一种洪水作用下车辆稳定程度的判别方法技术

本发明专利技术一种洪水作用下车辆稳定程度的判别方法，包括以下步骤：（1）洪水中车辆失稳的受力分析及公式推导；（2）模型小车滑移失稳的概化水槽试验及公式参数率定；（3）计算洪水作用下原型车辆起动流速；（4）判断洪水作用下原型车辆稳定程度。本发明专利技术方法假定来流沿水深呈幂函数分布，更接近于实际洪水中的流速分布规律，通过测定不同水深下模型小车的排水体积计算其浮力，基于泥沙起动理论的车辆稳定程度分析建立洪水作用下车辆滑移失稳的起动流速公式；依据车辆稳定程度的计算结果，通过等级划分体系，确定洪水作用下车辆的危险程度，为估算车辆损失、指导受淹车辆中人员逃生、城市洪水风险分析及管理提供科学依据。

A method for judging the degree of stability of vehicles under flood

The invention relates to a method for judging the effect of the flood level of vehicle stability, which comprises the following steps: (1) the flood loss is derived by vehicle capacity analysis and formula of stability; (2) model car slip instability probability formula and parameters of flume experiment calibration; (3) calculating the starting velocity of original vehicle flood; (4) to determine the degree of stability of prototype vehicles under the action of flood. The method of the invention is assumed to be exponentially distributed along the flow depth, velocity distribution is more close to the actual flood, drainage volume was determined by different depth model car to calculate the buoyancy, analysis of vehicle stability degree theory to establish the flood effect of vehicle slip loss starting velocity stability according to the calculation results based on sediment starting; stability the degree of the vehicle, the grading system, determine the risk degree of the vehicle under the action of flood, to estimate the loss of vehicles, vehicles and personnel to guide the flooded city to escape the flood risk analysis and management to provide a scientific basis for.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及水利工程
，具体地说是一种洪水作用下车辆稳定程度的判别方法。
技术介绍
