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原文传递轮胎路面交互作用数值模拟分析

论文题名：	轮胎路面交互作用数值模拟分析
关键词：	子午线轮胎;粘弹性路面;有限元分析;交互作用;数值模拟
摘要：	传统的沥青路面力学分析中对车辆荷载假定为为双圆均布静态荷载,忽略了车辆荷载的动态特性和非均匀分布状态;将路面结构简化为多层弹性体系,这种假设只适用于低温小变形范围,而沥青路面在实际应用中则大多表现为粘弹性体的力学特性。另一方面,规范以路表回弹弯沉作为路面结构整体刚度的表征量,以沥青层和半刚性基层层底拉应力为控制疲劳开裂的设计指标,但按上述设计指标设计的路面结构很多情况下出现车辙等损害现,这些指标对路面结构的损坏现象并没有起到控制作用。因此,需要研究轮胎与路面间的接触对路面结构力学响应的影响,分析基于不同损坏类型的关键性力学指标。　　首先,建立轮胎三维结构FEM模型。由于轮胎结构复杂,由多达十几种的橡胶及帘线复合材料构成,所以本文对轮胎结构进行了合理的简化,利用软件ABAQUS建立子午线轮胎二维数值模型,并在二维模型的基础上,通过旋转、反射的技术手段建立轮胎结构三维数值模型。　　其次,建立大变形非线性轮胎与刚体接触模型。轮胎与可变形路面的接触模拟过程中,由于二者均为可变形体,计算存在难于收敛的问题。所以本文基于解耦思想首先建立轮胎与刚性路面接触模型,得到轮胎静态工况及自由滚动、牵引、制动工况下与路面间相互作用的应力场及并对其影响因素进行分析。　　再次,将典型轮胎花纹下的路表三向接触应力作为输入,进行非均布移动荷载作用下的沥青路面动力响应分析。建立半刚性基层粘弹性沥青路面三维有限元模型,通过DLOAD子程序,将轮胎与刚性路面间非均布作用力作为移动荷载施加于粘弹性沥青路面结构,得到轮胎自由滚动、制动及牵引工况下沥青路面结构动力响应时程分布及空间分布情况。　　最后,基于车辙、疲劳损伤及荷载开裂病害,分别分析了与其危险位置对应的关键力学指标。其中,车辙病害对应的力学指标为沥青路面结构上面层与中面层交接处的剪应变;疲劳损伤发生的危险位置为沥青层底面,对应的力学指标为Mises应力,其半刚性基层底部在横向和纵向上所受到的拉、压交替变化的应力也值得注意;针对荷载开裂病害,应重点控制沥青表面层拉应变及剪应变,且控制位置为车轮荷载正下方。
作者：	刘美丽
专业：	道路与铁道工程
导师：	董泽蛟
授予学位：	硕士
授予学位单位：	哈尔滨工业大学
学位年度：	2013
正文语种：	中文