交通荷载作用下土的力学分析

论文摘要

本文首先介绍了地面力学的研究任务、研究内容和研究意义,综述了该领域目前国内外的研究现状,该领域的研究中存在的一些问题及展望。概述了研究地面力学所需的一些基本理论基础和分析方法,其中包括近地表土壤的弹性理论和塑性理论、车辆行驶的土的弹塑性本构关系、交通荷载的特性模拟和有限元分析动力问题的一些基本概念和内容。与传统计算方法不同,本文在有限元计算模型中,采用两种不同的加载方式(均匀荷载和非均匀荷载)加载,分别计算移动恒定荷载和移动简谐荷载作用下土体结构的应力、应变和位移值,并分析比较。设计并进行了车辆地面相互作用实验,对实验结果与理论计算结果进行了对比分析,吻合较好。本文完成的主要工作如下:1、将交通荷载简化为静载,将所研究问题假设为平面应变问题,利用有限元软件ANSYS分层建模并模拟计算,讨论应力随轮载的变化规律,并用MATLAB拟合,给出经验方程,对工程设计有一定的参考和应用价值。2、将交通荷载简化为移动的恒定荷载和移动的简谐荷载,利用ANSYS建模并计算。在不考虑水平力因素的情况下,分别讨论两种荷载模型作用方式下,轮载和车速对结构应力、应变和位移的变化规律。针对不同的工况组合(五种车型、七种速度)分别计算得到结构应力、应变和位移的数值结果,并分析总结,给出经验方程。3、考虑水平力因素时,分析了刹车制动和正常行驶两种情况下车辆与地面相互作用的情形。针对不同的水平力系数,分别计算结构应力、应变和位移的数值结果,并分析总结其规律,给出经验方程。4、利用实验所测数据与有限元计算结果对比分析,验证计算模型和结果的正确性。其中:(1)在有限元计算模型中,采用两种不同的加载方式加载,并对计算结果进行分析比较;(2)设计并进行了车辆地面相互作用实验。是本文的创新之处。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 地面力学概述
• 1.1.1 地面力学的主要任务
• 1.1.2 地面力学的研究内容
• 1.1.3 研究地面力学的意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 国外研究现状
• 1.2.2 国内研究现状
• 1.3 车路相互作用中存在的问题与展望
• 1.4 本文的主要内容
• 第二章 基本理论基础和分析方法
• 2.1 近地表土壤的力学分析
• 2.1.1 土壤的弹性理论
• 2.1.2 土壤的塑性理论
• 2.2 车辆行驶土的弹塑性本构关系
• 2.2.1 弹塑性本构模型的一般公式
• 2.2.2 车辆地面力学常用的等向强化屈服准则
• 2.3 交通荷载的特性及模拟
• 2.4 有限元理论和方法
• 2.4.1 有限元法的理论基础
• 2.4.2 ANSYS软件概述
• 2.4.3 单元介绍
• 2.5 小结
• 第三章 静载下土的力学分析
• 3.1 有限元模型的建立
• 3.2 数值计算结果
• 3.3 载重不同对土应力的影响
• 3.4 最小二乘法拟合
• 3.5 小结
• 第四章 动载下土的力学分析
• 4.1 有限元模型的建立
• 4.2 移动恒定荷载作用下土的力学分析
• 4.2.1 恒定荷载作用下轮载对土体模型的影响分析
• 4.2.2 恒定荷载作用下车速对土体模型的影响分析
• 4.2.3 最小二乘法拟合
• 4.3 移动简谐荷载作用下土的力学分析
• 4.3.1 简谐荷载作用下轮载对土体模型的影响分析
• 4.3.2 简谐荷载作用下车速对土体模型的影响分析
• 4.3.3 恒载与简谐荷载作用下的一些比较
• 4.3.4 最小二乘法拟合
• 4.4 刹车制动时水平力系数的影响
• 4.4.1 水平力系数对应力的影响
• 4.4.2 水平力系数对应变的影响
• 4.4.3 水平力系数对位移的影响
• 4.4.4 最小二乘法拟合
• 4.5 正常行驶下水平力系数的影响
• 4.6 小结
• 第五章 实验
• 5.1 实验目的
• 5.2 实验内容
• 5.2.1 实验器材
• 5.2.2 实验过程
• 5.3 实验数据
• 5.4 数据分析
• 5.5 小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果
• 致谢