复合材料路面的承重变形失效风险评估方法和设计方法技术

本发明专利技术公开了一种复合材料路面的承重变形失效风险评估方法和设计方法，评估方法包括：构建复合材料路面有限元模型及车轮有限元模型，并装配；对所述车轮有限元模型加载预设的位移载荷，求解所述复合材料路面有限元模型的变形分布结果；若所述复合材料路面有限元模型的变形量最大值超过预设的路面容许永久变形量，则确定在所述位移载荷下所述复合材料路面存在承重变形失效风险。通过本申请的方案，可评估复合材料路面是否存在承重变形失效风险，为道路设计找到安全的复合材料路面提供数据支撑，降低道路安全风险发生的可能性。

【技术实现步骤摘要】
复合材料路面的承重变形失效风险评估方法和设计方法
本专利技术涉及道路
，尤其涉及一种复合材料路面的承重变形失效风险评估方法和设计方法。
技术介绍
作为道路未来发展方向的光伏路或智慧公路，通常包括透光型的路面、将太阳能转化成电能的光伏组件以及道路基层。其中，透光型的路面用于铺设智能路面，起到高透光、抗冲击、抗摩擦等效果。显然，传统的沥青/混凝土路面不符合透光型的路面的高透光的要求，亟需关注透光型材料的路面的研究和开发。基于路面摩擦的考虑，光伏路的路面材料一般多采用透光型的复合材料，由骨料和基料组成，其中，骨料位于基料之上，且骨料的底部嵌入基料的表面。从复合材料路面的微观上考虑，其中包含不止一种化学组分的晶粒；由于这种不均匀的微观结构的存在，致使承重后应力分布、形变分布都是不均匀的；对于形变较大的位置可能出现开裂失效的风险，若应用到道路中可能会引发道路中的电路故障，形成道路安全隐患。因此，有必要在复合材料路面的前期设计中对复合材料路面进行承重变形失效分析。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种复合材料路面的承重变形失效风险评估方法，能够实现复合材料路面的承重变形失效风险评估，为道路设计找到安全的复合材料路面提供数据支撑。根据本专利技术的一方面，本专利技术实施例提供了一种复合材料路面的承重变形失效风险评估方法，包括：构建复合材料路面有限元模型及车轮有限元模型，并装配；对所述车轮有限元模型加载预设的位移载荷，求解所述复合材料路面有限元模型的变形分布结果；<br>若所述复合材料路面有限元模型的变形量最大值超过预设的路面容许永久变形量，则确定在所述位移载荷下所述复合材料路面存在承重变形失效风险。可选地，根据如下方式构建所述复合材料路面有限元模型：根据复合材料路面的设计参数中基料和骨料各自的尺寸结构，构建骨料几何结构和基料几何结构；分别将骨料和基料各自对应的设计参数中的材料、密度、弹性模量和泊松比，导入所述骨料几何结构和所述基料几何结构，得到所述骨料有限元模型和所述基料有限元模型；将所述骨料有限元模型嵌入所述基料有限元模型，得到所述复合材料路面有限元模型。可选地，根据如下方式构建所述车轮有限元模型：根据车轮的设计参数中的轮胎和轮毂各自的尺寸结构，构建轮胎几何结构和轮毂几何结构；分别将轮胎和轮毂各自对应的设计参数中的材料、密度、弹性模量和泊松比，导入所述轮胎几何结构和轮毂几何结构，得到轮胎有限元模型和轮毂有限元模型；装配轮胎有限元模型和轮毂有限元模型，得到所述车轮有限元模型。可选地，将所述车轮有限元模型中的轮胎有限元模型装配在所述复合材料路面有限元模型中的基料有限元模型上，所述轮胎有限元模型与所述基料有限元模型通用接触。可选地，所述构建复合材料路面有限元模型及车轮有限元模型之后，还包括：对所述复合材料路面有限元模型和所述车轮有限元模型进行网格划分；建立所述复合材料路面有限元模型中所述骨料有限元模型与所述基料有限元模型之间的绑定约束；建立所述车轮有限元模型在所述轮胎有限元模型和轮毂有限元模型之间的绑定约束。可选地，采用中性轴划分法或前沿推进划分法进行网格划分，网格类型为四面体网格。可选地，所述复合材料路面的承重变形失效风险评估方法还包括：将所述复合材料路面有限元模型装配在预先构建的道路基层有限元模型上；建立所述基料有限元模型与所述道路基层有限元模型之间的绑定约束；以及对所述道路基层有限元模型施加位移约束。可选地，所述对所述车轮有限元模型加载预设的位移载荷之后，还包括：确定所述车轮有限元模型的接触受力；相应地，若所述复合材料路面有限元模型的变形量最大值超过预设的路面容许永久变形量，且所述车轮有限元模型的接触受力小于预设的轴载阈值，则确定在所述位移载荷下所述复合材料路面存在承重变形失效风险。可选地，所述确定所述车轮有限元模型的接触受力，包括：确定所述轮胎有限元模型与所述复合材料路面有限元模型的接触网格；求解所述轮胎有限元模型的接触应力；计算所述接触网格的面积总和与所述轮胎有限元模型的接触应力的乘积，作为所述轮胎有限元模型的接触受力。根据本专利技术的又一方面，本专利技术实施例还提供了一种复合材料路面的设计方法，包括：根据上述实施例提供的承重变形失效风险评估方法，对多种候选设计的复合材料路面进行承重变形失效风险评估；其中，所述多种候选设计的复合材料路面在尺寸和/或材料上不同；筛选出存在承重变形失效风险的候选设计，并将余下的复合材料路面的候选设计作为所述复合材料路面的优选设计。本专利技术实施例提供的复合材料路面的承重变形失效风险评估方法和设计方法，通过构建的复合材料路面有限元模型和车轮有限元模型进行承重变形失效风险评估，评估复合材料路面是否存在承重变形失效风险，为道路设计找到安全的复合材料路面提供数据支撑，降低道路安全风险发生的可能性。本专利技术的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本专利技术而了解。本专利技术的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。附图说明附图用来提供对本专利技术技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本专利技术的技术方案，并不构成对本专利技术技术方案的限制。图1为根据本专利技术的一个实施例提供的复合材料路面的承重变形失效风险评估方法的流程示意图；图2为根据本专利技术的一个实施例提供的复合材料路面的设计方法的流程示意图；图3为根据本专利技术的一个实施例提供的电子设备的结构示意图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例的附图，对本专利技术实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本专利技术的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。如图1所示，本专利技术实施例提供的一种复合材料路面的承重变形失效评估方法，可以包括如下步骤：S110：构建复合材料路面有限元模型及车轮有限元模型，并装配。本专利技术实施例中，可以针对待评估的复合材料路面，获取待评估的复合材料路面的设计参数；其中，复合材料路面的设计参数包括：骨料的设计参数和基料的设计参数。相应地，构建的复合材料路面有限元模型包括：骨料有限元模型和基料有限元模型。其中，骨料有限元模型嵌入基料有限元模型中。具体地，骨料有限元模型包括多个子模型，若干个子模型位于基料有限元模型之上且底部嵌入基料有限元模型的表面，其余子模型嵌入基料有限元模型的内部。本专利技术实施例中，可以构建用以施重的车轮有限元模型，并将构建的车轮有限元模型装配在复合材料路面有限元模型上。具体地，可以获取车轮的设计参数；其中，车轮的设计参数包本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种复合材料路面的承重变形失效风险评估方法，其特征在于，包括：/n构建复合材料路面有限元模型及车轮有限元模型，并装配；/n对所述车轮有限元模型加载预设的位移载荷，求解所述复合材料路面有限元模型的变形分布结果；/n若所述复合材料路面有限元模型的变形量最大值超过预设的路面容许永久变形量，则确定在所述位移载荷下所述复合材料路面存在承重变形失效风险。/n

