CN110532714B - 车-路-桥耦合动力学分析方法 - Google Patents

车-路-桥耦合动力学分析方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种车‑路‑桥耦合动力学分析方法，利用有限元软件建立钢梁模型及线弹性桥面铺装层模型，利用多刚体动力学软件建立多刚体三维车体模型、非线性轮胎模型和板簧悬挂模型并组装形成多刚体三维实车模型，与现有技术相比，多刚体三维实车模型考虑了车辆悬挂特性及轮胎对路面的影响，更加符合工程实际，进而建立钢桥车‑桥‑路刚柔耦合模型，实现车‑桥‑路耦合动力学分析；利用Abaqus有限元软件建立实体轮胎模型、粘弹性桥面铺装层模型，通过车‑桥刚柔耦合动态分析得到的车辆耦合轴力施加于实体轮胎模型，真正实现了车桥刚柔耦合的粘弹性桥面铺装动力学分析和沥青路面的破坏机理分析。

Description

车-路-桥耦合动力学分析方法
技术领域
本发明属于车-桥-路耦合动力学分析技术领域，更具体地说，是涉及一种车-路-桥耦合动力学分析方法。
背景技术
随着交通运输体系在规模与技术水平上的大幅提升，公路交通***高速化、重载化以及轻型化趋势日益提升，高速公路钢桥结构由于强度高，造价低，机械性能好，施工方便，工期较短，构件更换容易等优点而被广泛使用。
钢桥结构在重载车辆的作用下动态耦合效应突出，导致钢桥结构上沥青路面铺装容易产生疲劳裂纹和裂缝。一方面，当高速行驶的重载车辆通过桥梁时，车辆对桥梁产生动力冲击作用，不但将引起桥梁和桥面铺装层的振动，而且由于车辆荷载具有反复作用的特征，桥面铺装层容易产生疲劳损伤与破坏，影响桥梁的工作状态与使用寿命；另一方面，桥梁和桥面铺装层的振动又会反作用于车辆，进一步加剧车辆的振动，影响车辆运行的平稳性与安全性。
因此，对车辆与桥梁以及桥面铺装层耦合***进行科学***地综合分析研究，确定它们在各种行车状态下的耦合动力性能，是合理进行桥梁结构及桥面铺装层设计的实际需要，对于承受车辆动力作用的钢桥的设计、建造、运营养护与检测均具有十分重要的理论和现实意义。
目前，在已有的车-桥-路研究中，主要将车辆模型简化为移动荷载、轮载或用弹簧-质量-阻尼多自由度***模拟；将轮胎和路面接触采用单点或多点力接触考虑，未考虑轮胎对路面的实际作用，也不能采用实车建模，并且在车-桥***建模时，将桥面铺装层仅作为桥面的二期载荷，关注点在于桥梁结构，没有考虑车辆、桥面铺装层、桥梁之间耦合作用，未进行统一建模；另外，由于车-桥-路耦合没有统一建模，也不能分析车-桥-路耦合对粘弹性桥面铺装层的动态响应。
发明内容
本发明的目的在于提供一种车-路-桥耦合动力学分析方法，旨在解决已有钢桥结构建模分析中，不能考虑轮胎对桥面的实际作用，以及实体车辆、桥面铺装层、桥梁之间动态耦合作用，难以统一建模的问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种车-路-桥耦合动力学分析方法，包括以下步骤：
A.利用有限元软件分别建立钢梁模型及线弹性桥面铺装层模型，并计算所述钢梁模型的自由模态及所述线弹性桥面铺装层模型的自由模态；
B.将步骤A所得的所述钢梁模型、所述线弹性桥面铺装层模型、所述钢梁模型的自由模态及所述线弹性桥面铺装层模型的自由模态分别导入多刚体动力学软件中；在所述多刚体动力学软件中对所述钢梁模型设置剪力钉；
