一种机场沥青混凝土道面变形模拟的参数分析方法技术

本发明专利技术属于机场建筑技术领域，公开了一种机场沥青混凝土道面变形模拟的参数分析方法，采用有限元分析方法、道面板的CA数字模式构建；性态类似区域匹配准则，对典型破坏模式的机场沥青混凝土道面变形参数进行预测；获得机场道面变形破坏的规律。本发明专利技术取代部分昂贵试验，揭示机场道面变形破坏的规律和过程；通过有限元分析对两种典型破坏模式的预测进行检验分析。可以提高机场道面使用质量，为道面养护和维修提供必要的参考，为机场安全、顺畅、快捷运行提供保证，提高航空运输能力，促进经济的快速发展；延长机场跑道使用寿命，节省大量维修、养护费用。

A Parametric Analysis Method for Airport Asphalt Concrete Pavement Deformation Simulation

The invention belongs to the field of airport construction technology, and discloses a parametric analysis method for the deformation simulation of airport asphalt concrete pavement, which adopts finite element analysis method and CA digital model construction of pavement, and predicts the deformation parameters of typical failure modes of airport asphalt concrete pavement, and obtains the law of deformation and destruction of airport pavement. The invention replaces some expensive tests, reveals the law and process of deformation and failure of airport pavement, and checks and analyses the prediction of two typical failure modes by finite element analysis. It can improve the use quality of airport pavement, provide necessary reference for pavement maintenance and maintenance, guarantee the safe, smooth and fast operation of airport, improve air transport capacity, promote the rapid development of economy, prolong the service life of airport runway and save a lot of maintenance and maintenance costs.