【技术特征摘要】
1.一种复合材料路面的承重变形失效风险评估方法，其特征在于，包括：
构建复合材料路面有限元模型及车轮有限元模型，并装配；
对所述车轮有限元模型加载预设的位移载荷，求解所述复合材料路面有限元模型的变形分布结果；
若所述复合材料路面有限元模型的变形量最大值超过预设的路面容许永久变形量，则确定在所述位移载荷下所述复合材料路面存在承重变形失效风险。


2.根据权利要求1所述的复合材料路面的承重变形失效风险评估方法，其特征在于，根据如下方式构建所述复合材料路面有限元模型：
根据复合材料路面的设计参数中基料和骨料各自的尺寸结构，构建骨料几何结构和基料几何结构；
分别将骨料和基料各自对应的设计参数中的材料、密度、弹性模量和泊松比，导入所述骨料几何结构和所述基料几何结构，得到所述骨料有限元模型和所述基料有限元模型；
将所述骨料有限元模型嵌入所述基料有限元模型，得到所述复合材料路面有限元模型。


3.根据权利要求2所述的复合材料路面的承重变形失效风险评估方法，其特征在于，根据如下方式构建所述车轮有限元模型：
根据车轮的设计参数中的轮胎和轮毂各自的尺寸结构，构建轮胎几何结构和轮毂几何结构；
分别将轮胎和轮毂各自对应的设计参数中的材料、密度、弹性模量和泊松比，导入所述轮胎几何结构和轮毂几何结构，得到轮胎有限元模型和轮毂有限元模型；
装配轮胎有限元模型和轮毂有限元模型，得到所述车轮有限元模型。


4.根据权利要求3所述的复合材料路面的承重变形失效风险评估方法，其特征在于，将所述车轮有限元模型中的轮胎有限元模型装配在所述复合材料路面有限元模型中的基料有限元模型上，所述轮胎有限元模型与所述基料有限元模型通用接触。


5.根据权利要求4所述的复合材料路面的承重变形失效风险评估方法，其特征在于，所述构建复合材料路面有限元模型及车轮有限元模型之后，还包括：
对所述复合材料路面有限元模型和所述车轮有限元模型进行网格划分；
建立所述复合材料路面有限元模型中所述骨料有限元模型与所述基料有限元模型之间的绑定约束...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱宛萤，张天水，杨晨，田守森，
申请(专利权)人：汉能移动能源控股集团有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11