计算民用机场刚性道面面层厚度的疲劳消耗方法

现行民航机场刚性道面计算方法需要先选定设计飞机,然后将其他机型的运行架次都折算成设计飞机架次再进行板厚计算。由于机轮荷载应力与起落架构型、几何参数、胎压、轮载等存在复杂的关系,实际上很难导出不同机型间运行架次的换算关系。根据计算,现行架次换算式存在不能实现等效疲劳换算的重大缺陷。鉴此,本文提出了根据疲劳损耗确定道面面层厚度的计算方法。其优点是无需选用设计飞机,从而避免了架次换算方法不完善带来的问题或设计飞机选取不当可能引起的错误。此外,本方法还具有计算可靠性高、能分辨每种机型在道面疲劳损耗中所占份额和便于道面剩余寿命估算等优点。     

应用有限元计算机场道面结构适应厚度

为了计算长沙黄花机场道面结构厚度是否满足飞机运行要求,采用中国民用机场水泥砼道面厚度设计方法,应用ABAQUS通用有限元程序,计算了设计机型作用下的板边应力和砼弯拉疲劳强度,得出黄花机场道面结构适应性厚度不能适应7年评价期内的航空交通作用,必须进行加铺补强的结论。     

基于轮式滚动加载的正交异性钢桥面板疲劳试验设计

能模拟车辆荷载通过效应的疲劳模型试验是研究正交异性钢桥面板疲劳性能的有效手段。利用国内首台自主研发的桥面结构专用轮式滚动疲劳加载装置,以广东虎门二桥坭洲水道桥为依托工程,研究了基于轮式滚动加载的正交异性钢桥面板疲劳试验设计问题。首先,根据实桥交通需求分析,合理确定实桥疲劳荷载谱;其次,计算疲劳敏感部位热点在疲劳荷载谱各车型作用下的应力历程,采用雨流计数法计算应力谱,根据Miner疲劳损伤累积理论转化为每种车型通过1次的等效应力幅,结合交通量预测计算实桥各构造细节在设计寿命期内的疲劳累积损伤;最后,根据设备性能参数,分别计算橡胶轮双轴加载和钢轮单轴加载下试验模型各细节的等效应力幅,通过与实桥钢桥面板各细节的疲劳累计损伤等效,从而确定试验加载轴类型、加载水平以及对应各细节的等效作用次数。研究成果对改进正交异性钢桥面板疲劳试验设计有重要参考意义。     

考虑接缝影响的机场水泥混凝土道面结构响应

接缝是机场水泥混凝土道面结构的重要组成部分，通过分析道面接缝传荷机理，考虑大型军用运输机复杂起落架构型和多轮荷载的作用特点，以伊尔-76为例，采用弹簧单元模拟道面板的接缝传荷，基于“地基-道面结构-飞机轮载”的相互作用，利用有限元软件建立了足尺9块板水泥混凝土道面三维有限元模型。应用该模型，计算了飞机多轮荷载作用下水泥混凝土道面结构的力学响应，对比了考虑与不考虑接缝的差异，并与美国EverFE2．0模型计算结果进行了对比。研究表明所建模型可较好地模拟道面接缝的作用机理，计算应力能更合理地反映道面结构的受力状况。     

虹桥国际机场平滑道道面状况评价与维修对策

通过道面损坏状况调查与评价,全面掌握了虹桥国际机场A滑行道K0～K2段道面损坏类型、等级及其空间分布规律等。结果表明,该区段范围内主要以结构性损坏为主,而角隅断裂是其中最普遍的病害类型;PCI评价结果表明,多数单元处于中及中等以下水平;道面损坏在空间分布上则主要集中于滑行道中间3块板。根据道面FWD弯沉测试和结构参数反算的结果,分别采用ACN-PCN强度评价和道面适应性厚度评价方法,对结构性能进行综合评价,结果表明现有道面结构的承载能力已无法满足航空交通运行的需求。综合考虑道面损坏状况和结构性能两方面的评价结果,建议对A滑行道K0～K2段道面实施大修工程,并推荐采用全结构翻修的技术方案。     