【技术实现步骤摘要】
一种机场沥青混凝土道面变形模拟的参数分析方法
本专利技术属于机场建筑
，尤其涉及一种机场沥青混凝土道面变形模拟的参数分析方法。
技术介绍
目前，业内常用的现有技术是这样的：飞机大型化和航空交通量的快速增长，导致机场道面结构的破损更加明显的呈现在我们面前。从目前国内外的机场营运状况来看，相当多的机场道面在未达到设计使用年限前，路面结构就过早的出现裂缝、形变而失去使用价值，常常会带来巨大的维修压力和经济负担。1992年波音公司开始致力于开发大飞机，而当时的机场道面状况面临着能否承受大飞机荷载等技术难题，在此背景下，美国FAA和波音公司建立了一个合作分析和开发的协议，成立了美国机场道面试验中心NAPTF，主要进行不同路面结构的足尺试验分析。NAPTF位于大西洋城市国际机场的威廉休斯技术中心，NAPTF设计为一个室内直线式加载试验中心。围绕FAA足尺机场道面试验，人们应用不同理论方法从不同角度对机场道面进行了有效的分析分析。郭骅对NAPTF机场跑道试验数据进行了系列统计分析，并着重分析了机场道面板的卷曲问题；Kim等人对NAPTF沥青混凝土机场跑道应用ABAQUS分别进行了轴对称和三维有限元建模分析；游庆龙，凌建明等考虑以B777-300ER，A380-800为代表的新一代大型飞机制动力的机场沥青道面力学响应分析，借助ABAQUS三维有限元软件，建立了柔性道面结构和半刚性道面结构有限元模型。到目前为止，美国国家道面试验中心进行了九个独立的试验项目，本文用于分析的是FAA机场沥青混凝土道面永久变形累积试验CC1中的MFC(mediumstrengthflexibleconventional)试验项目，即中等路基强度的沥青混凝土跑道试验项目。机场柔性道面永久变形累积试验：CC1试验的单轮荷载为204.116kN(45000磅)，胎压为1303kPa。飞行器加载试验在全自动控制模式下进行，往复加载行驶速度设定为定值8km/h，这个速度相当于飞机从机舱到起飞前的滑行阶段的速度。侧向偏移量控制在1524mm以内。美国机场道面试验中心在测试的机场跑道上总共安装了1050个传感器，用来测量其含水量、温度、与应力有关的轮压和变形。当试验车辆沿着测试跑道进行移动时，用一个计算机控制的数据采集系统来自动采集跑道的响应和性能等相关数据。有限元法起源于20世纪50年代航空工程中飞机结构的矩阵分析。随后很快广泛的应用于求解热传导、电磁场、流体力学等连续性问题。现有技术试验昂贵，经济负担大；同时又不能完整的揭示机场道面变形破坏的规律和过程；机场道面使用质量较低，不能为机场提供安全、顺畅、快捷的运行保证，影响航空运输能力，阻碍经济的发展；缩短机场跑道使用寿命，浪费大量维修、养护费用。综上所述，现有技术存在的问题是：(1)试验昂贵，经济负担大；同时又不能完整的揭示机场道面变形破坏的规律和过程；(2)机场道面使用质量较低，不能为机场提供安全、顺畅、快捷的运行保证，影响航空运输能力，阻碍经济的发展；缩短机场跑道使用寿命，浪费大量维修、养护费用。解决上述技术问题的意义：基于智能理论进行大飞机荷载作用下的机场道面开裂模式及道面塑性变形累积分析方法分析。取代部分昂贵试验。揭示机场道面变形破坏的规律和过程。通过有限元分析对两种典型破坏模式的预测进行检验分析。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种机场沥青混凝土道面变形模拟的参数分析方法。本专利技术是这样实现的，一种机场沥青混凝土道面变形模拟的参数分析方法，包括：通过有限元分析方法、道面板的CA数字模式构建、性态类似区域匹配准则，对典型破坏模式的机场沥青混凝土道面变形参数进行预测；获得机场道面变形破坏的规律。进一步，有限元分析方法包括：步骤1：将N个传感器节点随机部署在机场沥青混凝土道面中，对每个节点的中心点进行Delaunay三角形网格剖分，包括：(1)进行三角网格模型初始化，遍历三角网格中的每条有向边，若此边仅被一个三角形包含，则说明连接此边的两个顶点均为边界点；(2)输入需要保留的顶点个数x，以及夹角阈值θ；(3)判断现有顶点个数是否大于顶点阈值x；若是，则进行(4)；若否，则进行(9)；(4)分别求出每一条边的边长，以及每个三角形的法向量，利用以下公式计算有向边的折叠代价cost(eij)；并找出折叠代价最小的有向边euv，然后进行(5)；cost(eij)＝||eij||·w(eij)其中w(eij)表示有向边eij的局部曲率，Ti表示包含顶点vi的三角形集合，表示包含边eij的三角形集合，f.normal是指f面的法向量，n.normal是指n面上的法向量；它表示了包含有向边eij的三角面片与包含顶点vi的三角面片的法向最大值；(5)判断u、v是否均为边界点。若是，则进行(6)；若否，则进行(7)；(6)判断边界点u处的边界角是否大于阈值θ。若是，则进行(8)；若否，则进行(3)；(7)判断u、v是否满足u是边界点，v不是边界点；若满足，则进行(3)；若不满足，则进行(8)；(8)删除顶点u，将与顶点u连接的边关系连接至顶点v；并标记u、v两点均为受影响点，进行(3)；(9)结束；步骤2：做出每个Delaunay三角形的外接圆，比较节点半径和外接圆半径，如果R＞r，那么肯定存在覆盖盲区，保存这个Delaunay三角形和外接圆，否则去掉外接圆，传感器节点半径为r，每个外接圆的半径为R；步骤3：计算剩余两个相邻三角形的公共边长d，如果d＞2r，或者公共边不与两个三角形外接圆的中心连线相交，那么对这些三角形进行聚类分组得到边界节点，每个聚类分组都会存在覆盖盲区；步骤4：对每个聚类分组中的传感器节点中心点，用能够包含覆盖盲区的最小多边形的方法，表示出覆盖盲区边界；步骤5：对边界节点进行假边界节点的判定，去掉假边界节点之后，再次用能够包含覆盖盲区的最小多边形方法，表示出改善后的覆盖盲区边界；步骤6：由于三维起伏地形的缺陷，传感器节点随机部署在机场沥青混凝土道面的实际覆盖面积会变小，经过地形修正的传感器节点的二维覆盖区域为椭圆，利用坡度和坡向角算出实际探测半径，最后使用检测算法算出修正后的覆盖盲区边界；步骤7：利用修正后的覆盖盲区边界，得到简化三角网络模型，建立机场沥青混凝土道面-质点模型，得到简化三角网格通过机场沥青混凝土道面-质点模型参数化于矩形域后的最终位置，包括如下步骤：(a)读入三角网格模型，初始化质点质量m，机场沥青混凝土道面劲度系数k，时间步长Δt，迭代域值e；(b)进行三角网格数据预处理，得到三角网格模型边界点序列，以有各顶点的邻接点序列；(c)根据下式选择投影面，将三角网格模型进行投影，在投影面建立二维坐标系，计算三角网格顶点投影后的二维坐标(xi，yi)；a(x-x0)+b(y-y0)+c(z-z0)＝0其中，(a，b，c)是投影面的法向量，x0，y0，z0是空间内一定点，(ai，bi，ci)是第i个三角形的法向量，n是不规则曲面片上三角形的个数；(d)选取参数化矩形区域的四个顶点，根据投影后的三角网格的结构特征，选取四个边界点，固定于给定矩形域的顶点；(e)由于点的移动，引发非固定点的受力情况发生改变；根据式(5)，计算非固定点所受合力f(Pi)；若对于任意本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种机场沥青混凝土道面变形模拟的参数分析方法，其特征在于，所述的机场沥青混凝土道面变形模拟的参数分析方法包括：通过有限元分析方法、道面板的CA数字模式构建、性态类似区域匹配准则，对典型破坏模式的机场沥青混凝土道面变形参数进行预测；获得机场道面变形破坏的规律。

