飞机-道面耦合作用下飞机随机动荷载研究

为准确确定飞机滑行过程中随时间与位置随机变化的动荷载,建立了飞机主起落架四自由度模型,分析了飞机与道面的耦合作用,利用有限元仿真技术求得了道面平整度及升力影响下的飞机随机动荷载,并根据Welch法求得了飞机动荷载的功率谱密度,探究了动荷载能量在频域内的分布规律。研究结果表明:当滑跑速度不变,国际平整度指数分别为1.56 m/km、3.12 m/km、4.68 m/km时,B737-800每个主起落架上的动荷载峰值增长了7%;当道面平整度等级不变,飞机滑跑速度由10 m/s增加至40 m/s,受升力影响飞机动荷载呈减小趋势;频域范围内,飞机滑跑速度提高、悬挂系统与非悬挂系统刚度的增加均导致飞机动荷载频率增大;而随着道面平整度等级的降低,飞机动荷载频率不变,仅功率谱密度峰值增大;随着飞机悬挂部分阻尼的增加,动荷载功率谱密度的峰值明显降低,但频率保持不变;而非悬挂部分的阻尼对随机动荷载功率谱密度的影响不明显。

耦合路面损伤的车辆随机动荷载特性研究

为准确分析车辆对不平整路面作用的实际动荷载,在传统计算方法的基础上,进一步考虑了永久变形和平整度劣化等路面损伤累积的影响,提出了耦合损伤的车辆随机动荷载分析方法。通过计算轴载作用下路面各点的永久变形,推导路面不平整度的更新方程,将其引入车-路系统动力方程,采用Matlab编制求解程序,即可得到任意时间路面各点受到的车辆随机动荷载序列。基于该方法分析了车辆随机动荷载沿轮迹的分布变化,研究了随机动荷载系数随轴次的演化规律。结果表明,车辆随机动荷载是随时间逐渐增大的动态演化过程,其沿轮迹的分布具有空间可重复性,随着轴载作用,动荷载的离散程度增大,将引起路面各点的损伤累积差异增大;而车辆行驶速度越低,新建路面越不平整,动荷载随时间演化速率越快,对路面造成的损伤越大。

车辆荷载对公路隧道结构及围岩动力响应研究

目前针对大直径盾构公路隧道在车辆随机动荷载作用下的动力响应特性尚缺乏深入研究。以南京长江隧道软土地层段为例,将仿真计算所得车辆随机动荷载施加于隧道有限元模型上,得到了隧道结构和隧道周围土体在随机动荷载作用下的动力响应规律,分析了车速、路面等级与隧道侧边土层等对动力响应的影响。结果表明,极端工况下隧道结构主应力呈对称分布,结构位移由左至右呈递减趋势;对于同一隧道截面,侧边土体动力响应最强,底部土体次之,顶部响应最微弱;土体距管片越远,应力响应峰值出现的时刻越滞后且响应值越小;车速越快、路面等级越差,土体动力响应越强;相同工况下,砂土的振动应力响应值要远大于软土对应值。

路面不平度对低路堤动应力的影响研究

基于正弦函数变化的路面不平度和两自由度的四分之一车辆模型,推导出车辆随机动荷载计算公式,研究路面不平度对车辆荷载作用下低路堤动力响应的影响规律。建立车-路耦合三维动力有限元模型,计算分析6种工况下不同路面不平度时车辆随机动荷载作用下低路堤的动应力,得出低路堤动应力均随路面不平度值的增加而增大,且与车辆附加动荷载系数m近似为线性关系;提出不同路面不平度时车辆随机动荷载作用下低路堤动应力计算模型,并对比有限元模型得到的低路堤动应力与应力计算模型得到的低路堤动应力。

寒区海上风电基础锥体动冰荷载

为了明确有冰海域加锥风电基础结构的动冰荷载模型,通过寒区风电基础锥体结构现场观测得到的海冰破碎特征数据,研究了随机动冰荷载模型在风电基础结构上的适用性;基于现场观测数据发现冰力周期和冰力幅值均服从正态分布。通过对海上风电结构及油气平台等不同尺寸锥体上测量数据的分析,建立了平均冰力周期和冰厚、冰速参数之间的关系式,对比实测周期,两者基本吻合。同时确立了平均冰力幅值与极值静冰力之间的关系,建立了锥体随机动冰荷载模型。结合此风电基础现场实测的海冰数据,模拟动冰荷载并施加到有限元模型中,对比数值分析结果与实测的结构响应加速度,结果表明两者在时域和频域上均吻合较好。可见构建的随机动冰荷载模型能够用于分析加锥风电结构抗冰性能。

基于车-路相互作用的沥青路面平整度劣化研究

为探究沥青路面平整度的劣化机理,基于Shell法永久变形理论,建立了一个考虑车-路相互作用的路面平整度劣化模型,并基于该模型开发了一个完整的Matlab求解程序。计算某路段通车一年后的永久变形,与实测值进行对比,误差仅为9.7%,验证了模型的可靠性。基于该模型分析了路面平整度的劣化机理,并对劣化规律进行了影响因素分析。结果表明:车辆随机动荷载将引起路面纵向各点的永久变形累积速率出现差异,随着轴载次数增加,这种差异逐渐增大,从而引起路面平整度的劣化,这反过来又使各点所受的动荷载差异增大,形成恶性循环;路面平整度随轴载作用次数的增加呈非线性劣化,而车速越小、轴载越大,平整度劣化得越快。