輪胎路面交互作用數(shù)值模擬分析.pdf

1、傳統(tǒng)的瀝青路面力學(xué)分析中對(duì)車輛荷載假定為為雙圓均布靜態(tài)荷載,忽略了車輛荷載的動(dòng)態(tài)特性和非均勻分布狀態(tài);將路面結(jié)構(gòu)簡化為多層彈性體系,這種假設(shè)只適用于低溫小變形范圍,而瀝青路面在實(shí)際應(yīng)用中則大多表現(xiàn)為粘彈性體的力學(xué)特性。另一方面,規(guī)范以路表回彈彎沉作為路面結(jié)構(gòu)整體剛度的表征量,以瀝青層和半剛性基層層底拉應(yīng)力為控制疲勞開裂的設(shè)計(jì)指標(biāo),但按上述設(shè)計(jì)指標(biāo)設(shè)計(jì)的路面結(jié)構(gòu)很多情況下出現(xiàn)車轍等損害現(xiàn),這些指標(biāo)對(duì)路面結(jié)構(gòu)的損壞現(xiàn)象并沒有起到控制作用。因

2、此,需要研究輪胎與路面間的接觸對(duì)路面結(jié)構(gòu)力學(xué)響應(yīng)的影響,分析基于不同損壞類型的關(guān)鍵性力學(xué)指標(biāo)。
　　首先,建立輪胎三維結(jié)構(gòu)FEM模型。由于輪胎結(jié)構(gòu)復(fù)雜,由多達(dá)十幾種的橡膠及簾線復(fù)合材料構(gòu)成,所以本文對(duì)輪胎結(jié)構(gòu)進(jìn)行了合理的簡化,利用軟件ABAQUS建立子午線輪胎二維數(shù)值模型,并在二維模型的基礎(chǔ)上,通過旋轉(zhuǎn)、反射的技術(shù)手段建立輪胎結(jié)構(gòu)三維數(shù)值模型。
　　其次,建立大變形非線性輪胎與剛體接觸模型。輪胎與可變形路面的接觸模擬過程中,

3、由于二者均為可變形體,計(jì)算存在難于收斂的問題。所以本文基于解耦思想首先建立輪胎與剛性路面接觸模型,得到輪胎靜態(tài)工況及自由滾動(dòng)、牽引、制動(dòng)工況下與路面間相互作用的應(yīng)力場(chǎng)及并對(duì)其影響因素進(jìn)行分析。
　　再次,將典型輪胎花紋下的路表三向接觸應(yīng)力作為輸入,進(jìn)行非均布移動(dòng)荷載作用下的瀝青路面動(dòng)力響應(yīng)分析。建立半剛性基層粘彈性瀝青路面三維有限元模型,通過DLOAD子程序,將輪胎與剛性路面間非均布作用力作為移動(dòng)荷載施加于粘彈性瀝青路面結(jié)構(gòu),得到

4、輪胎自由滾動(dòng)、制動(dòng)及牽引工況下瀝青路面結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)時(shí)程分布及空間分布情況。
　　最后,基于車轍、疲勞損傷及荷載開裂病害,分別分析了與其危險(xiǎn)位置對(duì)應(yīng)的關(guān)鍵力學(xué)指標(biāo)。其中,車轍病害對(duì)應(yīng)的力學(xué)指標(biāo)為瀝青路面結(jié)構(gòu)上面層與中面層交接處的剪應(yīng)變;疲勞損傷發(fā)生的危險(xiǎn)位置為瀝青層底面,對(duì)應(yīng)的力學(xué)指標(biāo)為Mises應(yīng)力,其半剛性基層底部在橫向和縱向上所受到的拉、壓交替變化的應(yīng)力也值得注意;針對(duì)荷載開裂病害,應(yīng)重點(diǎn)控制瀝青表面層拉應(yīng)變及剪應(yīng)變,且控制位