C.在所述多刚体动力学软件中对所述钢梁模型上顶面及所述线弹性桥面铺装层模型下底面的剪力钉位置设立约束力元a，组成钢桥模型，在所述钢梁模型下底面与所述钢梁模型的支座位置设置约束力元b；
D.利用所述多刚体动力学软件建立非线性轮胎模型、多刚体三维车体模型、及轮胎与车体之间的板簧悬挂模型；将所述非线性轮胎模型、所述多刚体三维车体模型与所述轮胎与车体之间的板簧悬挂模型组装，形成多刚体三维实车模型；
E.将步骤C所得的所述钢桥模型与步骤D所得的所述多刚体三维实车模型组合，建立钢桥车-桥-路刚柔耦合动力学模型；
F.在所述多刚体动力学软件中应用步骤E所得的所述钢桥车-桥-路刚柔耦合动力学模型，求解车辆响应、桥梁及桥面铺装层响应、车桥耦合下的车辆动态耦合轴力、轮胎与线弹性桥面三向作用力；
G.利用Abaqus有限元软件建立钢桥主梁模型、粘弹性桥面铺装层模型及实体轮胎模型；
H.将步骤F中所得的所述车辆动态耦合轴力施加于步骤G中的所述实体轮胎模型的连轴处，求解轮胎与粘弹性桥面三向作用力、桥梁响应及粘弹性沥青桥面铺装层响应。
进一步地，步骤H中，将所述车辆动态耦合轴力施加于所述实体轮胎模型的连轴处的方法包括以下步骤：
H1.读取所述车辆动态耦合轴力的实际数据；
H2.设置多个时间点，并提取与各个所述时间点对应的所述车辆动态耦合轴力；
H3.设置时间间隔；
H4.在所述轮胎模型上选定轴力施加位置；
H5.相应时间间隔内在所述轴力施加位置上施加H2步骤中提取的所述车辆动态耦合轴力。
进一步地，步骤A中，所述钢梁模型为板壳单元模型，所述桥面铺装层模型为多自由度实体单元模型。
进一步地，步骤A中，在所述钢梁模型及所述线弹性桥面铺装层模型上分别设置支座，并在所述支座上设置全约束点，通过固定界面模态综合法计算所述钢梁模型及所述线弹性桥面铺装层模型的自由模态。
进一步地，步骤A中的所述有限元软件为Ansys有限元软件；步骤B中，所述多刚体动力学软件为UM软件。
进一步地，步骤D中，所述多刚体三维车体模型包括车头模型、车身模型、前轴模型、中轴模型、后轴模型、前悬挂弹簧模型、后悬挂弹簧模型。
进一步地，步骤D中，基于Fiala模型建立非线性轮胎模型。
进一步地，步骤D中，所述轮胎与车体之间的板簧悬挂模型的计算参数包括刚度和阻尼；所述刚度的数值随所述板簧悬挂模型的受力变化而变化。
进一步地，步骤E中，建立钢桥车-桥-路刚柔耦合动力学模型后还包括在所述钢桥模型桥面上设置桥面不平顺的步骤。
进一步地，步骤F中，在所述多刚体动力学软件应用PARK积分法求解所述钢桥车-桥-路刚柔耦合动力学模型的动力学方程。
进一步地，步骤G中，所述实体轮胎模型包括单轴轮组轮胎模型及双轴轮组轮胎模型；所述单轴轮组轮胎模型的两组轮胎模型之间通过连轴器连接，所述双轴轮组轮胎模型的两组轮胎之间通过连轴器连接；步骤H所得的所述车辆动态耦合轴力施加于所述连轴器上。
本发明提供的车-路-桥耦合动力学分析方法的有益效果在于：本发明车-路-桥耦合动力学分析方法，利用有限元软件建立钢梁模型及线弹性桥面铺装层模型，利用多刚体动力学软件建立多刚体三维车体模型、非线性轮胎模型和板簧悬挂模型并组成形成多刚体三维实车模型，与现有技术相比，多刚体三维实车模型考虑了车辆悬挂特性及轮胎对路面的影响，更加符合工程实际，进而建立钢桥车-桥-路刚柔耦合模型，实现车-桥-路耦合动力学分析；利用Abaqus有限元软件建立实体轮胎模型、粘弹性桥面铺装层模型，通过车-桥刚柔耦合动态分析得到的车辆耦合轴力施加于实体轮胎模型，真正实现了车桥刚柔耦合的粘弹性桥面铺装动力学分析和沥青路面的破坏机理分析。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
