车、路相互作用下沥青路面动力学特性分析.pdfVIP

振动与冲击 VIBRAlIONANDSttOCK 第28卷第4期 JOURNAl．OF 车、路的相互作用下沥青路面动力学特性分析 李皓玉1’2，杨绍普2，李韶华2 (1．北京交通大学机械与电子控制工程学院，北京10044；2．石家庄铁道学院。石家庄050043) 摘 要：采用二自由度四分之一汽车悬架模型模拟汽车系统，依据弹性层状体系理论，建屯路面结构的三维有限 元分析模型，考虑车路相互作用，采用ANSYS有限元分析软件对移动车辆衙载作用下路面各结构层中的位移、应力、应变 进行了模拟。计算分析了行车速度、悬架刚度、悬架阻尼、轮胎刚度和轮胎阻尼五个参数对路面动力响应的影响。结果表 明：沥青面层处于三向受压状态，层内切应力是引起其破坏的主要原阂；最大水平托应力和最大横向拉应力均发生在路面 结构的基层和底基层结合处；车速对路面动态响应的影响规律很复杂，应考虑车辆模型和路面不平整度，并划分速度区间 加以探讨；路面动态响应随轮胎刚度、悬架刚度和悬架阻尼的增大f『ii减小。上述结论对于深入分析路面结构动力响应与 疲劳损坏以及研究车辆与路面相互作用的机理有重要价值。 关键词：汽车．路面．路基；沥青路面；移动荷载；有限元分析 中图分类号：U416 文献标识码：A 公路表面不断受到车辆荷载和周围环境的作用， 分析了移动荷载作用下路面各结构层中应力、应变的 在路面结构中产生应力和变形，导致公路的持久性损 分布规律，探讨了行车速度对路面应力的影响。Bas． 坏(车辙)或疲劳破坏(裂缝)的发展。而路面的破坏SBITI 反过来又会严重影响行车的安全性、舒适性，引起汽车 型，分析了地基材料参数和厚度对路面动应变的影响。 的振动加剧，从而进一步加大汽车对路面的动载。可 综上所述，对汽车和路面的研究在各自的领域已 见，要研究路面结构在车辆荷载作用下的动力行为，应 相当成熟，但把车路作为一个系统，对二者相互作用机 把车路作为一个系统来研究。 理的研究还较少。本文采用二自由度四分之一汽车悬 目前，汽车动力学和路面动力学是将汽车和路面 架模型模拟汽车系统，依据弹性层状体系理论，将路面 作为两个独立的系统分别进行研究的。汽车动力学以 结构的沥青层、基层、底基层及土基按线弹性来考虑， 汽车为研究对象，把路面作为汽车系统的随机激励，来 建立了沥青路面的i维有限元分析模型，考虑车路相 研究汽车的操纵性、平顺性和汽车参数对路面破坏的 互作用，采用ANSYS有限元分析软件对路面各结构层 影响。D．Cebon…是这方面的代表人物，他在重型汽车中的位移、应力进行了模拟。计算分析了车速、悬架刚 参数对路面破坏的影响方面进行了一系列的研究，对 度、悬架阻尼、轮胎刚度和轮胎阻尼五个参数对路面动 传统被动悬架系统进行了优化设计，分析了车辆参数 力响应的影响。 对轮胎压力和路面损伤的影响。美冈公路合作研究计 1 汽车一路面一路基垂向振动模型 划(NCHRP353)详细研究了重型车辆的特性对 Report 路面响应及性能的影响拉j。LunSun口1等在引入随机 本文研究汽车．路面．路基的垂向运动，并且假设汽 过程理论的基础上。分析了行车速度、车辆参数、路面 车在对称路面上沿直线行驶。因此，采用二自由度四 粗糙度等因素对随机动荷载的影响。路面动力学是以 分之一汽车悬架模型模拟汽车系统，用ANSYS建立路 路面为研究对象，将汽车作为对路面的移动载荷，来研 面结构三维实体有限元模型。汽车一路面一路基垂向 究路面的响应和使用寿命。精确地分析无限介质和半 振动模型如图l所示，其运动微分方程为： 空间在移动荷载下的弹性动力学问题是相当复杂的。