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关于软路面有效不平度形成机理的研究

  一、我们已利用自已研制的软路面不平度测量装置测得了多种软路面的不平度,并通过分析、回归,得到软路面原始不平度与有效不平度功率谱密度参数间的关系式:
  本文从车辆一地面相互作用的机理上探讨软路面有效不平度的形成过程以及解释上述试验得到的软路面原始不平度、有效不平度参数间的关系。
  二、车辆一路面相互作用的压实一包络模型将软路面由于车轮压实,其原始不平度变为有效不平度的过程分解为车轮压实路面的压实过程和轮胎一路面印迹包络过程,并相应地建立了动压实动力学模型和印迹包络模型。以下分别介绍各个模型。
  1.路面原始不平度的随机过程模拟本文的研究需要得到原始不平度的时域信号q,以在时域研究压实一包络过程。扎可由试验测得的原始不平度功率谱密度按转化到时间频域,再对它进行随机过程模拟得到。
  2.车辆一路面相互作用的静压实模型本模型为后述的动压实模型、包络模型提供有关参数。试验结果表明,一定压实深度范围内的土壤压强一沉陷曲线可近似作线性处理。如果把此段直线的斜率k,(以下简称斜率)作为土壤抗压性能的定量描述,并且假定轮胎一路面印迹上压力均匀分布,那么在轮下路面变形量为砂时路面承受的压力为F=k式中A为印迹面积。由式中可见,路面变形的静刚度是与印迹面积A相关的,即载荷一路面变形之间是一种非线性关系。轮胎试验表明,轮胎的静变形量与载荷间有较好的线性关系。综上所述,得到路面静压实模型。
  3.车辆一路面相互作用动压实动力学棋型车辆与路面相互作用过程也就是软路面原始不平度转变为有效不平度的过程文建立的路面动压实动力学模型,它将车辆、路面、路面原始不平度的激励统一在一个动力学模型中,并考虑了土壤压实变形的不可恢复性和车辆一路面相互作用的变界面特点。路面以上部分为本文的测量车测量系统模型。对于模型中有关参数的确定本文作如下考虑:
  (1)车辆一路面相互作用的变界面处理实际上行驶车辆的知车轮在每一时刻作用的路面是不同的,该处路面的原始不平度高度也是不同的,即表现为车辆一路面相互作用的变界面现象。由于路面高度的随机性,矛、时刻路面原始不平度高度与f时刻原始不平度高度是不相关的。时刻路面压实量与气时刻路面压实量虽然没有直接关系,但它们之间存在通过车辆响应而传递影响的间接关系(t`时刻的车辆系统响应是时刻响应的初始值。因此模型中应考虑每一时刻路面初始条件不相关而车辆系统响应相关的变界点现象。本文是通过数值计算的边界处理实现这一点的。
  (2)路面力学参数lC、K的确定研究表明,农田表层土壤的压实过程是一个基本不可恢复过程,.这个不可恢复的压实过程可以表示为加载阶段的弹性压实和卸载阶段的变形路面不恢复。本文采用的一定压盘面积下土壤压实的力一位移关系以及前述的车辆一路面相互作用的变界面处理来模拟压实变形不可恢复的路面动压实过程。值得指出的是,实际车轮下路面压实过程中的路面刚度K,并不为常值,而是一个与印迹面积有关的量。
  4.软路面一轮胎印迹包络模型目前的轮胎包络效应模型。我们根据Ageniti几推荐的软路面弹性轮接触面假设以及他人的轮胎包络效应试验研究结果提出了软路面弹性轮胎包络模型。该模型用于计算考虑了整个接触面上各点路面不平度影响的轮轴正下方路面有效不平度。
  三、计算结果
  某一工况(轮胎载荷4.3kN,气压o·245MPa,谷子地)下实测的软路面原始不平度功率谱密度参数B,为1.4303、2.7984,实测得到的有效不平度功率谱密度参数B,为1.3136、3.7235,利用上述模型计算得到的有效不平度参数B,为1.2776、3.5039。模型计算结果与实测结果基本相符。计算值与回归值变化趋势基本吻合,大多数幅值相差不大,但在大载荷(如5.3kN)、低气压(如o.IMP二)、非常软的路面(如甜菜地)差别较大。这一方面原因在于路面土壤条件的复杂和离散性,回归结果存在误差;另一方面由于土壤力学性质和轮胎包络效应的复杂性本文的模型还有待于改进。
  综观上述结果,本文的模型是可行的,基本解释了软路面有效不平度形成机理,仅作为从软路面原始不平度探求有效不平度的一个开端,要达到实用尚有大量研究工作要做