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柔性路面基础动态的有限元分析

发布于:2017-11-22 19:19
有限元分析

      路面结构的力学有限元分析是路而设计的一项重要内容,理论设计方法、力学模型的建立与路而动力特性分析更是处于核心的地位。目前,世界上许多国家把路而结构简化为弹性半空间地基上的线弹性层状体系,并采用静态方法进行求解。然而,实际行车荷载是动荷载,目前先进的路而无损检测设备,落锤式弯沉仪对路而施加的也是脉冲荷载。
      因此,静态分析方法与实际路而结构的受力状态有一定的差距,加之动态荷载作用下路而材料的行为表现也远非线弹性。基于动力学理论的路而结构分析是路而设计方法进一步发展的必由之路,也是路而长期性能研究的关键理论问题之一。Zaghloul和Whig的ABAQUS分析考虑了几个柔性路而问题的现实条件,采用了3D分析,荷载模拟成动荷载。W.Uddin采用三维有限元模型,模拟FWD作用于沥青路而表而,分析了荷载大小、加载时间等因素对路表弯沉的影响。在国内,对路而结构在特定动荷载作用下的一般响应进行了理论分析,邓学钧把半无限弹性层状体系在空间上离散成有限元和无限元,得到了半波正弦荷载作用下层状体系动态反应的理论解。
      本研究用有限元方法,对动荷载下柔性常规路而基础动力响应进行了分析。研究中把粒状基层考虑成弹性完全塑性模教Druker-Prager。路基作为弹塑性应变硬化模缎CamClay,进行了3D动力有限元分析。
      尽管3D有限元分析需要相当多的计算时间,对计算机内存的要求也很高,但仍认为要优于2D有限元分析,能更好的反映交通荷载下的复合路而系统材料的复杂特性。
      由于在水平X轴和y轴几何和加载的对称,仅采用了四分之一模型。模型区域必须足够大,以避免边界误差,必须建立合理的模型维数,以使问题易于计算和存储。模型深度为2.5m,这是为了保持同一个网格退化,监测路基顶部的最大垂直应变变化和AC层底部的最大疲劳应变变化。模型深度直到这些变化被认为可忽略。由此选择的模型为2.5 m深、2.5 m宽,3 m长。
      采用常规运动学边界条件,如网格的所有四个垂直边界采用滚轴支撑,并在网格底部采用固定支撑。
      本研究只考虑了单个车轮荷载,即80 kN的单轴荷载。采用的3D有限元分析中,接触压力的分布假定是统一的550 kPa,轮胎痕迹的形状可看作是长度为L的圆角矩形。
      当车辆行驶在高速公路时,轴向和径向应力变化短时间内可认为是应力脉冲。这些脉冲的大小、形状和周期随车轮荷载、速度及在路而的深度而变化。当荷载直接作用在给定点上,该点应力达到最大值;而荷载距离该点相当远时,应力为00因此认为应力波为正弦曲线或三角形波是合理的。本文采用了峰值为40 kN的三角应力波,周期为0.1 s。
      静力分析得到最大垂直表而弯曲,可以进行动力分析,用ADINA中的隐方式实现。Bathe详细先容了动力分析的方法技术,通过静力和动力分析结果对比中发现,动力分析得到的路而最大垂直表而弯曲比相应的静力分析结果小几乎50%,这是动力分析所期待的,因为惯性力、耗散力和内力吸取了外加力所做的功。而静力分析中,只有内力吸取了外力做的功,导致更大的位移。


                                                                                  专业从事机械产品设计│有限元分析│强度分析│结构优化│技术服务与解决方案
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