[博士]車輛隨機(jī)荷載與柔性路面相互作用的研究

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　　[博士]車輛隨機(jī)荷載與柔性路面相互作用的研究　　學(xué)科專業(yè): 巖土工程　　授予學(xué)位：博士 　　學(xué)位授予單位：中南大學(xué)　　學(xué)位年度：2007　　 由于車輛動(dòng)態(tài)荷載的存在，使得靜力荷載模式下的分析結(jié)果與車輛行駛過(guò)程中對(duì)路面的實(shí)際作用力的差異較大，路面結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)特性也遠(yuǎn)非靜力學(xué)特性所能描述，這些缺陷和差異，現(xiàn)有的設(shè)計(jì)理論和方法是無(wú)法從根本上加以解決的。本文針對(duì)目前高速公路重型車輛與路面之間相互動(dòng)力作用研究中的一些熱點(diǎn)和難點(diǎn)問(wèn)題(如車輛隨機(jī)荷載的實(shí)測(cè)研究與隨機(jī)荷載作用下柔性路面層狀體系動(dòng)力響應(yīng)的研究)，以車輛隨機(jī)荷載及其激勵(lì)下的路面結(jié)構(gòu)響應(yīng)為研究對(duì)象，將車一路作為相互作用的統(tǒng)一整體，進(jìn)行了深入的理論分析和試驗(yàn)研究，主要研究?jī)?nèi)容如下:　　 1.針對(duì)使車輛產(chǎn)生隨機(jī)振動(dòng)的激勵(lì)—路面不平度，分析了高速公路路面不平度PSD的特點(diǎn)和規(guī)律。在此基礎(chǔ)上，分析與評(píng)價(jià)了各種車輛振動(dòng)模型，并用數(shù)值計(jì)算的方法，利用兩自由度車輛模型和單自由度車輛模型對(duì)車輛隨機(jī)振動(dòng)進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算，分析了路面不平整度、路面的激振頻率、路面波長(zhǎng)及路面波數(shù)譜密度等路面參數(shù)和車輛輪重、行車速度、車輪承重體系剛度和阻尼等車輛參數(shù)對(duì)車輛動(dòng)力荷載載的大小和分布的影響?！　? 2.引入多層次分析理論，根據(jù)影響車輛隨機(jī)動(dòng)荷載的主要因素，在設(shè)定的多層次指標(biāo)體系的基礎(chǔ)上，將層次分析法(AHP)用于隨機(jī)動(dòng)荷載的評(píng)定中。根據(jù)分析結(jié)果，建立了隨機(jī)動(dòng)荷載的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，為合理荷載模型的確定提供了依據(jù)?！　? 3.成功地在常(德)張(家界)高速公路上進(jìn)行了車輛隨機(jī)載荷的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，通過(guò)壓電式傳感器，測(cè)得了車輛軸頭處豎向垂直振動(dòng)加速度的時(shí)域曲線并對(duì)時(shí)域曲線進(jìn)行了相關(guān)分析，在此基礎(chǔ)上，得到了車輛垂直振動(dòng)加速度的均方根值，計(jì)算了前后車輪的法向動(dòng)荷載，研究分析了不同車速、不同載重下車輛隨機(jī)振動(dòng)的特點(diǎn)。并車輛的隨機(jī)振動(dòng)進(jìn)行了自譜與互譜分析，研究了不同車速與載重下車輛的隨機(jī)振動(dòng)頻譜特性。并通過(guò)二次回歸正交法，建立了車輛動(dòng)態(tài)荷載與行車速度、載重及它們的二次效應(yīng)來(lái)表示的數(shù)學(xué)模型，　　 4.針對(duì)柔性路面的力學(xué)特性，利用層狀粘彈性理論，采用傳遞函數(shù)矩陣，通過(guò)Fourie:變換和iplace變換，從而推導(dǎo)出移動(dòng)簡(jiǎn)諧沖擊荷載作用下動(dòng)力方程的解析解;并針對(duì)解析解求解的困難性，提出基于ANSYS的粘彈性動(dòng)力有限元數(shù)值法對(duì)多層體系動(dòng)力響應(yīng)進(jìn)行求解的新途徑。　　 5.利用ANSYS數(shù)值計(jì)算軟件，根據(jù)柔性路基路面多層粘彈性體系假設(shè)，建立了柔性路面3-D有限元模型，模擬研究了路基路面結(jié)構(gòu)在車輛動(dòng)荷載作用下的動(dòng)態(tài)響應(yīng)(主要包括動(dòng)位移、動(dòng)正應(yīng)力、動(dòng)剪應(yīng)力、動(dòng)應(yīng)變等)及其影響因素，并探討了在車輪制動(dòng)力作用下，路面結(jié)構(gòu)層的各種動(dòng)態(tài)響應(yīng)，研究分析了柔性路面在車輛動(dòng)荷載與制動(dòng)作用下的疲勞損傷破壞規(guī)律和機(jī)理。在此基礎(chǔ)上，與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比，論證了有限元分析的可靠性。　　 6.成功地在常張高速公路上進(jìn)行了重型車輛荷載作用下柔性路面的表面垂直振動(dòng)加速度和動(dòng)位移試驗(yàn)。研究分析了不同車速、不同載重下路面振動(dòng)加速度和動(dòng)位移的特性，把車輛的振動(dòng)激勵(lì)與路面的響應(yīng)作為有機(jī)整體進(jìn)行了分析探討，并分析了路表面的振動(dòng)頻譜特性?！　? 7.成功地在常張高速公路上進(jìn)行了重型車輛荷載作用下柔性路基路面各結(jié)構(gòu)層動(dòng)態(tài)響應(yīng)的試驗(yàn)研究?？疾炝塑囕v載重、車速、車道因素對(duì)路基路面的動(dòng)態(tài)響應(yīng)規(guī)律的影響，分析了路面結(jié)構(gòu)層振動(dòng)頻譜的豎向變化規(guī)律。

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