基于有限元方法的复合钢混凝土桥梁热点应力分析研究

通过建立复合钢混凝土疲劳危险部位焊接构件的三维有限元模型,围绕桥梁交通荷载作用下局部热点应力和疲劳损伤累积进行分析,获得合适的在役钢-混凝土桥梁关键焊接构件的疲劳损伤评价方法。研究结果表明:采用大桥有限元模型进行动力特性分析,模型计算固有频率和实测值最大误差在10%以内,计算的动力特性和设计测试阶段特性相符;钢混凝土桥梁纵向加劲桁架细节热点应力区域出现在上下弦杆与对角撑、盖板连接处,与焊缝构件最大疲劳损伤位置一致,主梁框架热应力出现在靠近公路外侧梁腹板连接处;通过线性米勒准则获得的疲劳损伤累积呈线性变化,在高周疲劳损伤初期损伤率增长较慢,后期较快,适用于在役结构疲劳寿命评价。     

基于强度变化特性的随机谱载荷下疲劳寿命预估模型

提出了一种新的随机谱载荷下构件的疲劳寿命评估模型.该模型以结构强度变化特性为基础,考虑低幅载荷强化和损伤的双重效应,既有清晰的物理意义,又更合理地反映了疲劳过程中零件强度值随着载荷的变化而相应地增高和衰减的特性,克服了传统疲劳累积损伤模型忽略低幅载荷强化作用的缺陷.经过两种构件的试验验证表明,此模型与传统的累积损伤模型相比能更准确地预测构件在随机载荷下的寿命,为结构的轻量化设计提供理论与技术依据.     

沥青基隔离层对机场道面疲劳寿命影响评价

文中从道面疲劳寿命角度评价了沥青基隔离层在水泥道面中的结构效应,提出考虑板底脱空的分段式道面寿命计算方法,对设置沥青基隔离层对水泥道面使用寿命的影响进行计算分析。研究证实设置沥青基隔离层能够有效提高道面的使用寿命,脱空发生的越早,设置沥青基隔离层越能够有效避免水泥道面过早疲劳开裂。若无脱空,隔离层实际上增大板中的弯拉应力,但是考虑到板块中产生脱空的必然性,使用隔离层仍然是十分必要的。     

军用机场沥青混凝土道面交通量换算

将飞机的主起落架的形式分为单轮、双轮和双轴双轮，双轴双轮按轮径比分为3种类型；建立以飞机作用下道面结构层最不利位置的应力疲劳等效和道面结构厚度一致的交通量换算原则，推导出了不同起落架之间交通量的换算公式；经设计验证，其交通量换算公式是正确的。     

水-温-荷载耦合作用下沥青路面疲劳寿命预估

为精准预测沥青路面的疲劳使用寿命,基于累积疲劳损伤理论,提出路面结构内水、温度以及轴载分布耦合作用下沥青混合料疲劳寿命预测方法。通过间接拉伸疲劳试验确定路面结构下面层沥青混合料在冻融和未冻融两种条件下应变疲劳方程。依托十堰—天水高速试验段,计算设计年限内9种不同温度和10种不同轴载(共计90种)条件下设计轴载的作用次数,同时结合路面结构层底拉应变计算程序进行计算,进而得到更加精确的拉应变。基于疲劳累积损伤理论,计算沥青路面经过冻融和未冻融条件下的疲劳累积损伤,进而得到沥青路面在无水和有水影响下的疲劳寿命。研究结果表明:十天高速公路沥青路面在受水影响和不受水影响下疲劳寿命分别为8.56年和12.12年,相较于设计寿命分别降低了19.2%和42.9%,为沥青路面在结构设计中考虑水、温度以及车辆荷载影响因素提供了可靠依据。     

