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原文传递胎-路耦合作用下沥青路面损伤的细观动力学分析方法

专利名称：	胎-路耦合作用下沥青路面损伤的细观动力学分析方法
摘要：	本发明涉及一种胎‑路耦合作用下沥青路面损伤的细观动力学分析方法，所述方法包括：分别采用线性模型、Burgers模型和改进Burgers模型来表示集料‑集料、砂浆‑砂浆、集料‑砂浆之间的连接，其中，每种模型中均包含有未知细观参数；运用牛顿第二定律和力平衡理论推导三种模型的宏观‑细观参数转化关系后，通过室内沥青蠕变试验确定每个模型的未知细观参数，得到粘弹性多层铺装模型；构建柔性离散元轮胎模型，基于所述柔性离散元轮胎模型和所述粘弹性多层铺装模型构建柔性胎‑路耦合系统细观动力学模型；基于所述胎‑路耦合系统细观动力学模型对所述胎‑路耦合作用下沥青路面损伤的细观动力学进行分析，该方法简便且准确性高。
专利类型：	发明专利
申请人：	石家庄铁道大学;河北雄安京德高速公路有限公司
发明人：	张霞;陈恩利;李阳;王翠艳;马凯杰;李南鹏;姜伟;申大为
专利状态：	有效
申请日期：	2023-04-20T00:00:00+0800
发布日期：	2023-11-03T00:00:00+0800
申请号：	CN202310427623.6
公开号：	CN116992704A
代理机构：	石家庄德皓专利代理事务所(普通合伙)
代理人：	王梦幻
分类号：	G06F30/23;G06F119/02;G06F119/14;G;G06;G06F;G06F30;G06F119;G06F30/23;G06F119/02;G06F119/14
申请人地址：	050000 河北省石家庄市北二环东路17号;
主权项：	1.一种胎-路耦合作用下沥青路面损伤的细观动力学分析方法，其特征在于，所述方法包括：步骤一、分别采用线性模型、Burgers模型和改进Burgers模型来表示集料-集料、砂浆-砂浆、集料-砂浆之间的连接，其中，每种模型中均包含有未知细观参数；步骤二、运用牛顿第二定律和力平衡理论推导三种模型的宏观-细观参数转化关系后，通过室内沥青蠕变试验确定每个模型的未知细观参数，得到粘弹性多层铺装模型；步骤三、构建柔性离散元轮胎模型，基于所述柔性离散元轮胎模型和所述粘弹性多层铺装模型构建柔性胎-路耦合系统细观动力学模型。 2.根据权利要求1所述的胎-路耦合作用下沥青路面损伤的细观动力学分析方法，其特征在于，步骤一中：线性模型的本构方程为： Fn＝Knun； Fs＝Ksus；其中，Fs和Fn分别为接触点沿着切线方向和法线方向的作用力；Ks和Kn分别为切线方向和法线方向刚度；us和un分别为接触点沿着切线方向和法线方向的位移； Burgers模型的本构方程为：其中，和/>分别为Maxwell模型中弹簧和阻尼沿着法线方向的位移；/>和/>分别为Maxwell模型中弹簧和阻尼沿着切线方向的位移；ukn和uks分别为Kelvin模型沿着法线方向和切线方向的位移；改进Burgers模型的本构方程为：其中，Kmn和Kms分别为模型中Maxwell部分的法向和切向刚度；Cmn和Cms分别为模型中Maxwell部分的法向和切向阻尼；Kkn和Kks分别为模型中Kelvin部分的法向和切向刚度；Ckn和Cks分别为模型中Kelvin部分的法向和切向阻尼；和/>为集料A切线方向和法线方向刚度；/>和/>分别为砂浆B的Maxwell部分的法向和切向刚度；/>和/>分别为砂浆B的Maxwell部分的法向和切向阻尼；/>和/>分别为砂浆B的Kelvin部分的法向和切向刚度；和/>分别为砂浆B的Kelvin部分的法向和切向阻尼。 