现对本发明提供的车-路-桥耦合动力学分析方法进行说明。车-路-桥耦合动力学分析方法，包括以下步骤：
A.利用有限元软件分别建立钢梁模型及线弹性桥面铺装层模型，并计算所述钢梁模型的自由模态及所述线弹性桥面铺装层模型的自由模态；
B.将步骤A所得的所述钢梁模型、所述线弹性桥面铺装层模型、所述钢梁模型的自由模态及所述线弹性桥面铺装层模型的自由模态分别导入多刚体动力学软件中；在所述多刚体动力学软件中对所述钢梁模型设置剪力钉；本实施例中，钢梁模型是由多个钢单元和多个混凝土单元组合形成的，现有技术中，组合梁中钢与钢筋混凝土的连接一般采用剪力钉，本实施例中在所述钢梁模型上设置剪力钉也就是说在所述钢梁模型上设置固定约束，使钢单元与混凝土单元能够被绑定。
C.在所述多刚体动力学软件中对所述钢梁模型上顶面及所述线弹性桥面铺装层模型下底面的剪力钉位置设立约束力元a，组成钢桥模型，在所述钢梁模型下底面与所述钢梁模型的支座对应位置设置约束力元b；
D.利用所述多刚体动力学软件建立非线性轮胎模型、多刚体三维车体模型及轮胎与车体之间的板簧悬挂模型；将所述非线性轮胎模型、所述多刚体三维车体模型及所述轮胎与车体之间的板簧悬挂模型组装，形成多刚体三维实车模型；
E.将步骤C所得的所述钢桥模型与步骤D所得的所述多刚体三维实车模型组合，也就是说将钢桥模型和多刚体三维实车模型合二为一，建立钢桥车-桥-路刚柔耦合动力学模型；
F.在所述多刚体动力学软件中应用步骤E所得的所述钢桥车-桥-路刚柔耦合动力学模型，求解车辆响应、桥梁及桥面铺装层响应、车桥耦合下的车辆动态耦合轴力、轮胎与线弹性桥面三向作用力；
G.利用Abaqus有限元软件建立钢桥主梁模型、粘弹性桥面铺装层模型及实体轮胎模型；
H.将步骤F中所得的所述车辆动态耦合轴力施加于步骤G中的所述实体轮胎模型的连轴处，求解轮胎与粘弹性桥面三向作用力、桥梁响应及粘弹性沥青桥面铺装层响应。
本发明提供的车-路-桥耦合动力学分析方法，与现有技术相比，利用有限元软件建立钢梁模型及线弹性桥面铺装层模型，利用多刚体动力学软件建立多刚体三维车体模型、非线性轮胎模型和板簧悬挂模型并组成形成多刚体三维实车模型，与现有技术相比，多刚体三维实车模型考虑了车辆悬挂特性及轮胎对路面的影响，更加符合工程实际，进而建立钢桥车-桥-路刚柔耦合模型，实现车-桥-路耦合动力学分析；利用Abaqus有限元软件建立实体轮胎模型、粘弹性桥面铺装层模型，通过车-桥刚柔耦合动态分析得到的车辆耦合轴力施加于实体轮胎模型，真正实现了车桥刚柔耦合的粘弹性桥面铺装动力学分析和沥青路面的破坏机理分析。
本发明提供的车-路-桥耦合动力学分析方法，即考虑了公路实际重载车辆整体动态特性，也考虑了轮胎与桥面铺装层的接触关系和桥面铺装的粘弹性特性，实现真实意义上的车-桥梁-桥面沥青铺装层的耦合动力响应计算，即可分析耦合条件下车辆的动态响应，也可以真实的反应实际车-桥-路的耦合动态特性，为车-桥-路动态研究及桥梁结构桥面铺装层设计及维护提供了依据，具有理论价值和工程应用前景。
