车辆在离散元模型中移动的计算方法技术

本发明专利技术涉及一种车辆在离散元模型中移动的计算方法，包括：建立标准轴载下二自由度的1/4车辆模型；求解车辆与路面接触荷载；构建路基路面离散元模型；编写车辆荷载回调函数，将回调函数施加于离散元模型；建立PUBER接触单元，回调函数值施加于PUBER接触单元；提出车辆在离散元模型中移动的计算方法，即增加第M+1个PUBER接触单元的同时去掉第1个PUBER接触单元，使离散元表面一直维持M个PUBER接触单元，依次循环后，就能实现荷载的移动；通过车辆荷载的移动可以计算获得路基路面内部各结构层力学行为，得出当道路受到荷载的作用后，路面的各个结构层会发生不同程度的沉降。本发明专利技术计算方法获得的数据真实度高，仿真性好，计算量适中，值得推广。

【技术实现步骤摘要】
车辆在离散元模型中移动的计算方法
本专利技术涉及一种车辆-路面动力学工程计算方法，具体地说是一种车辆在离散元模型中移动的计算方法。
技术介绍
常见沥青路面结构一般由沥青层、水泥稳定层、路基层所组成，其中，沥青层是由沥青、粗集料、细集料、矿粉以及外加剂混合组成；水泥稳定层是由粗集料、细集料和水泥混合组成；路基是由土或石方组成。由于整体路面结构是一种非均质、非连续材料的结构，因此，在车辆荷载的作用下，路面内部应力－应变一般是不连续的。传统的计算方法，大都采用有限元理论来解决相应的宏观物理力学特征。有限元理论假设路面内部是均质和连续体，不考虑路面内部材料的不均质特性，其计算结果往往导致与实际状况有一定的差别，甚至无法真实模拟路面结构内部受力的实际状态。目前，针对于车辆-路面动力学工程学计算，大部分是采用有限元理论来求解，而路面结构采用离散元模型计算的方式较少，因此，无法客观反映路面结构在车载作用下路面材料的演变机理。细观力学理论克服了传统连续介质力学模型的假设，认定路基路面的所有材料均是由离散性比较强的颗粒流所组成。颗粒单元是刚性体，颗粒单元不会产生变形，变形是由单元与单元重叠而成，单元之间拥有弹性，弹性作用力集中于单元与单元之间的接触点，即颗粒与颗粒间是点之间的接触，颗粒单元之间可以设定一定的黏结条件，在离散元中，常见单元体主要有球形、椭球形或多面体结构。每个颗粒单元的运动都可以用作用力与位移来表示，颗粒与颗粒之间的接触力是一个动态过程，即力是随时间而变化的函数，颗粒之间力的传递只能通过接触传递，不能隔开颗粒传递。在外界荷载的作用下，随着时间的推移，最终，颗粒与颗粒之间达到一定的运动平衡，可以通过牛顿第二定律确定颗粒与颗粒之间力的关系。
技术实现思路
本专利技术的目的就是提供一种车辆在离散元模型中移动的计算方法，以解决现有车辆模型与路面离散元模型无法连接问题。本专利技术是这样实现的：一种车辆在离散元模型中移动的计算方法，包括以下步骤：①建立标准轴载下二自由度的1/4车辆模型；②以路面不平度作为车辆激励，根据公式(1)、(2)求解车辆与路面接触荷载(包括静荷载与动荷载)：式中：m1为汽车车体质量，m2为车轮质量，ks为汽车车体悬架刚度系数，cs为汽车车体悬架阻尼系数，kt为轮胎刚度系数，ct为轮胎阻尼系数，z1为车体质量m1的垂直方向的动位移，z2为车轮质量m2的垂直方向的动位移，f为离散元表面不平度激励，为离散元表面不平度的垂向速度，为车体质量m1的垂向速度，为车轮质量m2的垂向速度，为车体质量m1的垂向加速度，为车轮质量m2的垂向加速度，F为车辆荷载；③通过路面各结构层单轴压缩试验获取各结构层的细观参数，应用离散元软件构建路基路面离散元模型；④采用离散元软件，应用FISH语言编写车辆荷载F的回调函数，回调函数包括N个车辆荷载值，将回调函数施加于步骤③所建立的路基路面离散元模型，求解相应的回调函数作用值；⑤将车辆在路面上碾压的车轮宽度分割成与车轮接地宽度数值相同的M份(M远小于N)，每份建立一个PUBER接触单元，从包括N个车辆荷载值的回调函数中提取第1个至第M个车辆荷载回调函数，将第1个至第M个车辆荷载施加于所建立的M个PUBER接触单元，然后对所建立的PUBER接触单元进行建模计算；⑥根据车辆行驶速度，增加第M+1个PUBER接触单元，同时去掉第1个PUBER接触单元，在包括N个车辆荷载值的回调函数中提取第2个至第M+1个车辆荷载回调函数，将第2个至第M+1个车辆荷载施加于新建立的M个PUBER接触单元，然后对新建立的PUBER接触单元进行建模计算；⑦继续增加第M+2个PUBER接触单元，同时去掉第2个PUBER接触单元，在包括N个车辆荷载值的回调函数中提取第3个至第M+2个车辆荷载回调函数，将第3个至第M+2个车辆荷载施加于新建立的M个PUBER接触单元，然后对新建立的PUBER接触单元进行建模计算；⑧依上列规则继续进行后续的建模计算，如此即可求解出移动荷载在路面向前移动时的垂向作用效果；⑨根据步骤⑧的计算结果，通过车辆荷载的移动，计算获得路基路面内部各结构层的力学行为，以此得出当道路受到荷载的作用后，路面的各个结构层将会发生的不同程度的沉降。本专利技术通过构建1/4车辆模型，以路面不平度作为激励，求解车辆与路面之间的接触荷载(包括静荷载与动荷载)，采用阶跃算法将车辆荷载分布施加于路基路面离散元模型，按照一定速度实现车辆荷载移动，以求解路基路面离散元模型的动态响应。本专利技术能实现荷载在显示界面上的移动，通过车辆荷载的移动，可以计算获得路基路面内部各结构层的力学行为，得出当道路受到荷载的作用后，路面的各个结构层将会发生的不同程度的沉降。本专利技术计算方法计算获得的数据真实度高，仿真性好，计算量适中，适于推广。相反，如果将PUBER接触单元分解得过细，不仅会消耗巨量的资源进行计算，而且计算出的结果还会出现失真。本专利技术计算方法所计算得出的可靠的路面下沉数据，不仅可以有助于分析路面材料和结构，而且还可以进一步获得路面破损的相关信息，对于路面的构建和修补也具有重要的参考价值和指导意义，所以，本专利技术计算方法可以带来的后期间接益处是多方面的，故这种计算方法值得推广。附图说明图1是1/4的车辆模型示意图。图2是路基路面离散元模型图。图3是车辆与路面碾压示意图。图4是车辆荷载的移动方式示意图。图5是移动车辆荷载下路面各结构层的动位移示意图。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术做进一步的阐述，下述实施例仅作为说明，并不以任何方式限制本专利技术的保护范围。在下述实施例中未详细描述的过程和方法是本领域公知的常规方法。本专利技术车辆在离散元模型中移动的计算方法包括以下步骤：一、建立图1所示的标准轴载(BZZ-100)下的二自由度的1/4车辆模型。1/4车辆模型是离散元常用的车辆模型，具有计算快捷，模拟性好等优点。假定车辆在离散元模型系统中只进行垂向运动(二自由度)。二、以路面不平度f作为车辆激励，根据公式(1)求解车辆位移、速度及加速度根据公式(2)求取车辆与路面的接触荷载F(包括静荷载与动荷载)。式中：m1为汽车车体质量，m2为车轮质量，ks为汽车车体悬架刚度系数，cs为汽车车体悬架阻尼系数，kt为轮胎刚度系数，ct为轮胎阻尼系数，z1为车体质量m1的垂直方向的动位移，z2为车轮质量m2的垂直方向的动位移，f为离散元表面不平度激励，为离散元表面不平度的垂向速度，为车体质量m1的垂向速度，为车轮质量m2的垂向速度，为车体质量m1的垂向加速度，为车轮质量m2的垂向加速度，F为车辆荷载。图1中的各项参数的一种取值(具体可根据不同情况选取)如表1所示。表1车辆参数三、通过路面各结构层单轴压缩试验获取各结构层细观参数，根据图2的结构形式构建路基路面离散元模型。图2中的路基路面结本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种车辆在离散元模型中移动的计算方法，包括以下步骤：/n①建立标准轴载下二自由度的1/4车辆模型；/n②以路面不平度作为车辆激励，根据公式(1)、(2)求解车辆与路面接触荷载：/n

