基于离散-连续耦合的落锤-路面动态相互作用研究

落锤冲击是一种典型的中低速碰撞,也是现今工程技术中的重要力学问题。在公路工程领域,一方面利用落锤产生的巨大瞬时冲击力达到压实、加固、微裂、破碎、检测等目的,另一方面是避免过大的冲击力对结构物产生破坏作用。为了探索落锤-路面动态相互作用规律,基于PFC5.0Suite和FLAC3D构建了离散-连续耦合模型,模拟无损和有损状态下水泥路面板承受落锤冲击过程中加速度的变化规律。通过路面无损状态下的仿真结果分析发现:①落锤冲击加速度曲线拥有多个波峰和波谷,且均与路面和落锤参数具有相关性;②冲击加速度峰值与落锤高度和水泥板模量正相关,而与落锤质量负相关;③落锤高度对冲击持续时间影响不大,而落锤质量将显著增长冲击持续时间。通过路面有损状态下的仿真结果分析,发现:①冲击加速度曲线特征点与路面破损状态密切相关;②随着水泥面板破损程度增大,冲击加速度值整体减小,冲击持续时间延长;③落锤高度和质量对路面破损模式的影响差异较大,前者主要引起表面破损,而后者主要引起底部破损。研究认为:落锤冲击加速度特征值与路面破损程度和破损模式之间存在密切的关联,相关研究结果可用于路面破损检测、破碎或微裂状态评价等实际工程中,同时也可为工程器械的改进和研发提供基础支撑。

基于加速度监测的落锤压力标定方法研究

探讨了基于加速度监测的落锤压力标定方法,通过监测落锤撞击活塞时的加速度来确定落锤装置所产生的标定压力。首先介绍了基于加速度监测实施落锤压力标定的基本原理,获得了落锤撞击加速度与油缸内标定压力的理论关系;在此基础上进行了相关的实验研究,由实验数据建立了实用的压力-加速度峰值模型;最后通过实验验证所得模型的可行性。

基于同伦方法的路面模量反算研究

根据最优化问题的极值条件 ,将模量反算转化为非线性映射求零点的问题 ,结合数值微分计算弯沉对模量的一阶和二阶偏导数 ,建立了基于同伦方法反算路面模量的数学模型 ;并采用 LI-YORKE算法求解微分方程初值问题跟踪同伦曲线 ,获得模量的反算结果 ,在此基础上编制了相应的模量反算程序。通过对 3种路面结构的落锤式弯沉仪 ( FWD)的实测弯沉盆进行模量反算 ,并与国内外其它反算程序比较 ,验证了同伦方法反算结果的精度和可靠性。同时 ,通过选取不同初始值进行反算比较 ,验证了同伦方法的大范围收敛性和反算结果的稳定性。结果表明 ,采用同伦方法进行路面模量反算有效地解决了常规最优化算法的初始值和局部收敛的问题 ,是一种精度好、速度快、效率高、结果稳定且大范围收敛的模量反算方法。

路面结构的动态反分析

本文建立了路面结构的层状粘弹性模型,在对FWD无损检测数值进行动态分析的基础上,采用系统识别方法对路面结构层模量数值进行了动态反分析研究。数值结果表明,反算过程稳定收敛,系统识别方法对于路面结构层模量的动态识别问题是适用的、有效的。

沥青路面FWD反算模量的温度修正方法

为明确温度对沥青路面反算模量的影响,采用FWD对4种沥青路面结构,在不同温度下进行了弯沉盆试验。采用软件进行了模量反算,对路面沥青层反算模量的温度修正系数K与温度的关系进行分析,由此建立了温度修正模型,并针对现行设计规范和检测规程对沥青层温度取值的不同要求,分别进行参数规划求解,拟合效果良好。该模型满足在极高温度和极低温度存在两条渐近线,且当T=20℃时,K为1的要求。经比较证明,该模型弥补了原有方法随着温度的增加而无限增大和温度的降低而趋向于0的缺点,符合实际,可应用于FWD评价沥青层力学性质的方法中。

G5高速公路避险车道安全性分析

以发生在G5高速公路雅西段避险车道上的一起交通事故为研究内容,分析避险车道存在的安全隐患。利用PC-CRASH的"车轮-松软路面相互作用模型"对事故避险车道安全性进行评价,并与视频记录的过程进行比较,初步验证了模型和方法的可行性。最后对模型的坡度及沉陷深度参数改进后进行仿真,结果表明,货车以120km/h驶入制动床后经历不到100m距离即可停止。