路面結構複雜非線性動力學實驗研究

《路面結構複雜非線性動力學實驗研究》是依託石家莊鐵道大學，由陳恩利擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：路面結構複雜非線性動力學實驗研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：陳恩利
• 依託單位：石家莊鐵道大學

項目摘要

現有路面結構動力學研究體系分為相互獨立的二部分，一是基於各種不同假設的力學模型理論分析，研究其力學回響；二是室內及現場路面動載實驗，研究其路面性能和破壞機理。而路面車載作用下的動力學模型實驗由於難度較大很少研究。本項目在研究現有路面結構動力學理論模型的基礎上，旨在採用模組化設計思路，構建具有不同懸掛特性的車輛模型組模組、代表不同結構形式的路面及支承系統模組、不同激勵形式的載入模組，依據不同路面結構動力學理論研究需要，形成完整的路面結構動力學實驗模型，並進行相應模型系統的複雜非線性回響特性實驗，驗證理論模型的準確性及適用性，通過高速公路試驗段現場動力學回響實驗研究，建立模型實驗與現場實驗的對應關係，揭示路面受力與變形的回響規律，為路面動力學理論研究和公路工程套用研究提供有效的方法和依據，其研究具有重要的理論意義和工程套用價值。

結題摘要

隨著我國社會經濟的快速發展，交通建設進程逐步加快，交通量增長迅猛，車輛超長超載問題嚴重，導致瀝青路面的早期破壞現象突出，嚴重影響著道路通行的安全性和舒適性。因此，研究路面結構在車輛動載作用下的力學行為和路面破壞機理十分重要。現有路面動力學研究從力學層面上主要是多層梁板理論解，從工程層面主要是有限元分析加現場彎沉測試。如何建立二者的有機聯繫，即通過室內力學模型實驗研究與現場車路動力學相互作用的實驗研究相結合，對於揭示路面破壞機理具有重要的理論意義和套用價值。基於路面動力學研究理論模型，本項目構建了車路相互作用動力學實驗模型，並通過實驗測試，研究了路面結構模型的動力學回響，驗證了理論模型研究結果的正確性。同時對比分析證明，通過實驗研究路面結構在車輛荷載作用下的動力學回響是可行的，並為現場實驗環境的構建提供依據。構建了室內車路相互作用動力學縮尺模型，路面模型結構及路面材料可依據不同研究需要更換調整，路面埋設的動態參數測試感測器採集的信號定位準確，車輛模型可設定線性和非線性懸掛，車路相互作用動力學研究更接近現場公路動力學實際行為，這為進一步研究路面結構在車輛荷載作用下的變形破壞提供了有效的研究手段。構建了完整的路基路面動力學現場測試試驗段，提出了施工期不同結構層各參量感測器的埋設方法與防護技術，解決了車輛動態激勵下路面實時回響監測關鍵技術難題。開發了路面結構遠程信號自動採集系統，該系統達到了高精度、低功耗及穩定性要求，實現了路面各結構層應力、位移、土壓力等多類動靜態信號的同步採集和3G網路遠程數據傳輸，開發的“路面動態監測系統”獲得國家軟體著作權。通過現場試驗段採集的信號分析，獲得了公路路面結構在實驗車輛和通行載重車輛荷載作用下的各結構層的應變、壓力、變形位移等力學參數，為研究路面壽命及破壞提供了重要的依據。構建了非線性振子動力學實驗模型，通過實驗發現了非線性振子的暫態混沌、陣發性混沌以及振子在兩個吸引域之間的複雜非線性運動，龐克萊映射顯示了吸引子相貌。針對兩自由度非線性彈簧擺振子系統，利用特殊變換，研究了該系統的混沌閾值，數值模擬該系統具有脈衝周期軌道和混沌運動。利用強等價理論構造近似的光滑系統，求解原系統的回響，研究系統的分岔、混沌等非線性動力學現象，擴充了非線性動力學系統近似解析解法的研究內容。