兵工学报 ›› 2024, Vol. 45 ›› Issue (1): 299-311.doi: 10.12382/bgxb.2022.0413
吉新博1, 卢卫建1, 吕琛2, 王玺1,*(), 廉政1, 何丽1
收稿日期:
2022-05-19
上线日期:
2024-01-30
通讯作者:
基金资助:
JI Xinbo1, LU Weijian1, LÜ Chen2, WANG Xi1,*(), LIAN Zheng1, HE Li1
Received:
2022-05-19
Online:
2024-01-30
摘要:
为研究不同冲击载荷下典型路面结构的动态弯沉响应数值规律,开展试验勘测等级公路信息,分析实测数据并归纳出等级公路承载能力与路面结构的相关关系,基于统计规律构建了承载力维度下的典型路面结构。建立包含塑性损伤的多层连续道路结构模型,通过比对仿真结果与试验数据验证模型的有效性,研究模型大小对不同冲击载荷作用下路面弯沉仿真结果的影响。开展不同冲击载荷下典型路面结构的弯沉响应规律研究,计算出冲击载荷作用下路面峰值沉降与残余沉降数值,揭示不同冲击载荷下典型路面结构弯沉响应内在规律。研究结果表明:包含塑性损伤的多层连续道路结构模型能够准确反映冲击载荷下路面真实动态弯沉响应;不同冲击载荷下,路面沉降中塑性沉降量占比与冲击载荷幅值满足双指数方程;百吨级范围内,路面沉降中弹性回弹部分随冲击载荷幅值增大而增大,塑性沉降部分与载荷幅值呈指数正相关关系;百吨级以上,路面沉降中弹性回弹量达到上限1.2~1.3mm,路面塑性沉降量与载荷幅值呈线性关系。开展的不同冲击载荷下模型大小对仿真结果的影响规律研究可为有限元仿真中确定合适的仿真模型尺度提供参考。
中图分类号:
吉新博, 卢卫建, 吕琛, 王玺, 廉政, 何丽. 不同冲击载荷下典型路面结构的动态弯沉响应[J]. 兵工学报, 2024, 45(1): 299-311.
JI Xinbo, LU Weijian, LÜ Chen, WANG Xi, LIAN Zheng, HE Li. Dynamic Deflection Response of Typical Pavement Structure under Different Impact Loads[J]. Acta Armamentarii, 2024, 45(1): 299-311.
层数及总厚度 | 2层道路 | 3层道路 | 4层道路 |
---|---|---|---|
第1层 | 177.15 | 101.83 | 84.62 |
第2层 | 241.32 | 245.45 | 220.59 |
第3层 | 270.81 | 223.66 | |
第4层 | 218.63 | ||
总厚度 | 418.47 | 618.09 | 747.50 |
表1 不同沥青路面结构层厚信息
Table 1 Layer thickness information of different asphalt pavement structures mm
层数及总厚度 | 2层道路 | 3层道路 | 4层道路 |
---|---|---|---|
第1层 | 177.15 | 101.83 | 84.62 |
第2层 | 241.32 | 245.45 | 220.59 |
第3层 | 270.81 | 223.66 | |
第4层 | 218.63 | ||
总厚度 | 418.47 | 618.09 | 747.50 |
Pearson相关性 | 弯沉均值 | 弯沉最大值 |
---|---|---|
面层厚度 | -0.18 | -0.19 |
路层总厚度 | -0.06 | -0.07 |
表2 两层沥青路面弯沉与路层厚度相关性
Table 2 Correlation between two-layer asphalt pavement deflection and pavement thickness
Pearson相关性 | 弯沉均值 | 弯沉最大值 |
---|---|---|
面层厚度 | -0.18 | -0.19 |
路层总厚度 | -0.06 | -0.07 |
聚类中心 | 面层厚度/mm | 基层厚度/mm |
---|---|---|
聚类中心1 | 190.01 | 219.93 |
聚类中心2 | 48.60 | 308.95 |
聚类中心3 | 235.20 | 296.01 |
聚类中心4 | 36.12 | 195.55 |
