[发明专利]移动载荷模拟试验装置及试验方法

说明书

本发明公开了一种移动载荷模拟试验装置及试验方法，通过三向可控加载子系统对多排多个激振子系统的位置设置，可以让本申请模拟出直线、曲线、多直线、多曲线等一系列加载；通过三向可控加载子系统可以设置各激振子系统的作用力大小以及方向，实现道面三向载荷的可控加载模拟，可以让本申请模拟出飞机、汽车、轨道交通等多种场景的应用，且可以模拟在各种场景下的加速、减速、过弯等使用情况；通过多个矩阵式结构化设计的激振子系统，可以形成高速重载重复特征载荷的加速等效模拟；为了消除界面模拟组件间不连续界面间隙带来的影响，提出离散加载微损伤叠加等效原理，通过多位置的互换叠加方式，对不连续界面间隙进行覆盖，消除了影响。

技术领域

本发明涉及路面与路基加速疲劳试验技术领域，尤其涉及一种移动载荷模拟试验装置及试验方法。

背景技术

路面与路基在交通载荷长期作用下的疲劳损伤(服役性能)一直是全世界交通设施设计、建设和使用部门十分关心的问题，全世界也开展了长期的研究。常见的路面与路基服役性能研究方法包括实际使用调查和实验室模拟两种，其中实验室模拟凭借其加速疲劳预测的优势备受推崇。世界上最早开展的加速加载实验是美国在1919～1930年开展的Arlington实验，在此之后，世界许多国家都开展了加速加载设备的研究，如南非、荷兰、英国、法国、新西兰、西班牙等，这些研究对全世界范围内的交通运输事业做出了巨大的贡献。

目前国际上比较主流的路面加速加载试验设备有ALF(Accelerated LoadFacility)，MLS(Mobile Load Simulator)、MMLS(Model Mobile Load Simulator)和HVS(Heavy vehicle Simulator)，这些设备的不足之处在于模拟车辆的最大载荷受限(不超过30吨)，行驶速度低(不超过30km/h),实验效率低(不超过7200次/h)，单位小时能耗高、使用成本高，机械结构复杂、维修维护成本高。具体如以下几个方面：

(1)高频高速重载耦合

现有直线式加速加载设施模拟速度较低(≤30km/h)，轴重较小(≤280kN)，无法模拟飞机起降和高速铁路的高速重载加载需要(最高运行速度400km/h，最大轴重500kN)，且现有技术手段主要采用电机或液压驱动轮胎进行模拟加载，重载和高速加载难以同时实现，且系统运行功耗较大。大型国际机场年起降架次近60万次，以沥青混凝土道面为例，20年使用年限内总起降次数高达1200万次，现有加速加载试验系统最高循环加载频率约为7200次/h，完整模拟跑道全寿命期疲劳加载测试约70天，加载效率较低，耗时耗力；现有技术手段采用多轮组循环加载以提高加载频率，但高频加载过程中轮胎磨耗较大，难以满足连续加载需求，亟需突破现有技术手段的限制，提出新的耦合加载原理与创新技术，以实现高频高速重载高效耦合施加。

(2)道面连续性损伤等效

列车荷载主要由钢轨下方扣件分担并传递到下方轨道结构，因此现有列车荷载多采用离散式激振系统施加；对于路面结构，轮胎与道面间的接触是连续的，要实现交变高速加载系统的“一机多能”，需采用小间距并联式激振系统，各个激振模块间不可避免的存在不连续界面，为了更加真实模拟路面结构疲劳损伤特性，需进行原理创新与技术突破，以实现离散激振下道面结构的连续性损伤等效。

(3)三向分离可控轮载

车辆和飞机通过轮胎将荷载传递给路面结构，在车辆和飞机自身(胎纹、胎压、悬挂阻尼等)与路面不平整等因素耦合作用下，轮胎-路面交互作用过程中移动荷载具有明显的三向非均布特性，且其幅值呈现出非线性变化特征。现有道面加速加载试验系统，仅考虑轮胎结构与上部轴重，忽略了悬挂结构等构件对轮胎-路面接触过程中的激振扰动影响，无法真实反映出路面结构的动力响应特性，需根据实际车辆轮胎力实测结果建立三向非均布移动荷载，提出新原理与新技术，实现三向非均布移动荷载的分离可控施加，以真实模拟复杂轮胎力下的路面动态响应。