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原文传递轮胎复杂接触荷载作用下的路面永久变形研究

论文题名：	轮胎复杂接触荷载作用下的路面永久变形研究
关键词：	路面病害;永久变形;轮胎路面接触荷载;行驶状态
摘要：	车辙（永久变形）是常见的路面早期病害，以往关于路面永久变形的研究通常将轮胎路面接触荷载进行一定简化，而本文旨在研究真实轮胎路面复杂接触应力对路面永久变形的影响。　　本文首先建立轮胎路面接触有限元模型，计算车辆不同行驶状态下（自由滚动、驱动、制动、转弯）轮胎路面接触的应力分布。然后，建立了路面永久变形计算的有限元模型，将接触应力分布作为移动荷载施加到路面有限元模型上从而计算出路面永久变形，并利用该模型研究了不同行驶状态下的接触应力分布对路面永久变形的影响。　　在轮胎路面接触模型中，混合拉格朗日欧拉法被用于实现轮胎不同行驶状态的模拟。计算结果表明轮胎的轮载、充气压力、路面摩擦系数、轮轴扭矩和偏转角对轮胎路面接触应力的分布都有较大的影响。　　在路面有限元模型中黏弹性材料参数通过动态蠕变实验获取。首先推导了半正失波加载的动态蠕变实验中试件的变形公式，然后根据该公式非线性拟合得出了沥青混合料的Prony级数参数。之后通过动态蠕变试验的有限元模型验证了拟合出的黏弹性参数的正确性。　　在路面永久变形计算有限元模型中对比了准静态(quasi-static analysis)和隐式动力学(implicit dynamic analysis)两种分析方法，并且分析了荷载移动速度对路面响应的影响。结果表明，黏弹性路面力学响应计算的准静态分析和动力学分析的适用范围不同，对于路面的瞬态响应，例如瞬时位移，应该使用动力学分析，而长期响应，例如永久变形，准静态和动力学两种分析方式差距很小，并且准静态分析的计算成本低于动力学分析。所以准静态分析更适合于路面永久变形计算。　　最后，通过永久变形计算模型研究了在重载卡车双轮组荷载作用下轮载、胎压、路面摩擦系数、扭矩、偏转角、路面温度、荷载移动速度对路面永久变形的影响。　　结果表明，随着轮载的增加，路面永久变形的竖向以及水平方向分量均随之而增加。胎压对永久变形的竖向分量影响不大，但随着胎压的增加，永久变形的水平分量反而减小。路面摩擦系数对永久变形的竖向分量影响不大，但路面永久变形的水平分量随着摩擦系数的增加而增加。轮胎行驶状态（驱动、制动、自由滚动、转弯）也主要影响路面永久变形的水平分量，而对竖向分量影响不大。其中驱动、制动状态主要引起行车方向上的永久变形，而转弯状态主要引起行车侧向上的永久变形。驱动、制动和转弯的极端情况下永久变形的水平分量会大于永久变形的竖向分量，所以轮胎路面接触应力的水平方向分量和路面永久变形的水平方向分量在路面设计计算中不可忽略。永久变形对温度和荷载移动速度的变化非常敏感，永久变形随着温度的增长呈指数形式增长，而随着荷载移动速度增长呈指数形式衰减。　　所以，为了提高路面永久变形计算与预估的准确性，路面力学计算中应当考虑轮胎路面复杂接触荷载特性的影响。
作者：	闫天昊
专业：	交通运输工程；道路与铁道工程
导师：	黄晓明
授予学位：	硕士
授予学位单位：	东南大学
学位年度：	2017
正文语种：	中文