作为本发明提供的车-桥-路耦合动力学分析方法的一种具体实施方式，步骤H中，将车辆动态耦合轴力施加于轮胎模型的连轴处的方法包括以下步骤：
H1.读取所述车辆动态耦合轴力的实际数据；
H2.设置多个时间点，并提取与各个所述时间点对应的所述车辆动态耦合轴力；
H3.设置时间间隔；
H4.在所述轮胎模型上选定轴力施加位置；
H5.相应时间间隔内在所述轴力施加位置上施加H2步骤中提取的所述车辆动态耦合轴力。
步骤H1中，车辆轴力的实际数据为在多刚体动力学软件中应用步骤E所得的钢桥车-桥-路刚柔耦合模型的动力学方程，求解车辆响应、桥梁响应，得到的实际的车辆动态耦合轴力。步骤H2中，设置多个时间点，用于提取不同时刻的车辆动态耦合轴力；步骤H3中，设置时间间隔，用于确定提取数据的间隔时间。
作为本发明提供的车-路-桥耦合动力学分析方法的一种具体实施方式，步骤A中，钢梁模型为板壳单元模型，桥面铺装层模型为多自由度实体单元模型。
钢桥模型建模时主要考虑两部分，一部分是钢梁，一部分是桥面铺装层。钢梁为工字钢梁，利用有限元软件建里钢梁模型时，采用shell163单元建立工字钢梁模型，shell163板壳单元是一种弹性壳，具有弯矩和薄膜特性，可承受与平面同方向及法线方向的荷载，shell163单元每个节点6个自由度，分别是：x，y，z方向和绕x，y，z轴方向，shell163单元具有大变形和应力强化能力，可以提供用于大变形分析的连续相切矩阵。该模型共包含68676个单元，68875个节点，411450个自由度。
利用有限元软件建立桥面铺装层模型时，考虑桥面铺装层厚度为35cm，其中C50钢纤维混凝土与工字钢梁通过剪力钉相连，厚度为25cm，薄层沥青铺在钢纤维混凝土上，薄层沥青铺层上面层为4cm的SMA-13改性沥青，下面层为6cm的ARHM-20橡胶沥青，桥面铺装层采用solid45实体单元，solid45实体单元是3-D实体单元，可以用作三维实体机构建模，solid45实体单元每个单元具有8个节点，每个节点3个自由度，分别是：x，y，z方向，solid45实体单元具有塑性、膨胀、徐变、应力强化、大应变和大变形能力。桥面铺装层将钢纤维混凝土分为3层，薄层沥青上面层分为2层，薄层沥青下面层分为2层，方便研究桥面铺装层各层间的挠度与应力，该模型共包含360692个单元，413548个节点，2481288个自由度。
作为本发明提供的车-路-桥耦合动力学分析方法的一种具体实施方式，在钢梁模型及线弹性桥面铺装层模型上分别设置支座，并在支座上设置全约束点，通过固定界面模态综合法计算含有线弹性桥面铺装钢桥模型的自由模态。
钢桥模型需要在墩顶处设置固定约束或铰支座约束，因此在钢梁模型上设置支座，支座用于约束钢桥模型。
本实施例中的钢桥模型是在多刚体动力学软件中分析计算，多刚体动力学软件中钢桥模型的模态分析计算是提取有限元软件中计算的钢梁模型的自由模态及线弹性桥面铺装层模型的自由模态，并且在多刚体动力学软件中通过力元约束模拟固定和自由，由此计算钢桥模型的约束模态。
有限元软件中，采用固定界面模态综合法计算钢桥模型的自由模态。
作为本发明提供的车-路-桥耦合动力学分析方法的一种具体实施方式，步骤A中，步骤A中的有限元软件为Ansys有限元软件；步骤B中，多刚体动力学软件为UM软件。