表3 两层沥青道路结构聚类结果
Table 3 Clustering result of two-layer asphalt road
聚类中心 | 面层厚度/mm | 基层厚度/mm |
---|---|---|
聚类中心1 | 190.01 | 219.93 |
聚类中心2 | 48.60 | 308.95 |
聚类中心3 | 235.20 | 296.01 |
聚类中心4 | 36.12 | 195.55 |
路层 | 厚度/mm |
---|---|
沥青面层 | 30 |
石灰土基层 | 180 |
土基层 | ∞ |
表4 四级公路路面典型结构
Table 4 Typical structure of four-grade highway pavement
路层 | 厚度/mm |
---|---|
沥青面层 | 30 |
石灰土基层 | 180 |
土基层 | ∞ |
土体本构模型 | 模型力学特性 |
---|---|
M-C模型 | 采用剪切破坏准则,适用于模拟单调荷载下的颗粒状材料,无法反映压缩导致的屈服 |
D-P模型 | 屈服面具有多种形式,适用于模拟粒状土壤和岩石等摩擦材料,无法反映压缩导致的屈服 |
修正D-P帽盖模型 | 在D-P模型基础上增加帽盖屈服面,引入压缩导致的屈服,同时控制材料在剪切作用下的剪胀 |
临界状态塑性模型(修正剑桥模型) | 采用椭圆屈服面和相适应的流动法则,可以反映土体的压硬性和摩擦性,指数形式的硬化规律仅适用于Abaqus/Standard |
表5 土体本构模型特性汇总
Table 5 Summary of characteristics of soil constitutive model
土体本构模型 | 模型力学特性 |
---|---|
M-C模型 | 采用剪切破坏准则,适用于模拟单调荷载下的颗粒状材料,无法反映压缩导致的屈服 |
D-P模型 | 屈服面具有多种形式,适用于模拟粒状土壤和岩石等摩擦材料,无法反映压缩导致的屈服 |
修正D-P帽盖模型 | 在D-P模型基础上增加帽盖屈服面,引入压缩导致的屈服,同时控制材料在剪切作用下的剪胀 |
临界状态塑性模型(修正剑桥模型) | 采用椭圆屈服面和相适应的流动法则,可以反映土体的压硬性和摩擦性,指数形式的硬化规律仅适用于Abaqus/Standard |
ρ/(t·mm-3) | E0/MPa | μ | d/kPa | β | R |
---|---|---|---|---|---|
1.8×10-9 | 150 | 0.25 | 40 | 25 | 0.001 |
表6 土基层材料参数
Table 6 Soil base material parameters
ρ/(t·mm-3) | E0/MPa | μ | d/kPa | β | R |
---|---|---|---|---|---|
1.8×10-9 | 150 | 0.25 | 40 | 25 | 0.001 |
功能层 | ρ/(t·mm-1) | E/MPa | μ |
---|---|---|---|
沥青面层 | 2.5×10-9 | 2500 | 0.25 |
石灰土基层 | 1.75×10-9 | 600 | 0.25 |
表7 路面各层结构材料参数
Table 7 Material parameters of each layer of pavement structure
功能层 | ρ/(t·mm-1) | E/MPa | μ |
---|---|---|---|
沥青面层 | 2.5×10-9 | 2500 | 0.25 |
石灰土基层 | 1.75×10-9 | 600 | 0.25 |
模型大小 | 10t冲击路面 峰值沉降/mm | 174t冲击路面 峰值沉降/mm |
---|---|---|
最小模型1 | 0.541 | 69.229 |
四级公路(最小宽度) | 0.536 | 58.006 |
四级公路(一般宽度) | 0.534 | 47.647 |
三级公路 | 0.539 | 43.522 |
二级公路 | 0.540 | 40.302 |
工程数值 | 0.508 |
表8 不同大小模型弯沉计算结果对比
Table 8 Comparison of deflection calculation results of different models
模型大小 | 10t冲击路面 峰值沉降/mm | 174t冲击路面 峰值沉降/mm |
---|---|---|
