[发明专利]车辆在离散元模型中移动的计算方法

说明书

本发明涉及一种车辆在离散元模型中移动的计算方法，包括：建立标准轴载下二自由度的1/4车辆模型；求解车辆与路面接触荷载；构建路基路面离散元模型；编写车辆荷载回调函数，将回调函数施加于离散元模型；建立PUBER接触单元，回调函数值施加于PUBER接触单元；提出车辆在离散元模型中移动的计算方法，即增加第M+1个PUBER接触单元的同时去掉第1个PUBER接触单元，使离散元表面一直维持M个PUBER接触单元，依次循环后，就能实现荷载的移动；通过车辆荷载的移动可以计算获得路基路面内部各结构层力学行为，得出当道路受到荷载的作用后，路面的各个结构层会发生不同程度的沉降。本发明计算方法获得的数据真实度高，仿真性好，计算量适中，值得推广。

技术领域

本发明涉及一种车辆-路面动力学工程计算方法，具体地说是一种车辆在离散元模型中移动的计算方法。

背景技术

常见沥青路面结构一般由沥青层、水泥稳定层、路基层所组成，其中，沥青层是由沥青、粗集料、细集料、矿粉以及外加剂混合组成；水泥稳定层是由粗集料、细集料和水泥混合组成；路基是由土或石方组成。由于整体路面结构是一种非均质、非连续材料的结构，因此，在车辆荷载的作用下，路面内部应力－应变一般是不连续的。传统的计算方法，大都采用有限元理论来解决相应的宏观物理力学特征。有限元理论假设路面内部是均质和连续体，不考虑路面内部材料的不均质特性，其计算结果往往导致与实际状况有一定的差别，甚至无法真实模拟路面结构内部受力的实际状态。

目前，针对于车辆-路面动力学工程学计算，大部分是采用有限元理论来求解，而路面结构采用离散元模型计算的方式较少，因此，无法客观反映路面结构在车载作用下路面材料的演变机理。

细观力学理论克服了传统连续介质力学模型的假设，认定路基路面的所有材料均是由离散性比较强的颗粒流所组成。颗粒单元是刚性体，颗粒单元不会产生变形，变形是由单元与单元重叠而成，单元之间拥有弹性，弹性作用力集中于单元与单元之间的接触点，即颗粒与颗粒间是点之间的接触，颗粒单元之间可以设定一定的黏结条件，在离散元中，常见单元体主要有球形、椭球形或多面体结构。每个颗粒单元的运动都可以用作用力与位移来表示，颗粒与颗粒之间的接触力是一个动态过程，即力是随时间而变化的函数，颗粒之间力的传递只能通过接触传递，不能隔开颗粒传递。在外界荷载的作用下，随着时间的推移，最终，颗粒与颗粒之间达到一定的运动平衡，可以通过牛顿第二定律确定颗粒与颗粒之间力的关系。

发明内容

本发明的目的就是提供一种车辆在离散元模型中移动的计算方法，以解决现有车辆模型与路面离散元模型无法连接问题。

本发明是这样实现的：一种车辆在离散元模型中移动的计算方法，包括以下步骤：

①建立标准轴载下二自由度的1/4车辆模型；

②以路面不平度作为车辆激励，根据公式(1)、(2)求解车辆与路面接触荷载(包括静荷载与动荷载)：

式中：m₁为汽车车体质量，m₂为车轮质量，k_s为汽车车体悬架刚度系数，c_s为汽车车体悬架阻尼系数，k_t为轮胎刚度系数，c_t为轮胎阻尼系数，z₁为车体质量m₁的垂直方向的动位移，z₂为车轮质量m₂的垂直方向的动位移，f为离散元表面不平度激励，为离散元表面不平度的垂向速度，为车体质量m₁的垂向速度，为车轮质量m₂的垂向速度，为车体质量m₁的垂向加速度，为车轮质量m₂的垂向加速度，F为车辆荷载；

③通过路面各结构层单轴压缩试验获取各结构层的细观参数，应用离散元软件构建路基路面离散元模型；