胎-路耦合作用下沥青路面损伤的细观动力学分析方法技术

本发明专利技术涉及一种胎

【技术实现步骤摘要】
胎
‑
路耦合作用下沥青路面损伤的细观动力学分析方法


[0001]本专利技术涉及车路耦合动力学
，尤其涉及一种胎
‑
路耦合作用下沥青路面损伤的细观动力学分析方法。

技术介绍

[0002]城市道路是城市规划建设的重要组成部分，是推动城市经济发展的重要动力。越发达的城市其城市道路也就越发达，在相当程度上反映了一个城市的发展状况和现代化进程；高速公路具有经济效益好、缓解交通压力、改善运输结构等特点。
[0003]沥青路面破坏问题日益凸显，如：裂缝、坑槽、车辙、拥包等，严重威胁车辆行驶安全并使得路面养护费用日益增多。因此，需要进行胎
‑
路耦合作用下沥青路面损伤研究。
[0004]然而，目前对于胎
‑
路耦合系统的研究多局限于宏观力学的视角，研究耦合系统的动力学响应，很难解释从材料变化到结构变化的耦合系统复杂动力学发展过程；另外，对于路面沥青混合料细观损伤的研究多为局限于试件尺度，多把轮胎对路面的作用简化为移动荷载，无法准确描述胎
‑
路耦合作用下沥青路面的真实受力状态，导致一些研究成果应用于实际工程效果欠佳。