最小模型1 | 0.541 | 69.229 |
四级公路(最小宽度) | 0.536 | 58.006 |
四级公路(一般宽度) | 0.534 | 47.647 |
三级公路 | 0.539 | 43.522 |
二级公路 | 0.540 | 40.302 |
工程数值 | 0.508 |
冲击 载荷/t | 沉降量/mm | ||
---|---|---|---|
弹性回弹量 | 残余沉降量 | 峰值沉降量 | |
10 | 0.311 | 0.210 | 0.521 |
50 | 0.326 | 1.368 | 1.694 |
100 | 1.120 | 30.673 | 31.793 |
174 | 1.235 | 56.970 | 58.210 |
200 | 1.276 | 67.175 | 68.451 |
500 | 1.124 | 175.086 | 176.210 |
表9 不同冲击载荷下弯沉仿真计算结果
Table 9 Summary of simulated results of deflection under different impact loads
冲击 载荷/t | 沉降量/mm | ||
---|---|---|---|
弹性回弹量 | 残余沉降量 | 峰值沉降量 | |
10 | 0.311 | 0.210 | 0.521 |
50 | 0.326 | 1.368 | 1.694 |
100 | 1.120 | 30.673 | 31.793 |
174 | 1.235 | 56.970 | 58.210 |
200 | 1.276 | 67.175 | 68.451 |
500 | 1.124 | 175.086 | 176.210 |
[1] |
冯锦艳, 郭志培, 于志全. 冲击载荷下低等级沥青路沉降计算方法探讨[J]. 地下空间与工程学报, 2016, 12(增刊2):889-893.
|
|
|
[2] |
邓学钧, 黄晓明, 沈伟新. 弹性层状体系的动力响应分析[J]. 土木工程学报, 1995, 28(3):9-16.
|
|
|
[3] |
侯芸, 郭忠印, 田波, 等. 动荷作用下沥青路面结构的变形响应分析[J]. 中国公路学报, 2002, 15(3):8-12.
|
|
|
[4] |
张震东, 马大为, 任杰, 等. 冷发射装备对地载荷作用下预设场坪的动力响应研究[J]. 兵工学报, 2015, 36(2):279-286.
doi: 10.3969/j.issn.1000-1093.2015.02.013 |
|
|
[5] |
张震东, 马大为, 仲健林, 等. 某型导弹冷发射装备场坪适应性研究[J]. 兵工学报, 2020, 41(2):280-290.
doi: 10.3969/j.issn.1000-1093.2020.02.009 |
|
|
[6] |
周晓和, 马大为, 胡建国, 等. 某导弹无依托发射场坪动态响应研究[J]. 兵工学报, 2014, 35(10):1595-1603.
doi: 10.3969/j.issn.1000-1093.2014.10.012 |
|
|
[7] |
王桂娇. 某机动导弹发射场坪承载性能研究[D]. 哈尔滨: 哈尔滨工业大学, 2014.
|
|
|
[8] |
黄韬. 基于参数化的某型装备发射动力学分析[D]. 南京: 南京理工大学, 2017.
|
|
|
[9] |
袁成林. 强冲击作用下发射场坪动力响应研究[D]. 南京: 南京理工大学, 2018.
|
|
|
[10] |
程洪杰, 赵媛. 导弹无依托发射场坪极限承载力影响因素敏感性分析[J]. 兵工自动化, 2014, 33(5):7-10.
|
|
|
[11] |
林钦栋, 冯春, 唐德泓, 等. 冲击载荷作用下路面结构的沉降及破坏特征[J]. 爆炸与冲击, 2019, 39(11):109-122.
|
|
|
[12] |
陈雍春, 于晓贺, 杨川文. 基于GPR的沥青路面厚度检测及均匀性评价[J]. 交通科技, 2021(4):70-73.
|
|
|
[13] |
金雄. 落锤式弯沉仪在公路检测中的应用[J]. 交通世界, 2020(8):93-94.
|
|
|
[14] |
|
[15] |
|
[16] |
马新, 郭忠印, 杨群. 移动荷载作用下沥青路面动态响应三维有限元分析[J]. 重庆交通大学学报(自然科学版), 2009, 28(4):702-707.
