不平整路面车辆动荷载计算方法研究

摘要

车辆在不平整路面上高速行驶，路面对车辆产生随机激励，导致车辆垂直振动。这种振动影响了沥青路面的动力响应，使路面平整度的衰减速度加快，车辆行驶与平整度差的路面上产生更大的附加振动，因此路面平整度和车辆动荷载之间存在耦合关系。为深入研究路面在车辆振动影响下的响应情况，必须对车辆路面耦合动力学模型进行研究。
　　基于车路耦合作用，本文从路面平整度激励入手，运用随机测量数理统计理论依拉达拉法则对实测平整度指标数据进行预处理，建立置信误差标准α对路面进行分段，基于M.W.Sayers理论建立分段路面正弦波形函数作为车路耦合作用的不平整度激励。通过路段车辆轴载调查得到高速公路常见载重车型，根据车辆振动理论建立高速公路常见载重车型的车路振动力学模型。运用MATLAB软件编写程序实车辆动荷载的计算，根据计算结果对平整度波形参数、车辆行驶速度、车辆载重、车辆轮胎胎压对动荷载的影响规律进行研究。得到的主要研究结果有:
　　①路面不平整度参数波长λ、幅值α和标准差σ之间存在着定量关系。波长与幅值符合二次多项式拟合关系，波长与标准差呈反比例关系，幅值与标准差呈正比例关系。
　　②运用置信误差α分段后计算得到的路面的平均标准差较按公里分段计算平均标准差结果更可靠精确。
　　③二轴车辆（1+2型）后轮动荷载和动荷载系数均比前轮小;三轴车辆(1+5型)后轮动荷载和动荷载系数最大，中间轮动荷载和动荷载系数最小;四轴车辆挂车前后车轮动荷载相差较小且均比拖车车轮动荷载和动荷载系数大。
　　④车辆动荷载均随着路面的波形幅值和波长的增大而增大;车辆行驶速度对车辆动载影响较大，随着车速的增大车辆动载和动载系数相应增加;车辆动载和动载系数随着载重增加而降低，空车动载大不容忽视;超压行驶车辆产生的动荷载和动荷载系数较大，必须严格控制。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．2 国内外的研究现状及发展

1．2．1 路面平整度控制研究现状

1．2．2 车辆动力学研究现状

1．2．3 车辆与路面相互作用系统的研究现状

1．3 本文主要研究内容

第二章 路面平整度的描述及仿真

2．1 路面不平整度概述

2．1．1 路面不平整度的定义

2．1．2 路面不平整度的检测方法和评价指标

2．2 路面不平整度的描述方法

2．2．1 路面不平整度的国际平整度指数

2．2．2 路面不平整度的功率谱密度

2．3 路面不平度各指标间的转换关系

2．3．1 国际平整度指标与最大间隙间的转换关系

2．3．2 国际平整度与标准差间的转换关系

2．4 连续式平整度测量仪仿真

2．4．1 路面不平整度测量原理

2．4．2 连续式平整度仪测量仿真模型建立

2．5 平整度标准差与波形状态参数间的关系研究

2．5．1 平整度标准差σ的求解

2．5．2 波长l与幅值a的关系

2．5．3 平整度标准差σ与幅值a的关系

2．5．4 平整度标准差σ与波长l的关系

2．6 小结

第三章 基于实测不平整度数据的路面波形模拟

3．1 实测数据的预处理

3．1．1 数据预处理方法

3．1．2 数据预处理程序及结果

3．2 基于实测数据的不平整路面分段

3．2．1 路面分段原理

3．2．2 实测路面分段

3．3 不平整路面波形函数分段模拟

3．3．1 实测路段波形函数计算

3．3．2 实测路段路面不平整度波形图

3．4 小结

第四章 不平整沥青路面动荷载计算模型

4．1 车辆动荷载概述

4．1．1 车辆动荷载产生的原因

4．1．2 车辆动荷载的分类

4．1．3 动荷载评价指标

4．2 车辆振动理论

4．3 典型路段重型车辆组成和轴载调查

4．4 车辆振动模型建立

4．4．1 二轴车(1+2)车辆模型建立

4．4．2 三轴车(1+2+2)车辆模型建立及求解

4．4．3 四轴车(1+1+5)车辆模型建

4．5 弯坡路段车辆动荷载分析

4．5．1 弯坡路段行驶车辆稳定性分析

4．5．2 弯坡路段车辆振动模型建立

4．6 小结

第五章 不平整沥青路面车辆动荷载计算结果

5．1 动荷载计算主程序界面

5．2 车辆参数的选择

5．2．1 二轴车车辆参数

5．2．2 三轴车车辆参数

5．2．3 四轴车车辆参数

5．3 平直路段动荷载计算结果

5．3．1 二轴车计算结果

5．3．2 三轴车计算结果

5．3．3 四轴车计算结果

5．4 弯坡路段车辆动荷载计算结果

5．4．1 二轴车计算结果

5．4．2 三轴车计算结果

5．4．3 四轴车计算结果

5．5 车动荷载影响因素分析

5．5．1 车辆动荷载与路面波形函数的关系

5．5．2 车辆动荷载与速度的关系

5．5．3 车辆动荷载与载重的关系

5．5．4 车辆动荷载与胎压的关系

5．6 小结

第六章 结论与展望

6．1 本文主要研究成果及结论

6．2 工作展望

致谢

参考文献

在读期间发表的学术论文与研究成果