【技术特征摘要】
1.一种机场沥青混凝土道面变形模拟的参数分析方法，其特征在于，所述的机场沥青混凝土道面变形模拟的参数分析方法包括：通过有限元分析方法、道面板的CA数字模式构建、性态类似区域匹配准则，对典型破坏模式的机场沥青混凝土道面变形参数进行预测；获得机场道面变形破坏的规律。2.如权利要求1所述的机场沥青混凝土道面变形模拟的参数分析方法，其特征在于，有限元分析方法包括：步骤1：将N个传感器节点随机部署在机场沥青混凝土道面中，对每个节点的中心点进行Delaunay三角形网格剖分，包括：(1)进行三角网格模型初始化，遍历三角网格中的每条有向边，若此边仅被一个三角形包含，则说明连接此边的两个顶点均为边界点；(2)输入需要保留的顶点个数x，以及夹角阈值θ；(3)判断现有顶点个数是否大于顶点阈值x；若是，则进行(4)；若否，则进行(9)；(4)分别求出每一条边的边长，以及每个三角形的法向量，利用以下公式计算有向边的折叠代价cost(eij)；并找出折叠代价最小的有向边euv，然后进行进行(5)；cost(eij)＝||eij||·w(eij)其中w(eij)表示有向边eij的局部曲率，Ti表示包含顶点vi的三角形集合，表示包含边eij的三角形集合，f.normal是指f面的法向量，n.normal是指n面上的法向量；它表示了包含有向边eij的三角面片与包含顶点vi的三角面片的法向最大值；(5)判断u、v是否均为边界点。若是，则进行(6)；若否，则进行(7)；(6)判断边界点u处的边界角是否大于阈值θ。若是，则进行(8)；若否，则进行(3)；(7)判断u、v是否满足u是边界点，v不是边界点；若满足，则进行(3)；若不满足，则进行(8)；(8)删除顶点u，将与顶点u连接的边关系连接至顶点v；并标记u、v两点均为受影响点，进行(3)；(9)结束；步骤2：做出每个Delaunay三角形的外接圆，比较节点半径和外接圆半径，如果R>r，那么肯定存在覆盖盲区，保存这个Delaunay三角形和外接圆，否则去掉外接圆，传感器节点半径为r，每个外接圆的半径为R；步骤3：计算剩余两个相邻三角形的公共边长d，如果d>2r，或者公共边不与两个三角形外接圆的中心连线相交，那么对这些三角形进行聚类分组得到边界节点，每个聚类分组都会存在覆盖盲区；步骤4：对每个聚类分组中的传感器节点中心点，用能够包含覆盖盲区的最小多边形的方法，表示出覆盖盲区边界；步骤5：对边界节点进行假边界节点的判定，去掉假边界节点之后，再次用能够包含覆盖盲区的最小多边形方法，表示出改善后的覆盖盲区边界；步骤6：由于三维起伏地形的缺陷，传感器节点随机部署在机场沥青混凝土道面的实际覆盖面积会变小，经过地形修正的传感器节点的二维覆盖区域为椭圆，利用坡度和坡向角算出实际探测半径，最后使用检测算法算出修正后的覆盖盲区边界；步骤7：利用修正后的覆盖盲区边界，得到简化三角网络模型，建立机场沥青混凝土道面-质点模型，得到简化三角网格通过机场沥青混凝土道面-质点模型参数化于矩形域后的最终位置，包括如下步骤：(a)读入三角网格模型，初始化质点质量m，机场沥青混凝土道面劲度系数k，时间步长Δt，迭代域值e；(b)进行三角网格数据预处理，得到三角网格模型边界点序列，以有各顶点的邻接点序列；(c)根据下式选择投影面，将三角网格模型进行投影，在投影面建立二维坐标系，计算三角网格顶点投影后的二维坐标(xi,yi)；a(x-x0)+b(y-y0)+c(z-z0)＝0其中，(a,b,c)...

【专利技术属性】
技术研发人员：尹福成，周广春，张明，吕潮，王山春，王淑丹，胡富雅，唐倩，周映宏，黄霞，冯志刚，王百顺，吴苹，刘涵睿，
申请(专利权)人：内江师范学院，
类型：发明
国别省市：四川,51