近年来全球气候变化导致暴雨洪涝灾害频繁发生，而城市化进程不断加快使得车辆数量迅速增加，因此城市洪水中车辆滑移失稳后引起的灾害十分严重，直接或间接危害洪泛区内人民群众的生命财产安全。例如：洪水作用下车辆滑移后直接威胁乘客和行人的生命安全；冲撞桥墩、电线杆等建筑物；堵塞桥洞、涵洞，影响过流能力；冲入河道、海港，增加溃堤风险等。由此可见，洪水中车辆的失稳是城市洪水风险管理的关键问题之一，因此非常有必要提出洪水作用下车辆稳定程度的判断方法。目前对洪水中车辆稳定性的研究方法，主要包括理论分析、模型试验及将二者相结合等方法。此类研究提出的大部分结果是洪水中车辆失稳简单的经验标准，即根据洪水的淹没水深或经验公式判断车辆的稳定性，在一定程度上可以判断洪水作用下车辆的稳定程度。但这些经验标准没有考虑洪水中车辆失稳的力学平衡条件，不能适用于复杂的来流情况。另外早期研究中的车辆与现有车辆相比，在外形、密封性、底盘高度以及重量等方面已经发生了根本性的改变，并且研究对象多以国外常见车型为主。因此对于国内现有的常见车型，已有经验标准不能用于准确判断洪水作用下车俩的稳定程度。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种洪水作用下车辆稳定程度的判别方法，将为估算车辆损失、指导受淹车辆中人员逃生、城市洪水风险等级划定及防洪评价等提供科学依据。本专利技术的原理为：洪水作用下车辆失稳是因水平方向上受力不平衡造成的，即洪水对车辆的拖曳力大于地面提供的摩擦力。因此本专利技术从洪水作用下车辆的受力条件出发，假定来流流速沿水深呈幂函数分布，考虑洪水作用下车辆受到的浮力，提出车辆滑移失稳起动流速的计算公式。通过来流流速与车辆失稳流速的对比，判断不同来流条件下车辆的稳定程度。因此，本专利技术通过分析洪水作用下车辆受力条件、推导车辆失稳流速公式、开展模型小车失稳的水槽试验及率定并验证公式参数，确定原型车辆滑移失稳流速的计算公式；同时结合二维水动力学模型计算洪泛区水流要素的时空分布，提出一种洪水作用下车辆稳定程度的判别方法。本专利技术一种洪水作用下车辆稳定程度的判别方法，包括以下步骤：步骤(1)，洪水中车辆失稳的受力分析及公式推导，包括如下子步骤：步骤(1.1)，分析洪水中作用下车辆主要受到的重力、浮力、支持力、拖曳力和摩擦力的作用，并建立各力的表达式；步骤(1.2)，根据水平方向上的受力平衡，推导出车辆滑移失稳时的起动流速公式；步骤(2)，模型小车滑移失稳的概化水槽试验及公式参数率定，包括如下子步骤：步骤(2.1)，通过特制水槽测量不同水深下模型小车的排水体积，计算其浮力；步骤(2.2)，测定不同水流条件下大小两种比尺的模型小车发生滑移失稳时的来流条件，来流条件为水深与流速；步骤(2.3)，采用非线性回归分析的方法，利用大比尺模型小车的实验数据率定公式中的相关参数；步骤(3)，计算洪水作用下原型车辆起动流速，包括如下子步骤：步骤(3.1)，将小比尺模型小车失稳时的水流条件按照比尺关系换算成原型车失稳的水流条件；步骤(3.2)，利用步骤(2.3)中的参数率定结果及原型车辆的特征参数(车的质量及形状)，绘制原型车辆在不同水深情况下的起动流速曲线；步骤(3.3)，将步骤(3.1)中的换算得到的原型数据和步骤(3.2)中的计算曲线进行对比，验证公式的计算精度；步骤(3.4)，确定不同水深条件下原型车辆滑移失稳时起动流速的计算公式；步骤(4)，洪水作用下原型车辆稳定程度的计算方法，包括如下子步骤：步骤(4.1)，根据原型车辆的特征参数及来流条件，利用步骤(2.3)中率定的车辆失稳时起动流速公式计算该水深下的临界流速；步骤(4.2)，计算来流流速与临界流速的比值，判断洪水作用下车辆的稳定程度；步骤(4.3)，结合二维水动力学模型模拟洪水演进的计算结果，提供洪泛区内车辆稳定程度的分布情况。与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：(1)假定来流沿水深呈幂函数分布，更接近于实际洪水中的流速分布规律，通过测定不同水深下模型小车的排水体积计算其浮力，基于泥沙起动理论的车辆稳定程度分析建立洪水作用下车辆滑移失稳的起动流速公式；(2)依据车辆稳定程度的计算结果，通过等级划分体系，确定洪水作用下车辆的危险程度，为估算车辆损失、指导受淹车辆中人员逃生、城市洪水风险分析及管理提供科学依据。附图说明图1为本专利技术方法的具体流程图；图2为洪水作用下车辆的受力情况图；图3为不同水深下模型小车排水体积曲线；图4为大比尺模型小车实验数据率定公式(4)计算曲线；图5为小比尺模型小车试验数据换算成原型结果与率定公式(4)的计算曲线对比曲线；图6为博斯卡斯尔洪水中HondaAccord最大危险程度分布情况图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术进行进一步说明。