[发明专利]一种基于离散元法的路面破损计算方法

说明书

本发明提供了一种基于离散元法的路面破损计算方法，包括：建立多自由度车辆模型，并根据路基路面结构构建路基路面离散元模型；通过分离迭代算法计算车辆对路面的作用力；将所得的作用力加载至路基路面离散元模型中；重复单次荷载作用，计算多次荷载作用后路基路面的被破坏情况。本发明按照实际路面结构构建离散元模型，在实际车辆荷载作用下，提取车辆与路面之间的作用力，并且将作用力施加于离散元模型表面，通过计算获得路面破损的相关信息，对于路面构建和修补具有重要的参考价值和指导意义。

技术领域

本发明涉及属于路面动力学工程技术领域，具体地说是涉及一种基于离散元法的路面破损计算方法。

背景技术

随着交通事业快速发展，沥青路面应用范围越来越多。但是，随着路面服役时间延长，在车辆振动荷载作用下，路面铺装材料出现了滑移、脱层、车辙、开裂等一系列问题，路面结构有些部件也出现开裂、疲劳等病害，最终，造成路面养护费用不断提高，严重损伤路面使用寿命。因此，有必要对路面特性进行研究。

仿真模拟是对路面特性进行研究的一种方法，对路基路面进行仿真模拟通常采用有限元模型，其可以在短时间内产生计算结果，效率高，但其仿真效果差，不能反映真实的路基路面结构和被破坏情况；离散元模型仿真效果好，但其过程复杂，计算量大，普通计算机难以支持其运算载荷，而且现有采用离散元模型对路面特性进行的研究仅针对20cm×20cm极小面积的模拟，不能反映真实的路面结构及被破坏状态，参考价值较低。同时，国内外对于车辆-路动力学耦合方面的研究主要集中于对路面施加垂向力，很少分析车辆振动荷载作用下路面的被破坏问题，也就是说，这些研究并不能客观反映车辆-路面在振动荷载作用下对各铺装层的实际破坏作用。

因此，需要开发一种新型的路面破损计算方法，以真实地模拟在实际车辆载荷作用下路基-路面各结构层的内部破坏情况，以发现沥青路面在车辆荷载作用下的破坏关键部位，从而在设计路面结构时对容易破坏部位采用特殊方案或者特殊方法，或者对现有路面进行模拟，以便有针对性地进行维护、修补，从而延长道路使用寿命。

发明内容

本发明的目的就是提供一种基于离散元法的路面破损计算方法，以解决现有路面破损计算方法难以客观反映车辆-路面在振动荷载作用下对各铺装层实际破坏作用的问题。

本发明的目的是这样实现的：

一种基于离散元法的路面破损计算方法，包括以下步骤：

(a)建立多自由度车辆模型，并根据路基路面结构构建路基路面离散元模型；

(b)通过分离迭代算法计算车辆对路面的作用力；

(c)将步骤(b)中所得的作用力加载至路基路面离散元模型中；

(d)重复步骤(c)中的单次作用，计算多次荷载作用后路基路面的被破坏情况。

步骤(a)中，多自由度车辆模型采用3轴整车模型，整个模型共有9个自由度，车体有三个自由度，分别是沉浮位移Zc、俯仰角βc、侧倾角φc；每个车轮存在一个竖向自由度，六个车轮的6个自由度分别是：Zw1、Zw2、Zw3、Zw4、Zw5、Zw6。

所述路基路面结构包括六层，即4cm的上面层(细沥青混合料)、11cm的下面层(粗沥青混合料)、16cm的上基层(水泥稳定碎石)、16cm的下基层(水泥稳定碎石)、18cm的底基层(级配碎石)和100cm的路基(土方)。

在所述路基路面离散元模型中采用大尺度试件，尺寸为300cm×165cm。