3.根据权利要求2所述的胎-路耦合作用下沥青路面损伤的细观动力学分析方法，其特征在于，所述步骤二包括： S201、运用牛顿第二定律和力平衡理论推导线性模型的未知细观参数Ks和集料宏观参数E、ν'的转化关系如下：其中，G为集料的切变模量，E为杨氏模量，ν'为集料的泊松比； S202、运用牛顿第二定律和力平衡理论推导Burgers模型的未知细观参数Kmn、Kms、Cmn、Cms、Kkn、Kks、Ckn、Cks和砂浆宏观参数E1，E2，η1，η2、ν的转化关系如下： Kmn＝E1t；Cmn＝η1t；Kkn＝E2t；Ckn＝η2t；其中，E1，E2均为砂浆的杨氏模量，η1，η2均为砂浆的粘度，ν为砂浆的泊松比； S202、运用牛顿第二定律和力平衡理论推导改进Burgers模型的未知细观参数Kmn、Kms、Cmn、Cms、Kkn、Kks、Ckn、Cks和砂浆宏观参数E1，E2，η1，η2、ν的转化关系如下： Cmn＝2η1t；Kkn＝2E2t；Ckn＝2η2t；其中，其中，E1，E2均为砂浆的杨氏模量，η1，η2均为砂浆的粘度，ν为砂浆的泊松比；步骤S204、获取集料的E、ν'，通过室内沥青蠕变试验得到砂浆的E1，E2，η1，η2、ν后，代入步骤S201-步骤S203的转化关系式，确定每个模型的未知细观参数，即得到粘弹性多层铺装模型。 4.根据权利要求1所述的胎-路耦合作用下沥青路面损伤的细观动力学分析方法，其特征在于，步骤三中，采用下述方法构建柔性离散元轮胎模型：采用离散元方法，把实际轮胎离散成若干颗粒，颗粒之间通过弹簧和阻尼连接，应用牛顿第二定律计算颗粒的运动状态和颗粒之间的接触力，构建柔性离散元轮胎模型。 5.根据权利要求4所述的胎-路耦合作用下沥青路面损伤的细观动力学分析方法，其特征在于，构建柔性离散元轮胎模型后，步骤三还包括：进行轮胎静刚度测试，以确定所述柔性离散元轮胎模型的准确性；其具体包括：调整离散元轮胎颗粒的刚度参数和阻尼参数，计算轮胎在荷载作用下的多个理论变形量，将多个理论变形量与轮胎静刚度试验中对应获得的多个实际变形量进行比对，确定所述柔性离散元轮胎模型的准确性。 6.根据权利要求4所述的胎-路耦合作用下沥青路面损伤的细观动力学分析方法，其特征在于，步骤三中，基于所述柔性离散元轮胎模型和所述粘弹性多层铺装模型构建胎-路耦合系统细观动力学模型，包括：根据所述柔性离散元轮胎模型和所述粘弹性多层铺装模型建立柔性胎-路耦合系统细观动力学模型，柔性胎-路耦合系统细观动力学模型的属性和参数与柔性离散元轮胎模型、以及粘弹性多层铺装模型的属性及参数一致；构建过程中，通过Fish语言编写对应代码，使轮胎在滚动过程中与铺装层各砂浆和粗集料所形成的接触皆为相同参数的线性接触。 7.根据权利要求1所述的胎-路耦合作用下沥青路面损伤的细观动力学分析方法，其特征在于，步骤三还包括：进行室内车辙测试对胎-路耦合系统细观动力学模型进行模型修正与验证，直至胎-路耦合系统细观动力学模型满足模拟精度。 8.根据权利要求1所述的胎-路耦合作用下沥青路面损伤的细观动力学分析方法，其特征在于，所述方法还包括：步骤四、基于所述胎-路耦合系统细观动力学模型，对胎路作用下的粘弹性铺装细观模型进行参数分析，研究温度变化、车速、车重改变时，集料的运动、混合料内部接触力变化和永久变形的影响规律。
所属类别：	发明专利