传荷等)以及地基参数(地基刚度、地基阻尼及地基弱化指数等)对车-路耦合作用力的影响;给出了动荷系数(动静荷载比)随各参量变化的影响曲线及其统计特征;探讨了有接缝混凝土路面板动弯沉和动应变的变化规律.结果表明,随着车速的提高,车-路耦合作用力的变异性增大,路面板动弯沉和动应变的波动性增强;因此,在水泥混凝土路面设计时,车-路耦合引起的动态效应应予以考虑.     

混凝土路面接缝填缝料振动特性分析

采用1/4车-地基梁耦合动力学模型,分析了车辆速度和悬挂系上部质量、路面板厚度、接缝宽度、接缝剪切刚度、地基模量、地基阻尼系数和地基弱化指数等因素对接缝填缝料剪切应变、剪切应变率和其基频的影响规律.研究发现,以上各因素变化时,若地基阻尼系数较小,接缝填缝料剪切应变、剪切应变率随车辆位置变化呈现出波动衰减;若地基阻尼系数较大,则波动性消失.通常,剪切应变幅值在0.003～0.050之间变化,剪切应变率幅值在5～25s-1范围内,而其基频在5～100Hz之间.合理增加接缝宽度、提高接缝剪切刚度以及地基阻尼可有效降低填缝料剪切应变(率)幅值,从而减少接缝填缝料的失黏脱落破坏.研究结果可用于混凝土路面接缝填缝料力学性能评价和选材.     

基于弯沉指数的水泥混凝土路面板角脱空识别

采用弹性地基板模型，分析了落锤式动态弯沉仪（FWD）荷载作用下水泥混凝土路面的弯沉规律，回归得到了板角脱空范围与地基类型、地基板相对刚度半径、路面板弯沉指数（FWD荷载作用于板角和板中时的荷载中心点弯沉之比）以及邻板传荷能力之间近似关系式．建立了通过板角和板中的FWD实测弯沉盆数据，对比理论计算结果判别水泥混凝土路面板角脱空状况的方法．     

水泥混凝土路面接缝传荷能力模型试验研究

为研究正常使用状态下水泥混凝土路面接缝传力杆的传荷性能影响因素及其衰减规律,进行了3组10块带接缝水泥混凝土路面板的室内疲劳试验。试件分别采用不同的传力杆直径、长度和混凝土板厚度,考虑了3种不同因素对传荷能力的影响,后续建立的ANSYS有限元模型也对试验结果进行了验证。通过分析不同工况下路面板接缝两侧的弯沉值及传荷系数表明:水泥混凝土路面板的传荷能力在最初加载的7万次过程中衰减明显,之后衰减缓慢;传力杆直径、长度及混凝土板厚度的增加,能够提高接缝的传荷效率,但十分有限。     

旧水泥路面沥青加铺改造中弯沉指标研究

使用有限元方法建立旧水泥混凝土路面模型,采用弹簧单元模拟水泥路面接缝处荷载传递性能,分析了接缝两侧水泥混凝土板的弯沉差和平均弯沉随弹簧单元弹性系数的变化规律.在此基础上,建立水泥路面沥青加铺层模型.计算发现,沥青加铺层底部在原水泥路面接缝处存在剪应力集中现象,进而分析了旧水泥路面接缝处沥青加铺层底部的剪应力随弯沉差的变化规律.根据莫尔-库仑强度理论,以沥青加铺层底部的剪应力不大于其容许剪切强度为判断标准,提出旧水泥混凝土路面的弯沉差指标.此指标在旧水泥路面沥青加铺改造时可作为评价接缝传荷能力的参考依据.     

接缝设传力杆水泥混凝土面层结构力学分析

建立接缝无传力杆及设传力杆时水泥混凝土面层结构的三维有限元模型,运用数值分析方法,分析接缝处水泥混凝土面层的荷载应力、弯沉值和弯沉差,研究了地基模量、传力杆直径对荷载应力及弯沉差的影响规律,并对条件相同的计算结果进行了对比分析.结果表明:计算点的主应力、剪应力、弯沉值和弯沉差随着传力杆直径的增加而呈现减小趋势;当传力杆直径大于35mm时,传力杆直径的增加对降低水泥混凝土面层内计算点的应力值效果已不明显;接缝设传力杆时水泥混凝土面层计算点荷载应力和弯沉差明显小于无传力杆时相应的计算结果;当地基模量不大于800MPa时,建议基于剪应力去估计接缝传荷效率;当地基模量大于800MPa时,建议基于弯沉值或主应力去估计接缝传荷效率.     

