輪胎路面交互作用數(shù)值模擬分析.pdf

1、傳統(tǒng)的瀝青路面力學分析中對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態(tài)特性和非均勻分布狀態(tài);將路面結構簡化為多層彈性體系,這種假設只適用于低溫小變形范圍,而瀝青路面在實際應用中則大多表現(xiàn)為粘彈性體的力學特性。另一方面,規(guī)范以路表回彈彎沉作為路面結構整體剛度的表征量,以瀝青層和半剛性基層層底拉應力為控制疲勞開裂的設計指標,但按上述設計指標設計的路面結構很多情況下出現(xiàn)車轍等損害現(xiàn),這些指標對路面結構的損壞現(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路面結構力學響應的影響,分析基于不同損壞類型的關鍵性力學指標。
　　首先,建立輪胎三維結構FEM模型。由于輪胎結構復雜,由多達十幾種的橡膠及簾線復合材料構成,所以本文對輪胎結構進行了合理的簡化,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上,通過旋轉、反射的技術手段建立輪胎結構三維數(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、牽引、制動工況下與路面間相互作用的應力場及并對其影響因素進行分析。
　　再次,將典型輪胎花紋下的路表三向接觸應力作為輸入,進行非均布移動荷載作用下的瀝青路面動力響應分析。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荷載施加于粘彈性瀝青路面結構,得到

4、輪胎自由滾動、制動及牽引工況下瀝青路面結構動力響應時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位置對應的關鍵力學指標。其中,車轍病害對應的力學指標為瀝青路面結構上面層與中面層交接處的剪應變;疲勞損傷發(fā)生的危險位置為瀝青層底面,對應的力學指標為Mises應力,其半剛性基層底部在橫向和縱向上所受到的拉、壓交替變化的應力也值得注意;針對荷載開裂病害,應重點控制瀝青表面層拉應變及剪應變,且控制位