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路面結(jié)構(gòu)的力學(xué)有限元分析是路而設(shè)計(jì)的一項(xiàng)重要內(nèi)容，理論設(shè)計(jì)方法、力學(xué)模型的建立與路而動力特性分析更是處于核心的地位。目前，世界上許多國家把路而結(jié)構(gòu)簡化為彈性半空間地基上的線彈性層狀體系，并采用靜態(tài)方法進(jìn)行求解。然而，實(shí)際行車荷載是動荷載，目前先進(jìn)的路而無損檢測設(shè)備，落錘式彎沉儀對路而施加的也是脈沖荷載。
因此，靜態(tài)分析方法與實(shí)際路而結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)有一定的差距，加之動態(tài)荷載作用下路而材料的行為表現(xiàn)也遠(yuǎn)非線彈性。基于動力學(xué)理論的路而結(jié)構(gòu)分析是路而設(shè)計(jì)方法進(jìn)一步發(fā)展的必由之路，也是路而長期性能研究的關(guān)鍵理論問題之一。Zaghloul和Whig的ABAQUS分析考慮了幾個(gè)柔性路而問題的現(xiàn)實(shí)條件，采用了3D分析，荷載模擬成動荷載。W.Uddin采用三維有限元模型，模擬FWD作用于瀝青路而表而，分析了荷載大小、加載時(shí)間等因素對路表彎沉的影響。在國內(nèi)，對路而結(jié)構(gòu)在特定動荷載作用下的一般響應(yīng)進(jìn)行了理論分析，鄧學(xué)鈞把半無限彈性層狀體系在空間上離散成有限元和無限元，得到了半波正弦荷載作用下層狀體系動態(tài)反應(yīng)的理論解。
本研究用有限元方法，對動荷載下柔性常規(guī)路而基礎(chǔ)動力響應(yīng)進(jìn)行了分析。研究中把粒狀基層考慮成彈性完全塑性模教Druker-Prager。路基作為彈塑性應(yīng)變硬化模緞CamClay，進(jìn)行了3D動力有限元分析。
盡管3D有限元分析需要相當(dāng)多的計(jì)算時(shí)間，對計(jì)算機(jī)內(nèi)存的要求也很高，但仍認(rèn)為要優(yōu)于2D有限元分析，能更好的反映交通荷載下的復(fù)合路而系統(tǒng)材料的復(fù)雜特性。
由于在水平X軸和y軸幾何和加載的對稱，僅采用了四分之一模型。模型區(qū)域必須足夠大，以避免邊界誤差，必須建立合理的模型維數(shù)，以使問題易于計(jì)算和存儲。模型深度為2.5m，這是為了保持同一個(gè)網(wǎng)格退化，監(jiān)測路基頂部的最大垂直應(yīng)變變化和AC層底部的最大疲勞應(yīng)變變化。模型深度直到這些變化被認(rèn)為可忽略。由此選擇的模型為2.5 m深、2.5 m寬，3 m長。
采用常規(guī)運(yùn)動學(xué)邊界條件，如網(wǎng)格的所有四個(gè)垂直邊界采用滾軸支撐，并在網(wǎng)格底部采用固定支撐。
本研究只考慮了單個(gè)車輪荷載，即80 kN的單軸荷載。采用的3D有限元分析中，接觸壓力的分布假定是統(tǒng)一的550 kPa，輪胎痕跡的形狀可看作是長度為L的圓角矩形。
當(dāng)車輛行駛在高速公路時(shí)，軸向和徑向應(yīng)力變化短時(shí)間內(nèi)可認(rèn)為是應(yīng)力脈沖。這些脈沖的大小、形狀和周期隨車輪荷載、速度及在路而的深度而變化。當(dāng)荷載直接作用在給定點(diǎn)上，該點(diǎn)應(yīng)力達(dá)到最大值;而荷載距離該點(diǎn)相當(dāng)遠(yuǎn)時(shí)，應(yīng)力為00因此認(rèn)為應(yīng)力波為正弦曲線或三角形波是合理的。本文采用了峰值為40 kN的三角應(yīng)力波，周期為0.1 s。
靜力分析得到最大垂直表而彎曲，可以進(jìn)行動力分析，用ADINA中的隱方式實(shí)現(xiàn)。Bathe詳細(xì)介紹了動力分析的方法技術(shù)，通過靜力和動力分析結(jié)果對比中發(fā)現(xiàn)，動力分析得到的路而最大垂直表而彎曲比相應(yīng)的靜力分析結(jié)果小幾乎50%，這是動力分析所期待的，因?yàn)閼T性力、耗散力和內(nèi)力吸收了外加力所做的功。而靜力分析中，只有內(nèi)力吸收了外力做的功，導(dǎo)致更大的位移。
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