|
|
|
[17] |
费康. ABAQUS岩土工程实例详解[M]. 北京: 人民邮电出版社, 2017:82-83.
|
|
|
[18] |
王旭东. 沥青路面材料动力特性与动态参数[M]. 北京: 人民交通出版社, 2008.
|
|
|
[19] |
胡蓉. 杭州市政道路动态弯沉检测及半刚性路面结构适用性分析[D]. 杭州: 浙江大学, 2014.
|
|
|
[20] |
黄韬, 马大为, 张震东. 基于ABAQUS的发射场坪建模与动态响应研究[J]. 火炮发射与控制学报, 2017, 38(1):22-27.
|
|
[1] | 柳锦春, 王钰颖, 孙妮. 喷涂聚脲加固双向砌体墙抗燃气爆炸性能数值分析[J]. 兵工学报, 2023, 44(S1): 138-143. |
[2] | 乔扬, 赵至诚, 谢晶, 陈鹏万. SLM钛合金蜂窝结构的面内压缩力学行为[J]. 兵工学报, 2023, 44(3): 629-637. |
[3] | 韩佳彤, 王昕, 张磊, 李振, 王鹏飞, 赵振宇, 卢天健. 泡沫子弹冲击下预制圆孔Q235钢板的动态响应与破坏机理[J]. 兵工学报, 2023, 44(12): 3654-3666. |
[4] | 王昊, 徐斌, 王舒, 徐永杰, 吴浩. 盒型芯层波纹板的抗爆炸冲击防护性能[J]. 兵工学报, 2023, 44(12): 3687-3695. |
[5] | 袁名正, 潘腾, 卞晓兵, 杨磊, 周宏元, 黄广炎, 张宏. 曲面型纤维复材防护掩体在爆炸冲击波下的响应特性[J]. 兵工学报, 2023, 44(12): 3909-3920. |
[6] | 杨占华, 刘春生, 李军, 郭少鹏, 李建阳. 空降车辆着陆缓冲过程动态建模仿真[J]. 兵工学报, 2022, 43(S1): 26-34. |
[7] | 喻争, 王舒, 董方栋, 郑志军, 崔世堂, 张永亮. 分段杆弹的梯度化设计[J]. 兵工学报, 2022, 43(9): 2300-2306. |
[8] | 杨晓光,党建军,王鹏,王亚东,陈诚,李得英. 波浪对航行体高速入水载荷特性影响[J]. 兵工学报, 2022, 43(2): 355-362. |
[9] | 袁绪龙, 栗敏, 丁旭拓, 任伟, 周方旭. 跨介质航行器高速入水冲击载荷特性[J]. 兵工学报, 2021, 42(7): 1440-1449. |
[10] | 李俊承, 陈刚, 黄风雷, 卢永刚, 谭晓军, 黄魏银. 截卵形弹体Taylor撞击的变形特点和冲击载荷特性[J]. 兵工学报, 2021, 42(6): 1157-1168. |
[11] | 李子轩, 杨国来, 刘宁. 强冲击载荷下电磁缓冲器有限元仿真模型[J]. 兵工学报, 2021, 42(5): 913-923. |
[12] | 徐萧, 金磊, 黄莎玲, 高世桥, 张虎生. 飞片冲击载荷在环氧树脂/印刷电路板/环氧树脂界面处的传递特性[J]. 兵工学报, 2020, 41(9): 1817-1825. |
[13] | 卢广照, 姜春兰, 毛亮, 王在成. 薄钢板在CL-20基含铝炸药内爆载荷作用下的变形响应和工程预测[J]. 兵工学报, 2020, 41(8): 1509-1518. |
[14] | 彭泽宇, 颜培. 低温切削奥氏体304不锈钢残余应力研究[J]. 兵工学报, 2019, 40(6): 1271-1276. |
[15] | 祁武超, 刘恒, 金德玉. 内埋弹舱弹射冲击载荷特性研究[J]. 兵工学报, 2019, 40(4): 889-896. |
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