车辆对路面作用的小波分析

论文摘要

随着经济的飞速发展,人们对交通的需求日益增高。世界各国的交通状况都表现为交通量大、汽车轴重增加、车速增大等特点。这种情况下,车辆一路面相互作用的研究对于道路设计者来说显得尤为重要。车辆与路面之间是一个相互作用的过程,不平整的路面会引起车辆的振动,车辆的振动反过来又对路面施加动荷载作用,这种由路面不平整导致车辆对路面的动荷载作用是引起路面疲劳破坏,甚至早期破坏的一个主要原因。在路面不平整度的有关研究中,通常采用的是傅里叶变换。由于采用傅里叶变换分析问题时,信号传输具有时间的滞后性,一些离散的路面不平整度数据将会缺失,这样会导致分析结果的不准确性。由于小波变换理论具有良好的时频特性和滤波特性,采用该理论进行路面不平整度的分析,可避免上述问题。因此,本文利用小波变换理论,对车辆对路面产生的动荷载和路面的功率谱密度等问题行了分析。主要内容由以下六章组成:第一章:分析了路面不平整度的国内外研究现状,并探讨了车辆—路面相互作用研究的意义。第二章:介绍了路面不平整度的测量方法、评价指标以及各种评价指标之间的换算关系。并根据北京、大连、天津和黑龙江等地近200条道路不平整度数据的实测结果,选取5条具有代表性的道路进行了分析,为研究车和路的相互作用提供了基础。第三章:介绍小波变换方法的应用。将以往经常用于信号处理的小波理论应用到路面不平整度的分析上来。第四章:采用四自由度的二分之一车辆模型,首先将选定的路面不平整度数据作为反应的输入,计算得到车辆对路面作用的动荷载,然后对动荷载进行了小波分解,得到产生动荷载的层数以及各层的频率范围,同时还利用小波分解方法分析了路面的功率谱密度。第五章:针对现阶段国内超载车辆普遍存在的现象,对超载问题进行了分析。分别计算了车辆的超载率和超载车辆速度变化对路面的影响,得到了一些有价值的结论。第六章:结论和展望。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 研究的目的和意义
• 1.2 国内外的研究现状
• 1.2.1 车辆动力学的研究现状
• 1.2.2 路面结构动力学的研究状况
• 1.2.3 车辆—道路耦合动力学的研究现状
• 1.2.4 路面不平整度对路面结构影响的研究现状
• 1.3 本文研究的内容
• 2 路面不平整度
• 2.1 路面不平整度的定义
• 2.2 路面不平整度的测量方法
• 2.2.1 动态反应法
• 2.2.2 静态法
• 2.3 路面不平整度的评价指标
• 2.3.1 最大间隙率
• 2.3.2 标准差
• 2.3.3 国际不平整度指数
• 2.3.4 功率谱密度
• 2.4 几种常见路面不平整度指标的关系
• 2.4.1 国际不平整度指数与路面不平整度标准差之间的关系
• 2.4.2 国际不平整度指数和直尺最大间隙的关系
• 2.4.3 国际不平整度指数路面功率谱密度之间的关系
• 2.4.4 国际不平整度指数与其他指标之间的关系
• 3 小波分析在交通领域中的应用
• 3.1 小波的定义
• 3.2 离散二进小波变换
• 3.3 小波变换的反变换
• 3.4 小波变换的时频特性
• 3.5 小波变换的滤波特性
• 4 车辆对路面动力响应的小波分析
• 4.1 车辆—道路相互作用模型的建立
• 4.2 车辆模型结构参数的选取
• 4.3 路面不平整度的数值模拟
• 4.3.1 路面不平整度实测数据
• 4.3.2 路面不平整度数值模拟
• 4.4 车辆对路面动荷载的小波分析
• 4.5 动载信号的功率谱分析
• 4.6 车辆模型在非平稳振动下的分析
• 5 由车辆对路面的动荷载分析路面超载问题
• 5.1 车辆超载的主要危害
• 5.1.1 车辆超载对桥梁、路面、路基的危害
• 5.1.2 车辆超载危及行车安全
• 5.2 超载车辆对路面的主要破坏现象
• 5.3 超载作用对动荷载和动荷载系数的影响
• 6 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