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基于ANSYS/LS-DYNA车辆与柔性路面结构动力响应三维有限元分析
| 论文题名： | 基于ANSYS/LS-DYNA车辆与柔性路面结构动力响应三维有限元分析 |
| 关键词： | 车辆;柔性路面;动力响应;有限元分析 |
| 摘要： | 本文针对车辆动态荷载作用下柔性路面动力响应中的一些热点和难点问题进行了较为深入的研究，在借鉴国内外相关研究成果的基础上，从多层粘弹性路面结构入手，应用三维动力有限元的基本方法，结合有限元分析软件ANSYS/LS—DYNA来分析车辆荷载作用下柔性路面的动力响应(主要包括动位移、动应力、动应变等)，得到了动态响应规律和特性，对柔性路面结构设计、施工和养护有一定的指导意义。 本文主要探讨和研究了以下几方面的内容： 1.利用两自由度车辆模型对车辆随机振动进行了数值计算，并建立路面平整度的频域模型和时域模型，对路面不平度进行功率谱密度(PSD)分析，探讨了车辆随机动荷载与路面激振频率、车速、路面波长、路面标准波数谱密度之间的关系，结果表明：路面功率谱密度随空间频率提高或波长减小而变小；当W=2时，路面功率谱密度又与不平度幅值的平方成正比，所以不平度幅值大致与波长成正比； 2.针对柔性路面的基本物理力学特性，在现有研究成果的基础上，利用层状粘弹性理论，推导并提出了多层粘弹性体系在移动简谐冲击荷载作用下动力有限元方程的数值求解的方法，突破了以往最多只能分析二层或三层弹性体系的局限； 3.根据柔性路面多层粘弹性体系假设，建立了柔性路面结构三维动力有限元模型，成功地将ANSYS/LS—DYNA有限元动力分析软件应用于车辆与路面相互作用的研究中，模拟并探讨了路面结构在两自由度车辆荷载作用下的动态响应，阐明了柔性路面在车辆动荷载作用下的动态响应规律和特性，结果发现：在车辆动荷载作用下，路面结构垂直动应力值最大，其次为横向动应力，水平动应力最小，但在面层三向应力差值并不大，随着深度的增加，差值逐渐加大；垂直动应力随着深度的增加而逐渐减小，水平和横向动应力在横向上随着与轮载作用点距离的增加而减小并趋向零值；与三向动应力对应的动应变也具有相同的变化规律； 4.利用建立的3-D有限元模型，探讨了基层模量、行车速度、车辆载重等因素对路面响应的影响。分析结果表明：基层设计需要综合优化设计，简单增加基层模量并不是合理方案；提高行车速度有利于延长柔性路面的使用寿命；超载对路面的危害随着超载程度急剧增大。 本文采用车辆动态荷载模型，解决了静力荷载模式下的分析结果与车辆行驶过程中对路面的实际作用力的差异较大的问题；建立三维动力有限元模型可以对路面结构在任意形式荷载作用下纵向、横向和竖向任意点位的动态响应进行分析。实现了现有的设计理论和方法无法从根本上加以解决的难题，从而为路面结构设计提供新思路和新方法。 |
| 作者： | 康晓惠 |
| 专业： | 岩土工程 |
| 导师： | 包惠明 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 桂林理工大学 |
| 学位年度： | 2009 |
| 正文语种： | 中文 |
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