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考虑路面平整度因素的车辆—道路耦合系统动力特性分析

苏世毅  
【摘要】: 车辆与道路的相互作用问题是一个新的研究课题,也是一个比较复杂的研究课题,其涉及到道路工程和车辆工程两个领域的内容。 本文在考虑道路平整度因素的情况下,对车辆与道路结构的耦合振动进行了理论分析。首先把车辆简化为两自由度振动模型,将道路离散为多层体系的有限元模型,车辆、道路被视为一个整体系统,利用轮胎与路面的位移相容条件,把车辆振动方程和道路振动方程联系了起来,推导出了车辆.道路动力耦合方程,并给出了动荷载计算公式。然后运用Newmark-β和Newton-Raphson迭代法相结合的方法,对动力耦合方程进行了求解,并运用VB程序语言编制了动力方程求解程序。最后,本文选用了两种车辆类型和一种典型的路面结构实例分析了道路结构各参数和车辆参数变化对车辆-道路系统动力特性的影响,并运用求解出来的车辆随机动荷载,对道路结构进行了瞬态动力分析。计算分析表明,随着路面平整度变差,车辆动荷系数和车身振动加速度均方根值会急剧增大,动荷载中数值偏大部分所占比例及车辆跳离地面的概率在增大;随着车辆行驶速度的提高,车辆动荷系数会增大,而车身加速度均方根值会出现波动,而动荷载中数值偏大部分及车辆跳离地面的概率也在增大;路面结构内水平拉压应力的交替变化是影响路面结构疲劳破坏的最重要因素之一,超载车辆在道路上行驶会加大路面结构内的应力,会大大降低路面的疲劳寿命。 这些认识为我们在今后的道路设计、运营、维护以及道路疲劳破坏方面的研究提供了一些了有价值的参考依据。


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