技术实现思路

[0005]本专利技术所要解决的技术问题是提供一种胎
‑
路耦合作用下沥青路面损伤的细观动力学分析方法。
[0006]为解决上述问题，本专利技术所采取的技术方案是：
[0007]一种胎
‑
路耦合作用下沥青路面损伤的细观动力学分析方法，所述方法包括：
[0008]步骤一、分别采用线性模型、Burgers模型和改进Burgers模型来表示集料
‑
集料、砂浆
‑
砂浆、集料
‑
砂浆之间的连接，其中，每种模型中均包含有未知细观参数；
[0009]步骤二、运用牛顿第二定律和力平衡理论推导三种模型的宏观
‑
细观参数转化关系后，通过室内沥青蠕变试验确定每个模型的未知细观参数，得到粘弹性多层铺装模型；
[0010]步骤三、构建柔性离散元轮胎模型，基于所述柔性离散元轮胎模型和所述粘弹性多层铺装模型构建柔性胎
‑
路耦合系统细观动力学模型。
[0011]作为专利技术的一种实施方式，步骤一中：
[0012]线性模型的本构方程为：
[0013]F
n
＝K
n
u
n
；
[0014]F
s
＝K
s
u
s
；
[0015]其中，F
s
和F
n
分别为接触点沿着切线方向和法线方向的作用力；K
s
和K
n
分别为切线方向和法线方向刚度；u
s
和u
n
分别为接触点沿着切线方向和法线方向的位移；
[0016]Burgers模型的本构方程为：
[0017][0018][0019][0020][0021]其中，和分别为Maxwell模型中弹簧和阻尼沿着法线方向的位移；和分别为Maxwell模型中弹簧和阻尼沿着切线方向的位移；u
kn
和u
ks
分别为Kelvin模型沿着法线方向和切线方向的位移；
[0022]改进Burgers模型的本构方程为：
[0023][0024][0025][0026]其中，K
mn
和K
ms
分别为模型中Maxwell部分的法向和切向刚度；C
mn
和C
ms
分别为模型中Maxwell部分的法向和切向阻尼；K
kn
和K
ks
分别为模型中Kelvin部分的法向和切向刚度；C
kn
和C
ks
分别为模型中Kelvin部分的法向和切向阻尼；和为集料A切线方向和法线方向刚度；和分别为砂浆B的Maxwell部分的法向和切向刚度；和分别为砂浆B的Maxwell部分的法向和切向阻尼；和分别为砂浆B的Kelvin部分的法向和切向刚度；和分别为砂浆B的Kelvin部分的法向和切向阻尼。
[0027]作为专利技术的一种实施方式，所述步骤二包括：
[0028]S201、运用牛顿第二定律和力平衡理论推导线性模型的未知细观参数K
s
和集料宏观参数E、ν'的转化关系如下：
[0029][0030][0031]其中，G为集料的切变模量，E为杨氏模量，ν'为集料的泊松比；
[0032]S202、运用牛顿第二定律和力平衡理论推导Burgers模型的未知细观参数K
mn
、K
ms
、C
mn
、C
ms
、K
kn
、K
ks
、C
kn
、C
ks
和砂浆宏观参数E1，E2，η1，η2、ν的转化关系如下：
[0033]K
mn
＝E1t；C
mn
＝η1t；K
kn
＝E2t；C
kn
＝η2t；
[0034][0035]其中，E1，E2均为砂浆的杨氏模量，η1，η2均为砂浆的粘度，ν为砂浆的泊松比；
[0036]S202、运用牛顿第二定律和力平衡理论推导改进Burgers模型的未知细观参数K
mn
、K
ms
、C
mn
、C
ms
、K
kn
、K
ks
、C
kn
、C
ks
和砂浆宏观参数E1，E2，η1，η2、ν的转化关系如下：
[0037][0038][0039]其中，其中，E1，E2均为砂浆的杨氏模量，η1，η2均为砂浆的粘度，ν为砂浆的泊松比；
[0040]步骤S204、获取集料的E、ν'，通过室内沥青蠕变试验得到砂浆的E1，E2，η1，η2、ν后，代入步骤S201
‑
步骤S203的转化关系式，确定每个模型的未知细观参数，即得到粘弹性多层铺装模型。
[0041]作为专利技术的一种实施方式，步骤三中，采用下述方法构建柔性离散元轮胎模型：
[0042]采用离散元方法，把实际轮胎离散成若干颗粒，颗粒之间通过弹簧和阻尼连接，应用牛顿第二定律计算颗粒的运动状态和颗粒之间的接触力，构建柔性离散元轮胎模型。
[0043]作为专利技术的一种实施方式，构建柔性离散元轮胎模型后，步骤三还包括：进行轮胎静刚度测试，以确定所述柔性离散元轮胎模型的准确性；
[0044]其具体包括：调整离散元轮胎颗粒的刚度参数和阻尼参数，计算轮胎在荷载作用下的多个理论变形量，将多个理论变形量与轮胎静刚度试验中对应获得的多个实际变形量进行比对，确定所述柔性离散元轮胎模本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种胎
‑
路耦合作用下沥青路面损伤的细观动力学分析方法，其特征在于，所述方法包括：步骤一、分别采用线性模型、Burgers模型和改进Burgers模型来表示集料
‑
集料、砂浆
‑
砂浆、集料
‑
砂浆之间的连接，其中，每种模型中均包含有未知细观参数；步骤二、运用牛顿第二定律和力平衡理论推导三种模型的宏观
‑
细观参数转化关系后，通过室内沥青蠕变试验确定每个模型的未知细观参数，得到粘弹性多层铺装模型；步骤三、构建柔性离散元轮胎模型，基于所述柔性离散元轮胎模型和所述粘弹性多层铺装模型构建柔性胎
‑
路耦合系统细观动力学模型。2.根据权利要求1所述的胎
‑
路耦合作用下沥青路面损伤的细观动力学分析方法，其特征在于，步骤一中：线性模型的本构方程为：F
n
＝K
n
u
n
；F
s
＝K
s
u
s
；其中，F
s
和F
n
分别为接触点沿着切线方向和法线方向的作用力；K
s
和K
n
分别为切线方向和法线方向刚度；u
s
和u
n
分别为接触点沿着切线方向和法线方向的位移；Burgers模型的本构方程为：Burgers模型的本构方程为：Burgers模型的本构方程为：Burgers模型的本构方程为：其中，和分别为Maxwell模型中弹簧和阻尼沿着法线方向的位移；和分别为Maxwell模型中弹簧和阻尼沿着切线方向的位移；u
kn
和u
ks
分别为Kelvin模型沿着法线方向和切线方向的位移；改进Burgers模型的本构方程为：改进Burgers模型的本构方程为：改进Burgers模型的本构方程为：其中，K
mn
和K
ms
分别为模型中Maxwell部分的法向和切向刚度；C
mn
和C
ms
分别为模型中Maxwell部分的法向和切向阻尼；K
kn
和K
ks
分别为模型中Kelvin部分的法向和切向刚度；C
kn
和C
ks
分别为模型中Kelvin部分的法向和切向阻尼；和为集料A切线方向和法线方向刚度；和分别为砂浆B的Maxwell部分的法向和切向刚度；和分别为砂浆B的Maxwell部分的法向和切向阻尼；和分别为砂浆B的Kelvin部分的法向和切向刚度；和分别为砂浆B的Kelvin部分的法向和切向阻尼。
3.根据权利要求2所述的胎
‑
路耦合作用下沥青路面损伤的细观动力学分析方法，其特征在于，所述步骤二包括：S201、运用牛顿第二定律和力平衡理论推导线性模型的未知细观参数K
s
和集料宏观参数E、ν'的转化关系如下：数E、ν'的转化关系如下：其中，G为集料的切变模量，E为杨氏模量，ν'为集料的泊松比；S202、运用牛顿第二定律和力平衡理论推导Burgers模型的未知细观参数K
mn
、K
ms
、C
mn
、C
ms
、K
kn
、K
ks
、C
kn...

【专利技术属性】
技术研发人员：张霞，陈恩利，李阳，王翠艳，马凯杰，李南鹏，姜伟，申大为，
申请(专利权)人：河北雄安京德高速公路有限公司，
类型：发明
国别省市：