动荷载作用下路面有限元分析

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1、ROADCONSTRUCTIONANDMACHINERY文章编号：1000—033X(2014)04—005804动荷载作用下路面有限元分析李方军(河南省公路工程局集团有限公司，河南郑州450052)摘要：针对路面结构在动载荷与静载荷下的应力、弯沉值的大小及变化规律问题，应用NAS—TRAL软件，通过建立有限元模型，对矩形波、半正弦波、三角形波激励时路面的应力、沉弯值变化进行了研究与分析。结果表明：在重载荷作用下，路面的最大弯沉值将减小；路面各计算点的应力值随动载荷的开始作用而增加；动栽荷作用会引起面层材料动模量的相对变

2、化。关键词：动载荷；弯沉值；应力变化；有限元分析中图分类号：U416．O2文献标志码：BFiniteElementAnalysisofPavementUnderDynamicLoadLIFang—jun(HenanEngineeringBureauGroupCo．Ltd．，Zhengzhou450052，Henan，China)Abstract：Aimedatthevariationrulesofstressanddeflectionvalueofpavementstructureunderdynamicandstati

3、cloads，theNASTRALsoftwarewasappliedtobuildthefiniteelementmodel，withwhichtheanalysisonthechangingofstressanddeflectionvalueinwakeofthestimulationofrectangularwave，half—sinusoidwaveandtriangularwavewasconducted．Theresultsshowthatthemaximumdeflectionvaluedecreasesu

4、nderheavyload；oncethedynamicloadworks，thestressofeachcalculationpointonthepavementwouldbeincreasing；relativechangeofdynamicmodulusofpavementmaterialswouldbecausedbythedynamicload．Keywords：dynamicload；deflectionvalue；stresschange；finiteelementanalysisMSC／PATRAN功能非

5、常强大，能很好的模拟和分0引言析各种工况条件下的物体受力状态[1]。目前，它被在动载作用下，路面结构的应力、弯沉值的大小广泛应用于航天、汽车、造船及建筑等各大领域。及变化规律同静载作用时有很大的区别。目前，这MSC／PATRAN分析的一般流程为：建立几何种区别还只能从现象本身上加以认识，在理论上尚无模型；建立分析模型(包括：网络划分、创建材料、指法完全解释清楚，而路面实际承受的汽车荷载几乎都定单元特性、施加荷载及约束条件)；递交分析；评价属于动载，所以正确认识路面在动载作用下的力学特分析结果。性已经成为目前公路学科研究的

6、必要。本文采用国作为目前世界上非常流行的有限元软件之一，际上通用的有限元程序NASTRAL，根据二维平面应NASTRAL完全能满足我们公路工程中的力学分变模型对此问题进行模拟，希望通过数值分析找出路析需要。面在动载作用下各结构层的应力、应变的变化规律，2有限元模型为以后的实际模拟及理论分析打下基础。本文将路面划分为4层体系，层间连续接触。1NASTRAL程序假定各层由匀质、各向同性的线弹性材料组成，其性MSC／NASTRAL软件的前后置处理系统质采用弹性模量E、泊松系数密度厚度h、长度收稿日期：2O13—09—1758R

7、0ADC0NSTRUCTIONANDMACHINERYL来表征。采用的路面模型及应力、弯沉计算位置见图1，各层材料参数见表1。_三；f『_①②II⑧——④llI图2单元网格划分⑤层结构体系，将各层路面材料的参数取为相同，而有限元网格划分及模型尺寸不变，即将其作为一弹性半空问体问题来求解。计算结果见表3。注：a)9荷载作用半径：P为单元荷载均布压力。表3弹性半空间体有限元解及理论解图1应力计算图示／MPa／MPa计算点坐标表1路面材料参数有限元解理论解有限元解理论解层号E／MPap／(kg·m一。)h／cmL／cm(6，0

8、)一1．160——1．260—2．874—2．971(12，0)一0．480—0．460—2．426——2．443I10000．252400121OOO(22，0)——0．114一O．118—1．678—1．699Ⅱ12000．252200201OOO(32，0)一0．038——0．043——1．294—1．249Ⅲ