基于竖向加速度响应的机场道面平整度评价及IRI标准反演

为了制定科学的机场道面平整度评价标准,提出一种基于竖向加速度响应的机场道面平整度评价方法并反演IRI标准。综合考虑飞机的竖向运动、俯仰和侧倾转动,建立6自由度的飞机整机动力学模型及振动平衡方程,并从飞机轮胎的几何滤波效应出发,采用"刚性滚子"轮胎接触模型的有效路形表征不平整道面;同时,构建飞机驾驶员、前舱位、后舱位和重心处的竖向加速度及其最大响应的计算模型,并采用Simulink仿真模块进行快速求解。以某代表C类飞机为例,在服从高斯分布的随机道面激励及不同滑行速度下,综合分析4个代表部位的最大竖向加速度响应的分布特性,建立其对应的非线性回归模型,并以波音公司疲劳标准为据,反演机场道面平整度的IRI标准值。结果表明:与现有标准相比,反演的IRI标准值更为宽松,且跑道的平整度标准比滑行道更严格,与实际中机场道面的平整度评价相吻合。     

钢筋混凝土结构腐蚀疲劳劣化过程的动态寿命评估

为评估腐蚀条件下钢筋混凝土结构的疲劳寿命,采用预腐蚀的方法分级建立不同腐蚀率下钢筋混凝土结构的S～N曲线方程,然后在S～N曲线方程中再次考虑腐蚀率和应力水平的影响,建立lgN～lgS的一般线性关系,同时根据腐蚀率随时间的变化规律,按年限逐步计算结构在腐蚀及循环荷载作用下的时变疲劳累积损伤,最终根据Miner线性累积损伤理论动态预测结构的疲劳寿命。以某简支T梁为例进行腐蚀疲劳寿命评估,评估结果表明,钢筋混凝土结构在荷载及腐蚀环境共同作用下的性能和疲劳寿命会大大降低。     

基于飞机全尺寸模型的机场道面平整度评价理论研究

针对国际平整度指数IRI在机场道面平整度评价中存在的问题,提出综合考虑道面左右主轮迹带、滑行中线的不平整情况对飞机滑行过程中振动的影响的机场道面平整度评价方法。以飞机全尺寸模型替代目前的1/4车模型,建立飞机六自由度振动方程,以跑道中线左右两个主轮迹带及跑道中线3条测线的道面高程作为输入,通过求解飞机六自由度振动方程得到飞机的横向滚转量、纵向俯仰量以及质心处的竖向振动位移量,在此基础上提出机场道面平整度评价指标-FARI(Full Aircraft Roughness Index)及道面平整度评价流程。希望本文工作能对机场道面平整度评价提供有益参考。     

沥青混合料疲劳损伤模型参数实验研究

首先介绍疲劳累积损伤定律在沥青类材料中的应用,针对不同模型的特点及应用条件,采用Lemaitre疲劳累积损伤模型作为沥青混合料疲劳损伤模型,通过进行疲劳损伤实验设计,获得沥青类材料疲劳损伤特性参数,为计算材料疲劳损伤程度奠定了基础。     

高能摩擦副齿部啮合非线性冲击损伤新算法及疲劳寿命预测

重载车辆传动系统摩擦副在接合/分离过程中，摩擦片内齿与内毂外齿为啮合状态，由于动力输出的非平稳性，使得啮合齿部处于非线性高频冲击振动，其振动及冲击损伤特性将影响着传动系统的性能和使用寿命。为能正确预估高频冲击损伤对传动系统使用寿命的影响，对摩擦片齿部冲击碰撞应力变化规律和疲劳损伤理论的应用研究，提出了一种非线性冲击损伤计算的新算法。采用疲劳累积损伤原理和门槛值计算方法，分析了非线性冲击应力特性，引入了喷丸强化因子，并将代表当前损伤状态和应力状态对疲劳损伤发展影响的无量纲因子引进模型，得到了非线性冲击总损伤的数学模型。对摩擦副齿部进行了瞬态和稳态的应力试验测试，获得了1.5 mm齿侧间隙下10 s时间段的累积损伤值，利用新算法理论计算方法，推导了摩擦片全寿命周期总损伤值，获得了疲劳寿命预估值。经计算，其有效使用寿命周期为25.56 min。为对比不同边界条件下的损伤影响状态，对常用的不同齿侧间隙（0.75，1.25 mm）摩擦片齿部疲劳寿命进行了试验测试和总损伤值计算，分别获得了不同间隙条件下的使用寿命预估，其有效使用寿命分别为100.78，25.96 min。该方法能够通过实测应力状态，获得有效时间段累积损伤值，并通过计算，获得总损伤值及全寿命疲劳失效损伤的定量预估。该算法对摩擦片齿部高频冲击疲劳失效损伤的定量评价研究具有可操作的现实指导意义，也为进一步深入研究冲击碰撞损伤并准确量化研究奠定了理论基础。     