UM软件从建模到仿真以及后处理都有一套有效的算法来提高效率和仿真精度，并且软件中融合了许多优秀的算法和程序，由此增强软件的实用性和适用性，UM软件采用直接求解刚性微分代数方程的Park算法以及用于多核并行计算的Park Parallel算法，并且UM软件可以与matlab、Ansys和abaqus等兼容，便于联合使用。
本发明利用UM软件建立多刚体三维实车模型，在Ansys软件中建立钢桥有限元模型，并且通过Ansys-UM接口，将钢桥有限元模型导入到UM软件中，由此在UM软件中完成车-桥-路刚柔耦合模型的建立。
作为本发明提供的车-路-桥耦合动力学分析方法的一种具体实施方式，步骤D中，多刚体三维车体模型包括车头模型、车身模型、前轴模型、中轴模型、后轴模型、前悬挂弹簧模型、后悬挂弹簧模型。
车辆是一个复杂的***，需要根据研究问题对车辆***进行相应的简化。本实施例中以某型后轴重载卡车为参考模型，在实际建模过程中，对车辆模型进行简化，因为研究对象不同取合理的模型结构，即能够体现车辆***的振动特点，又不会明显的增加计算量；因此在UM软件中，建立多刚体三维车体模型模型包括：车头、车身、前轴、中轴、后轴、2个前悬挂弹簧、4个后悬挂弹簧以及10车轮。
该多刚体三维车体模型，与通常的四分之一、二分之一车辆模型相比，能够更好的反应车辆动力特性，在考虑车体的垂向振动的同时，也将车辆的横向振动考虑进来；而且，轮胎模型考虑了实际轮胎与地面的接触关系。该多刚体三维实车模型考虑车体6自由度，轮胎10自由度，车轴6自由度，整车共计22个自由度，针对于垂向运动，能以模拟车体的沉浮、俯仰和侧倾运动，以及轮胎的垂向运动。
作为本发明提供的车-路-桥耦合动力学分析方法的一种具体实施方式，步骤D中，利用基于Fiala模型建立非线性轮胎模型。
在车-桥-路刚柔耦合模型中，轮胎的作用是传递车辆和桥面之间的荷载，故轮胎接地问题是建立动力学模型的关键。本实施例采用基于Fiala模型，该模型考虑实际的接触关系，比单点接触模型具有更高的精度。
作为本发明提供的车-路-桥耦合动力学分析方法的一种具体实施方式，步骤F中，根据车-桥-路接触位置的位移和接触力关系，建立式(1-1)所示的耦合动力学方程：
Figure BDA0002189821270000091
式中，Cb-b，Cb-v，Cv-b，Kb-b，Kb-v，Kv-b，Fb-v，Fv-b表示车桥相互作用引起的阻尼刚度和作用力项，且式(1-1)包含了桥梁的模态特性参数和车辆的物理参数，大大降低了方程求解的计算量。考虑了钢板弹簧的非线性，弹簧刚度Kv的取值可参考文献，在此不再冗叙。
当获得桥梁与桥面铺装层的位移响应后，应力可以通过下式得到：
[S]＝[E][B]{Xb}  (1-2)
式中[B]表示单元刚度矩阵；[B]表示位移-应变形函数矩阵。
UM软件中应用PARK积分法求解上述钢桥车-桥-路刚柔耦合模型的动力学方程。
桥上路面不平顺是车-桥-路相互耦合作用的附加激励，是影响重载汽车轮胎接地力的重要因素之一。一般认为路面不平度是平稳的，各态历经零均值的Gauss随机过程，路面不平整程度可用功率谱密度(PSD)表示。步骤E中，根据GB/T7031－2005/ISO8608:1995《机械振动—道路路面谱测量数据报告》的标准，利用最小二乘法将功率谱密度函数空间频率的数据进行拟合，形成与真实路面相似的不平顺谱。
拟合公式如式(1-3)：
Gd(n)＝Gd(n0)(n/n0)-w  (1-3)