【技术特征摘要】
1.一种车辆在离散元模型中移动的计算方法，包括以下步骤：
①建立标准轴载下二自由度的1/4车辆模型；
②以路面不平度作为车辆激励，根据公式(1)、(2)求解车辆与路面接触荷载：






式中：m1为汽车车体质量，m2为车轮质量，ks为汽车车体悬架刚度系数，cs为汽车车体悬架阻尼系数，kt为轮胎刚度系数，ct为轮胎阻尼系数，z1为车体质量m1的垂直方向的动位移，z2为车轮质量m2的垂直方向的动位移，f为离散元表面不平度激励，为离散元表面不平度的垂向速度，为车体质量m1的垂向速度，为车轮质量m2的垂向速度，为车体质量m1的垂向加速度，为车轮质量m2的垂向加速度，F为车辆荷载；
③通过路面各结构层单轴压缩试验获取各结构层的细观参数，应用离散元软件构建路基路面离散元模型；
④采用离散元软件，应用FISH语言编写车辆荷载F的回调函数，回调函数包括N个车辆荷载值，将回调函数施加于步骤③所建立的路基路面离散元模型，求解相应的回调函数作用值；
⑤将车辆在路面上碾压的车轮宽度分割成与车轮接地宽度数值相同的M份(M远小于N)，每份建立一...

【专利技术属性】
技术研发人员：王开森，戎志博，底杰，司春朝，赵云，张晓伟，齐军战，付立广，张磊，严战友，赵国芳，
申请(专利权)人：王开森，
类型：发明
国别省市：河北;13