南苏丹朱巴国际机场跑道道面层间工作状态

为了评价机场跑道道面层间工作状态,建立适用于非洲热带地区机场的典型柔性道面加铺结构模型,依托南苏丹朱巴国际机场改扩建项目,借助ABAQUS有限元软件分析道面在B767-200飞机荷载作用下的层间工作状态,并与BZZ-100标准荷载计算结果进行对比。结果表明:在2种荷载作用下,道面受剪最不利位置均出现在轮印前缘附近;加铺层材料的模量和及其厚度的增加均能降低最大剪应力的数值,且厚度较模量对最大剪应力的影响更为显著;设置柔性层可有效降低层间剪应力。     

典型飞机起落架荷载作用下机场水泥砼道面结构响应分析

采用有限元软件ABAQUS建立机场水泥砼道面结构三维有限元模型,分析单轴双轮、双轴双轮和三轴双轮3种典型飞机起落架荷载作用在不同位置时道面结构响应,结果表明飞机荷载作用下水泥砼道面板底的应力分布及大小与起落架构型密切相关,并得到了3种典型飞机起落架荷载作用的不利荷位和最大应力。     

日本机场沥青道面加铺半柔性材料的研究

近年来,日本学者对半柔性材料进行机场道面的快速修补技术进行了大量研究。该文主要介绍日本在这一方面的研究近况:通过室内试验,分析了半柔性材料的力学特性;在其基础上,大规模地铺筑试验道面,进行飞机荷载作用下的疲劳试验,以掌握半柔性道面的施工性能及路用性能;以应变为控制指标,结合有限元法和多层弹性层状理论,提出机场沥青道面加铺半柔性材料的结构设计方法。     

致损荷载信息缺失在役钢桥的疲劳损伤状态重构方法

大多数在役钢桥的致损荷载信息缺失,根据不完备监测检测信息重构结构的疲劳损伤状态,是确保结构服役安全的基本前提。基于部分疲劳开裂信息反向重建等效致损荷载信息,提出了致损荷载信息缺失条件下的在役钢桥疲劳损伤状态重构方法。首先通过线性损伤累积理论和等效结构应力评估方法计算不同荷载工况下的疲劳敏感构造细节疲劳损伤累积;以钢桥服役期间疲劳损伤监测检测获得的疲劳裂纹检测结果为约束条件,将荷载工况的线性组合作为等效荷载历程,实现了在役钢桥结构的疲劳损伤状态重构;通过模型试验对所提出的疲劳损伤状态重构方法进行了验证。研究结果表明:基于疲劳裂纹损伤信息,在致损荷载信息缺失条件下重构得到的疲劳敏感构造细节损伤状态重构结果与试验结果吻合,证明了致损荷载信息缺失条件下实现疲劳损伤状态重构的可行性和所提出方法的有效性,为在役钢桥的实际疲劳损伤状态评估提供了新思路和新方法。     

江阴长江大桥钢箱梁疲劳应力特征分析

为准确评估钢桥结构的疲劳损伤状态和剩余疲劳寿命,以江阴长江大桥为背景,对该桥钢箱梁疲劳裂纹产生位置进行连续疲劳应变监测,获取应变时程数据,结合雨流计数法技术建立日疲劳应力谱;分析应力幅~循环次数分布规律;研究累积损伤度分布特征,建立损伤度分布模型,计算不同车道构造细节疲劳损伤度和剩余寿命。研究结果表明:钢箱梁顶板测点、U肋与横隔板焊接末端处、弧形缺口有效截面最小处均以压应力为主,U肋以拉应力为主;应力幅累积循环次数分布服从Weibull函数分布;疲劳累积损伤度分布服从Boltzman函数分布,顶板与U肋连接处U肋腹板沿横桥向慢车道疲劳损伤较快车道损伤大,下游车道较上游车道损伤大,其中下游慢车道U肋腹板细节疲劳损伤最大。