式中：Gd(n)为位移功率谱密度(m3)；Gd(n0)为参考空间频率处的谱密度(m3)；n标示有效频率宽度范围内的某一空间频率，单位为m-1；n0为空间参考空间频率。路面平整度可由相关功率谱密度函数通过Fourier逆变换生成。
作为本发明提供的车-路-桥耦合动力学分析方法的一种具体实施方式，步骤D中，所述轮胎与车体之间的板簧悬挂模型的计算参数包括板簧刚度和板簧阻尼；所述板簧刚度的数值随所述板簧悬挂模型的受力变化而变化。
为了减小振动，实体车辆的车体与轮胎之间都会设置板簧，因此，本实施中在多刚体三维实车模型和非线性轮胎模型之间还设置了板簧悬挂模型；该板簧悬挂模型中的刚度参数随板簧受到车体及路面的压力的变化而变化，以更加符合实际车辆的运行情况。
作为本发明提供的车-路-桥耦合动力学分析方法的一种具体实施方式，步骤G中，轮胎模型包括单轴轮组轮胎模型及双轴轮组轮胎模型；单轴轮组轮胎模型的两组轮胎模型之间通过连轴器连接，双轴轮组轮胎模型的两组轮胎之间通过连轴器连接；步骤H所得的车辆动态耦合轴力施加于轮胎模型连轴器上。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.车-路-桥耦合动力学分析方法，其特征在于，包括以下步骤：
A.利用有限元软件分别建立钢梁模型及线弹性桥面铺装层模型，并计算所述钢梁模型的自由模态及所述线弹性桥面铺装层模型的自由模态；
B.将步骤A所得的所述钢梁模型、所述线弹性桥面铺装层模型、所述钢梁模型的自由模态及所述线弹性桥面铺装层模型的自由模态分别导入多刚体动力学软件中；在所述多刚体动力学软件中对所述钢梁模型设置剪力钉；
C.在所述多刚体动力学软件中对所述钢梁模型上顶面及所述线弹性桥面铺装层模型下底面的剪力钉位置设立约束力元a，组成钢桥模型，在所述钢梁模型下底面与所述钢梁模型的支座位置设置约束力元b；
D.利用所述多刚体动力学软件建立非线性轮胎模型、多刚体三维车体模型及轮胎与车体之间的板簧悬挂模型；将所述非线性轮胎模型、所述多刚体三维车体模型及所述轮胎与车体之间的板簧悬挂模型组装，形成多刚体三维实车模型；
E.将步骤C所得的所述钢桥模型与步骤D所得的所述多刚体三维实车模型组合，建立钢桥车-桥-路刚柔耦合动力学模型；
F.在所述多刚体动力学软件中应用步骤E所得的所述钢桥车-桥-路刚柔耦合动力学模型，求解车辆响应、桥梁及桥面铺装层响应、车桥耦合下的车辆动态耦合轴力、轮胎与线弹性桥面三向作用力；
G.利用Abaqus有限元软件建立钢桥主梁模型、粘弹性桥面铺装层模型及实体轮胎模型；
H.将步骤F中所得的所述车辆动态耦合轴力施加于步骤G中的所述实体轮胎模型的连轴处，求解轮胎与粘弹性桥面三向作用力、桥梁响应及粘弹性沥青桥面铺装层响应。
2.如权利要求1所述的车-路-桥耦合动力学分析方法，其特征在于：步骤H中，将所述车辆动态耦合轴力施加于所述实体轮胎模型的连轴处的方法包括以下步骤：
H1.读取所述车辆动态耦合轴力的实际数据；
H2.设置多个时间点，并提取与各个所述时间点对应的所述车辆动态耦合轴力；
H3.设置时间间隔；
H4.在所述轮胎模型上选定轴力施加位置；
H5.相应时间间隔内在所述轴力施加位置上施加H2步骤中提取的所述车辆动态耦合轴力。
3.如权利要求1所述的车-路-桥耦合动力学分析方法，其特征在于：步骤A中，所述钢梁模型为板壳单元模型，所述桥面铺装层模型为多自由度实体单元模型。
