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基于车路耦合系统的路面动力分析及疲劳寿命研究
| 论文题名： | 基于车路耦合系统的路面动力分析及疲劳寿命研究 |
| 关键词： | 高速公路;路面结构;车路耦合;耦合振动 |
| 摘要： | 随着我国交通事业的发展，高速公路网络密度加大，大量的物资通过公路运输，载货汽车轴重大，运输荷载远远超过了设计规范标准，超载情况严重，重载货车反复作用造成路面结构疲劳破坏。疲劳寿命是路面设计的重要指标和根本依据，然而研究疲劳寿命的前提是分析车辆与道路间的相互作用力，实际上由于路面不平度的存在，以及车辆和道路的耦合振动，使得车辆和道路间的作用力成为随机的波动荷载，这就给疲劳寿命的研究带来困难。本文参考近年来国内外学者的研究成果，建立载货汽车和沥青层状道路耦合振动模型，分析了动荷载系数和车身加速度的影响因素，在此基础上对沥青路面疲劳寿命进行预估，为道路设计提供参考。 本研究主要内容包括：⑴运用三角级数法模拟路面不平度，仿真得出各级路面不平度随道路走向、行车时间、空间频率的变化关系，为车路耦合系统提供内部激励。将路面功率谱密度的模拟谱与原始谱对比，验证了模型的仿真精度。⑵建立1+2型载货汽车4自由度1/2车辆模型和沥青层状路面有限元模型，对于车辆采用隔离法，运用D' Alembert原理得到其垂向振动方程。对于沥青层状路面，采用振型叠加法得到其垂向振动方程，根据轮胎位移相容条件，得到车路耦合振动方程，并给出求解耦合方程组的Newmark—β算法。⑶定义车辆和道路参数，由路面不平度模型得到前后车轮的不平度和不平度速度向量，建立二维有限元模型对沥青路面进行模态分析，得到路面振动的前10阶固有频率和阻尼比，通过MATLAB编制求解耦合方程组的程序，分析路面不平度、车速和轴重对动荷载系数和车身加速度的影响。⑷由动荷载系数将车辆和道路间的随机动荷载转化为恒定值，运用ABAQUS软件建立三维有限元模型，分析移动荷载作用下路面动力响应。在此基础上以面层底部拉应变计算路面疲劳寿命，并研究了不同工况情况下疲劳寿命的变化情况。⑸根据带缝工作沥青混凝土路面裂缝尖端的应力强度因子，由Paris公式分析了路面不平度、车速、轴重和面层模量对疲劳裂缝扩展的影响。 |
| 作者： | 杜磊 |
| 专业： | 交通运输工程Ⅰ |
| 导师： | 韩西 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 重庆交通大学 |
| 学位年度： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
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