机场刚性道面接缝传荷能力的评价

基于ABAQUS有限元软件,按照"贡献面积"刚度分配原则,通过在相邻混凝土板侧面的对应结点设置弹簧单元,建立了考虑接缝传荷能力的机场刚性道面3维有限元分析模型.以重型落锤式弯沉仪(HWD)弯沉测试为基础,针对不同地基强度上的典型道面结构,考虑基层对接缝传荷能力的影响,应用有限元模型,分析了HWD承载板、单轴双轮起落架、双轴双轮起落架和三轴双轮起落架等荷载形式作用在接缝一侧板边中部时道面结构的板边应力和挠度,建立了HWD承载板测试得到的挠度传荷系数与接缝刚度之间的相关关系,以及与不同荷载形式作用的应力折减系数之间的相关关系,成果可用于评价机场刚性道面的接缝传荷能力,以及道面板边应力分析.     

基于FWD的水泥混凝土路面脱空评定方法

利用落锤式弯沉仪(FWD)实测弯沉数据,通过有限元理论分析,建立了水泥混凝土路面脱空评定方法:将板下地基的脱空理解为地基刚度参数的衰弱,由FWD实测缝边的弯沉值及接缝的传荷系数,评定基础的刚度参数,将此刚度参数与无脱空状态(均匀支撑)时的标准值进行比较.通过工程实践,表明此评定方法较为简便实用.     

基于水-热-力耦合作用的冻土区CRCP路面应力特性

为了研究多年冻土区地基融沉效应对路面结构应力状态的影响,基于水-热-力耦合作用理论,利用COMSOL有限元软件建立了冻土区连续配筋混凝土路面(CRCP)有限元模型,研究了基层与底基层材料参数、面板厚度与模量、配筋率对CRCP路面结构组合应力的影响,提出了适用于多年冻土区CRCP路面的合理结构形式.结果表明,地基融沉效应对于CRCP路面结构应力影响显著.融沉效应和车辆荷载耦合作用下,板内最大主应力随时间推移逐渐变大.板内最大主应力随面板、基层和底基层的厚度增加而减小,随各层模量的增加而增大,但配筋率的变化对其无影响.考虑融沉效应时,CRCP路面板+水泥稳定碎石+石灰土的路面结构较适宜于多年冻土区,可为多年冻土地区CRCP路面结构设计提供参考.     

机场水泥道面日周期温度效应

为研究日温变化对机场水泥道面的影响,系统监测分析了日周期内西南某机场水泥道面板内温度、应变及弯沉的变化规律。结果表明：板内温度、平均温度及温度梯度均呈日周期变化,正、负温度梯度最大值分别出现在14：00— 16：00、07：00—08：00;应变与温度不同步变化导致其随温度滞回变化,以温度梯度?曲率分析道面温度效应可减少滞回特征影响;板角翘曲大于板边,接缝类型差异对板边翘曲影响更大;道面边、角弯沉随日温变化波动明显,接缝传荷系数波动主要受温度梯度变化影响,道面性能评价应考虑温度影响;接缝两侧弯沉之和与温度相关性高,且可能与接缝传荷能力无关,在考虑温度影响进行脱空判定时具有一定优势,建议进一步研究其特征。     

四轮随机路面激励下的七自由度车辆响应特性

为了研究不同等级道路下车辆动态响应以及轮胎动载荷的变化情况,根据国家路面不平度分级标准,采用滤波白噪声法建立了随机路面时域模型并与标准路面的功率谱密度对比验证模型的准确性。通过四个车轮之间的传递函数建立了四轮随机路面时域激励模型;并以该模型作为不平路面激励,考虑悬架拉伸和压缩状态时的不同阻尼,建立七自由度整车行驶动力学模型。研究了车辆质心垂向加速度、俯仰角、侧倾角以及轮胎动载荷随路面等级的变化情况。结果表明:车辆和轮胎的动态响应随着路面不平度的增加而增加。可见,搭建的整车模型能够很好地反映不同路面下车辆的动态响应,为车路耦合的深入研究奠定基础。     

