本文關(guān)鍵詞：飛機(jī)多輪荷載作用下瀝青道面高溫變形疊加效應(yīng)研究

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【摘要】：飛機(jī)多輪起落架通過道面某一點(diǎn)時(shí),多輪荷載就會(huì)在道面內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力干涉和疊加現(xiàn)象,然而,機(jī)場(chǎng)瀝青瀝青混合料高溫性能的評(píng)價(jià)通常沿用公路工程的試驗(yàn)方法,無法考慮飛機(jī)起落架多輪荷載疊加和干涉對(duì)瀝青道面高溫變形的影響。這種不合理的材料評(píng)價(jià)導(dǎo)致機(jī)場(chǎng)瀝青道面在高溫條件下極易發(fā)生輪轍損壞,影響機(jī)場(chǎng)的安全運(yùn)營(yíng)。鑒于此,本文在充分分析機(jī)場(chǎng)瀝青道面多輪荷載下道面力學(xué)響應(yīng)疊加特性的基礎(chǔ)上,研究飛機(jī)多輪荷載作用下瀝青混合料高溫變形疊加效應(yīng)評(píng)價(jià)方法,進(jìn)而對(duì)多輪荷載下瀝青混合料高溫破壞疊加效應(yīng)、影響因素等問題開展研究,從而為科學(xué)合理地評(píng)價(jià)機(jī)場(chǎng)瀝青道面材料的抗輪轍性能提供依據(jù)�；诠饫w光柵傳感技術(shù)和局域網(wǎng)技術(shù)在機(jī)場(chǎng)道面建立機(jī)場(chǎng)瀝青道面結(jié)構(gòu)信息無線傳輸實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng),獲取了飛機(jī)荷載作用位置、飛機(jī)滑跑速度、瀝青道面溫度、瀝青道面應(yīng)力應(yīng)變響應(yīng)時(shí)程及荷載疊加特性等信息。依據(jù)監(jiān)測(cè)信息基于ABAQUS軟件建立了機(jī)場(chǎng)瀝青道面道面粘彈性-非均布移動(dòng)荷載有限元模型,通過現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)結(jié)果對(duì)模型進(jìn)行驗(yàn)證。提取了6處代表性位置的應(yīng)力和應(yīng)變沿瀝青面層深度的分布曲線,結(jié)果表明,在多輪荷載包圍區(qū)域內(nèi)部,剪應(yīng)力和剪應(yīng)變疊加減小,水平向正應(yīng)力疊加增大,三向正應(yīng)變?cè)龃?在多輪荷載包圍區(qū)域外側(cè),剪應(yīng)力和剪應(yīng)變疊加增大,水平向正應(yīng)力和正應(yīng)變疊加增大。可以判斷得出,多輪荷載作用下荷載包圍區(qū)域內(nèi)部易于發(fā)生隆起變形,荷載包圍區(qū)域外側(cè)更易發(fā)生剪切破壞。確定4輪荷載作為多輪疊加效應(yīng)的分析對(duì)象。針對(duì)飛機(jī)多輪荷載引起的道面力學(xué)響應(yīng)疊加特點(diǎn),開發(fā)了可反映該力學(xué)特點(diǎn)的四點(diǎn)貫入剪切試驗(yàn)夾具和試驗(yàn)方法,基于ABAQUS軟件建立了四點(diǎn)貫入剪切試驗(yàn)?zāi)Ｐ?對(duì)關(guān)鍵點(diǎn)處的應(yīng)力應(yīng)變分析表明,四點(diǎn)貫入剪切試驗(yàn)具有飛機(jī)多輪荷載下瀝青道面的力學(xué)分布特征。通過對(duì)不同高徑比的模型進(jìn)行計(jì)算,確定了試件的合理尺寸。采用工業(yè)CT技術(shù),對(duì)四點(diǎn)貫入剪切試驗(yàn)過程中試件的集料傾角變化規(guī)律與車轍試驗(yàn)的集料傾角變化規(guī)律進(jìn)行比對(duì),發(fā)現(xiàn)二者具有相似的變化趨勢(shì),從變形特性上驗(yàn)證了試驗(yàn)方法的可行性。將四點(diǎn)貫入剪切試驗(yàn)的破壞模式與單軸貫入剪切標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)的破壞模式進(jìn)行了對(duì)比分析,且通過排除試件發(fā)生壓縮破壞試驗(yàn),證明了四點(diǎn)貫入剪切試驗(yàn)反映剪切破壞的有效性。采用四點(diǎn)貫入剪切試驗(yàn)和單軸貫入剪切試驗(yàn)對(duì)比分析荷載疊加作用對(duì)貫入剪切試驗(yàn)指標(biāo)的影響。同時(shí)采用四點(diǎn)貫入剪切疲勞試驗(yàn)和單軸貫入剪切疲勞試驗(yàn)比對(duì),分析荷載疊加作用對(duì)瀝青混合料粘彈性參數(shù)的影響,采用五元件損傷耦合模型分析四點(diǎn)貫入剪切疲勞試驗(yàn)對(duì)瀝青混合料蠕變損傷的影響。貫入剪切試驗(yàn)指標(biāo)的變化、粘彈性參數(shù)的變化和損傷曲線均表明,荷載疊加作用加大了瀝青混合料發(fā)生高溫變形破壞的可能性。通過對(duì)8種瀝青混合料得出的貫入強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度、貫入荷載增長(zhǎng)率、剪切疲勞壽命和損傷因子的單因素方差分析和與動(dòng)穩(wěn)定度的灰關(guān)聯(lián)分析,表明貫入荷載增長(zhǎng)率是評(píng)價(jià)荷載疊加下混合料高溫變形的敏感性指標(biāo),且與動(dòng)穩(wěn)定度的關(guān)聯(lián)性最好,基于該指標(biāo)提出考慮多輪疊加效應(yīng)動(dòng)穩(wěn)定度DS*的試驗(yàn)流程。依托貫入荷載增長(zhǎng)率指標(biāo)對(duì)多輪荷載作用下瀝青混合料高溫變形疊加效應(yīng)的影響因素進(jìn)行了分析,采用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)分析了疊加效應(yīng)的主導(dǎo)影響因素及顯著的影響因素,基于離散元方法分析了主要影響因素的作用機(jī)理。結(jié)果表明,級(jí)配及骨架結(jié)構(gòu)是影響高溫變形疊加效應(yīng)的主導(dǎo)影響因素,離散元計(jì)算結(jié)果表明,骨架結(jié)構(gòu)瀝青混合料的剪應(yīng)力疊加增大效應(yīng)更強(qiáng),引起的破壞更大�；谙嗨菩岳碚撻_發(fā)了適用于評(píng)價(jià)飛機(jī)多輪荷載下瀝青混合料輪轍變形的多輪輪轍儀。采用ABAQUS軟件建模分析了試驗(yàn)輪的布排方式、試件的合理尺寸等關(guān)鍵問題,基于光纖光柵傳感技術(shù)建立了試件壓實(shí)監(jiān)測(cè)方法,提出了分層壓實(shí)工藝。通過儀器標(biāo)定,確定了多輪輪轍儀的控制參數(shù)。通過試件內(nèi)部埋設(shè)的光纖光柵傳感器傳出信息證明了試件內(nèi)部應(yīng)力疊加的存在性。通過對(duì)瀝青混合料輪轍變形實(shí)測(cè),驗(yàn)證了上述試驗(yàn)結(jié)論。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：V351.11
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本文編號(hào)：1206516