[博士]車輛隨機荷載與柔性路面相互作用的研究

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內(nèi)容簡介

　　[博士]車輛隨機荷載與柔性路面相互作用的研究　　學(xué)科專業(yè): 巖土工程　　授予學(xué)位：博士 　　學(xué)位授予單位：中南大學(xué)　　學(xué)位年度：2007　　 由于車輛動態(tài)荷載的存在，使得靜力荷載模式下的分析結(jié)果與車輛行駛過程中對路面的實際作用力的差異較大，路面結(jié)構(gòu)的動力學(xué)特性也遠非靜力學(xué)特性所能描述，這些缺陷和差異，現(xiàn)有的設(shè)計理論和方法是無法從根本上加以解決的。本文針對目前高速公路重型車輛與路面之間相互動力作用研究中的一些熱點和難點問題(如車輛隨機荷載的實測研究與隨機荷載作用下柔性路面層狀體系動力響應(yīng)的研究)，以車輛隨機荷載及其激勵下的路面結(jié)構(gòu)響應(yīng)為研究對象，將車一路作為相互作用的統(tǒng)一整體，進行了深入的理論分析和試驗研究，主要研究內(nèi)容如下:　　 1.針對使車輛產(chǎn)生隨機振動的激勵—路面不平度，分析了高速公路路面不平度PSD的特點和規(guī)律。在此基礎(chǔ)上，分析與評價了各種車輛振動模型，并用數(shù)值計算的方法，利用兩自由度車輛模型和單自由度車輛模型對車輛隨機振動進行了數(shù)值計算，分析了路面不平整度、路面的激振頻率、路面波長及路面波數(shù)譜密度等路面參數(shù)和車輛輪重、行車速度、車輪承重體系剛度和阻尼等車輛參數(shù)對車輛動力荷載載的大小和分布的影響?！　? 2.引入多層次分析理論，根據(jù)影響車輛隨機動荷載的主要因素，在設(shè)定的多層次指標(biāo)體系的基礎(chǔ)上，將層次分析法(AHP)用于隨機動荷載的評定中。根據(jù)分析結(jié)果，建立了隨機動荷載的分級標(biāo)準(zhǔn)，為合理荷載模型的確定提供了依據(jù)?！　? 3.成功地在常(德)張(家界)高速公路上進行了車輛隨機載荷的現(xiàn)場試驗，通過壓電式傳感器，測得了車輛軸頭處豎向垂直振動加速度的時域曲線并對時域曲線進行了相關(guān)分析，在此基礎(chǔ)上，得到了車輛垂直振動加速度的均方根值，計算了前后車輪的法向動荷載，研究分析了不同車速、不同載重下車輛隨機振動的特點。并車輛的隨機振動進行了自譜與互譜分析，研究了不同車速與載重下車輛的隨機振動頻譜特性。并通過二次回歸正交法，建立了車輛動態(tài)荷載與行車速度、載重及它們的二次效應(yīng)來表示的數(shù)學(xué)模型，　　 4.針對柔性路面的力學(xué)特性，利用層狀粘彈性理論，采用傳遞函數(shù)矩陣，通過Fourie:變換和iplace變換，從而推導(dǎo)出移動簡諧沖擊荷載作用下動力方程的解析解;并針對解析解求解的困難性，提出基于ANSYS的粘彈性動力有限元數(shù)值法對多層體系動力響應(yīng)進行求解的新途徑?！　? 5.利用ANSYS數(shù)值計算軟件，根據(jù)柔性路基路面多層粘彈性體系假設(shè)，建立了柔性路面3-D有限元模型，模擬研究了路基路面結(jié)構(gòu)在車輛動荷載作用下的動態(tài)響應(yīng)(主要包括動位移、動正應(yīng)力、動剪應(yīng)力、動應(yīng)變等)及其影響因素，并探討了在車輪制動力作用下，路面結(jié)構(gòu)層的各種動態(tài)響應(yīng)，研究分析了柔性路面在車輛動荷載與制動作用下的疲勞損傷破壞規(guī)律和機理。在此基礎(chǔ)上，與試驗結(jié)果進行了對比，論證了有限元分析的可靠性。　　 6.成功地在常張高速公路上進行了重型車輛荷載作用下柔性路面的表面垂直振動加速度和動位移試驗。研究分析了不同車速、不同載重下路面振動加速度和動位移的特性，把車輛的振動激勵與路面的響應(yīng)作為有機整體進行了分析探討，并分析了路表面的振動頻譜特性。　　 7.成功地在常張高速公路上進行了重型車輛荷載作用下柔性路基路面各結(jié)構(gòu)層動態(tài)響應(yīng)的試驗研究。考察了車輛載重、車速、車道因素對路基路面的動態(tài)響應(yīng)規(guī)律的影響，分析了路面結(jié)構(gòu)層振動頻譜的豎向變化規(guī)律。

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