重载与轴温耦合对混凝土路面传力杆装置应力集中状态的影响

水泥混凝土路面缩缝传力杆装置在重载交通环境及大温差地区轴温耦合条件下易发生传荷失效现象。针对典型重载车辆轴载条件与大温差地区混凝土路面板内的温度梯度情况,通过模型分析法,研究了车辆轴载及轴温耦合条件下传力杆周边混凝土材料内的应力分布状态。提出了缓解荷载传递过程中传力杆与混凝土材料高接触应力水平的方法。研究发现:车辆轮胎与路面接触位置下方传力杆附近的应力集中区域是荷载传递过程中缩缝结构的最不利位置。严重超载车辆通过缩缝结构时,传力杆周边区域内的应力水平接近混凝土材料的承载极限。水泥混凝土路面板的正温梯度翘曲变形可与车辆的荷载应力相叠加,造成传力杆与混凝土在接触面附近产生较大的接触应力。增加传力杆直径,提高混凝土的承载面积,可显著缓解混凝土内的应力集中状态,有助于提高缩缝两侧混凝土路面板边的抗裂性能。     

复杂海况下风力发电机建模与动态特性仿真分析

考虑到海上风力发电机可能会受到冰载荷的影响,将随机冰力函数模型添加到风力发电机模型中,利用莫里森方程模拟海浪作用,建立复杂海况下多体动力学联合仿真模型,进行多场耦合作用下的风力机动力学特性分析,以此评估风力机系统在复杂工况下的运行风险。结果表明:风力机塔顶位移的波动主要受风载的影响;波浪、海冰对塔基载荷性能影响较大,会使塔筒产生持续振动并引发疲劳破坏,风冰联合作用时振动更为剧烈;由于海冰的持续撞击作用会使塔基载荷普遍大于无海冰作用情形,因此,针对海冰工况下风力发电机的设计要有所修正及完善。     

多孔混凝土基层缩缝处沥青面层应力分析

为了研究多孔混凝土基层沥青路面的结构设计方法,通过三维有限元数值分析方法,建立多孔混凝土基层缩缝处沥青路面的三维有限元模型,分析多孔混凝土基层缩缝处沥青面层的荷载应力、温度应力、荷载与温度耦合作用下的耦合应力。结果表明:基层缩缝处沥青面层底面荷载主应力多为压应力值,但其剪应力在接缝处出现峰值;在温度作用下,沥青面层应力峰值点的位置在基层缩缝中点处沥青面层的底面及表面;荷载和温度耦合作用下基层缩缝中点处沥青面层底面的第一主应力介于荷载应力和温度应力之间。     

A new application of multi-body system dynamics in vehicle-road interaction simulation

In vehicle-road interaction simulation, multi-body system (MBS) dynamics as well as the corresponding software ADAMS has been employed to model the nonlinear vehicle in more detail. The simulation method has been validated by the test data, and been compared to the former simple models. This method can be used for estimating the effects of dynamic tire forces and other vehicle features on road damage so that the "road-friendliness" can be assessed in vehicle design process.     

自动转向滑模变结构控制参数选取方法

建立了基于车辆动力学模型的车辆-道路系统模型,通过线性变换,得到了用横向位置偏差和方向偏差描述的系统状态方程.采用滑模变结构控制理论,设计了基于指数趋近律的自动转向控制算法.分析了趋近律函数的指数趋近项参数和等速趋近项参数对系统输出的影响,并基于侧向加速度的要求提出了参数选取方法.仿真结果表明,根据提出的参数选取方法设计的控制算法在高速路径跟踪时,具有良好的道路跟踪精度及动态性能.     

基于多模型自适应方法的智能汽车路径跟踪控制

路径跟踪控制是智能汽车的一项核心技术,跟踪效果的精确性和在各种路面附着条件下的鲁棒性是该技术的两大关键要素。但汽车动力学模型的不确定性,尤其是轮胎侧偏刚度的摄动使这两者难以同时得到满足。针对这一问题,将多模型自适应理论引入到智能汽车运动控制中处理不确定性系统的控制。首先,推导了多模型自适应控制律,提出了凸包构架下各个顶点的子模型对真实模型的自适应逼近律,并通过李雅普诺夫函数证明了所提出自适应律的收敛能力。在此基础上建立了汽车动力学模型和车辆-路径联合模型,并由多个顶点子模型构建可覆盖汽车轮胎侧偏刚度摄动范围的凸多面体,利用汽车动力学模型求解自适应率,通过车辆-路径联合模型,基于线性二次型方法(linear quadratic regulator, LQR)求解各个顶点的子模型处的反馈控制律,并通过所得出的自适应权重进行加权。基于Carsim/Simulink的联合仿真结果表明,所提出的多模型自适应路径跟踪控制器在保证鲁棒性的同时克服了传统鲁棒控制方法的保守性问题,与基于名义模型的LQR控制器和鲁棒保性能控制器相比,在高附着路面和低附着路面上都可以取得更好的控制效果,很好地解决了路径跟踪...