如图1-图6所示，一种洪水作用下车辆稳定程度的判别方法，包括如下步骤：步骤1，车辆失稳的受力分析及公式推导，包括步骤1.1-1.2。步骤1.1，洪水作用下的车辆主要受到重力、浮力、支持力、拖曳力和摩擦力，参见图2，建立各力的具体表达式。垂直方向上有重力GV、浮力FB及支持力FN，再通过测量不同水深下模型小车的排水体积计算其浮力，由此得到地面支持力：FN＝GV-FB＝mvg–FB(1)式中，mv是车辆的质量；g是当地重力加速度；在水平方向主要承受水流拖曳力FD和地面摩擦力FR，拖曳力主要与来流条件、迎流面面积及拖曳力系数(Re>2.0×104时，Cd是一个常值)有关；摩擦力主要与地面粗糙程度、轮胎磨损程度等有关。所以水流对车辆的拖曳力及地面提供摩擦力的表达式分别为：FD＝CdAdγf(ub)2/(2g)(2)式中，Ad是迎流面面积，γf是水的容重，ub表示近底流速，采用幂函数分布u＝(1+β)U(y/hf)β，hf是来流水深，β是表示流速分布的系数，y是距河床表面的距离,U是来流的平均流速。FR＝μFN(3)式中，μ是轮胎与地面之间的摩擦系数。步骤1.2，由水平方向上的受力平衡条件推导出车辆滑移失稳时的起动流速公式：Uc=α·(hf/hv)β·hfbv(mv本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种洪水作用下车辆稳定程度的判别方法，其特征在于包括以下步骤：步骤（1），洪水中车辆失稳的受力分析及公式推导，包括如下子步骤：步骤（1.1），分析洪水中作用下车辆主要受到的重力、浮力、支持力、拖曳力和摩擦力的作用，并建立各力的表达式；步骤（1.2），根据水平方向上的受力平衡，推导出车辆滑移失稳时的起动流速公式；步骤（2），模型小车滑移失稳的概化水槽试验及公式参数率定，包括如下子步骤：步骤（2.1），通过特制水槽测量不同水深下模型小车的排水体积，计算其浮力；步骤（2.2），测定不同水流条件下大小两种比尺的模型小车发生滑移失稳时的来流条件，来流条件为水深与流速；步骤（2.3），采用非线性回归分析的方法，利用大比尺模型小车的实验数据率定公式中的相关参数；步骤（3），计算洪水作用下原型车辆起动流速，包括如下子步骤：步骤（3.1），将小比尺模型小车失稳时的水流条件按照比尺关系换算成原型车失稳的水流条件；步骤（3.2），利用步骤（2.3）中的参数率定结果及原型车辆的特征参数，绘制原型车辆在不同水深情况下的起动流速曲线；步骤（3.3），将步骤（3.1）中的换算得到的原型数据和步骤（3.2）中的计算曲线进行对比，验证公式的计算精度；步骤（3.4），确定不同水深条件下原型车辆滑移失稳时起动流速的计算公式；步骤（4），判断洪水作用下原型车辆稳定程度，包括如下子步骤：步骤（4.1），根据原型车辆的特征参数及来流条件，利用步骤（2.3）中率定的车辆失稳时起动流速公式计算该水深下的临界流速；步骤（4.2），计算来流流速与临界流速的比值，判断洪水作用下车辆的稳定程度；步骤（4.3），结合二维水动力学模型模拟洪水演进的计算结果，提供洪泛区内车辆稳定程度的分布情况。...

【技术特征摘要】
1.一种洪水作用下车辆稳定程度的判别方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤（1），洪水中车辆失稳的受力分析及公式推导，包括如下子步骤：
步骤（1.1），分析洪水中作用下车辆主要受到的重力、浮力、支持力、拖曳力和摩擦力的作用，并建立各力的表达式；
步骤（1.2），根据水平方向上的受力平衡，推导出车辆滑移失稳时的起动流速公式；
步骤（2），模型小车滑移失稳的概化水槽试验及公式参数率定，包括如下子步骤：
步骤（2.1），通过特制水槽测量不同水深下模型小车的排水体积，计算其浮力；
步骤（2.2），测定不同水流条件下大小两种比尺的模型小车发生滑移失稳时的来流条件，来流条件为水深与流速；
步骤（2.3），采用非线性回归分析的方法，利用大比尺模型小车的实验数据率定公式中的相关参数；
步骤（3），计算洪水作用下原型车辆起动流速，包括如下子步骤：
步骤（3....

【专利技术属性】
技术研发人员：夏军强，果鹏，陈倩，舒彩文，邓珊珊，周美蓉，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42