4.如权利要求1所述的车-路-桥耦合动力学分析方法，其特征在于：步骤A中，在所述钢梁模型及所述线弹性桥面铺装层模型上分别设置支座，并在所述支座上设置全约束点，通过固定界面模态综合法计算所述钢梁模型及所述线弹性桥面铺装层模型的自由模态。
5.如权利要求1所述的车-路-桥耦合动力学分析方法，其特征在于：步骤A中的所述有限元软件为Ansys有限元软件；步骤B中，所述多刚体动力学软件为UM软件。
6.如权利要求1所述的车-路-桥耦合动力学分析方法，其特征在于：步骤D中，所述多刚体三维车体模型包括车头模型、车身模型、前轴模型、中轴模型、后轴模型、前悬挂弹簧模型、后悬挂弹簧模型。
7.如权利要求1所述的车-路-桥耦合动力学分析方法，其特征在于：步骤D中，所述轮胎与车体之间的板簧悬挂模型的计算参数包括刚度和阻尼；所述刚度的数值随所述板簧悬挂模型的受力变化而变化。
8.如权利要求1所述的车-路-桥耦合动力学分析方法，其特征在于：步骤E中，建立钢桥车-桥-路刚柔耦合动力学模型后还包括在所述钢桥模型桥面上设置桥面不平顺的步骤。
9.如权利要求1所述的车-路-桥耦合动力学分析方法，其特征在于：步骤F中，在所述多刚体动力学软件应用PARK积分法求解所述钢桥车-桥-路刚柔耦合动力学模型的动力学方程。
10.如权利要求1所述的车-路-桥耦合动力学分析方法，其特征在于：步骤G中，所述实体轮胎模型包括单轴轮组轮胎模型及双轴轮组轮胎模型；所述单轴轮组轮胎模型的两组轮胎模型之间通过连轴器连接，所述双轴轮组轮胎模型的两组轮胎之间通过连轴器连接；步骤H所得的所述车辆动态耦合轴力施加于所述连轴器上。
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Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111753366B (zh) * 2020-07-08 2022-06-03 华东交通大学 一种震致损伤无砟轨道不平顺谱的建立方法及计算***
CN112329316B (zh) * 2020-11-19 2022-10-14 中国汽车技术研究中心有限公司 一种基于多体动力学的扭力梁强度分析方法
CN114201804A (zh) * 2021-12-16 2022-03-18 南京理工大学 一种基于abaqus平台的考虑路面不平顺的车桥耦合分析方法
CN114117651B (zh) * 2022-01-26 2022-05-06 湖南大学 风-车-桥全动态耦合分析方法及***
CN115774898B (zh) * 2023-02-10 2023-05-09 四川蓝海智能装备制造有限公司 一种隧道装备臂架***的分析方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011137317A (ja) * 2009-12-28 2011-07-14 Mitsubishi Heavy Industries Bridge & Steel Structures Engineering Co Ltd 制振機能を有する橋梁及び制振機能を有する橋梁の施工方法
CN204212019U (zh) * 2014-09-11 2015-03-18 广西桂东高速公路有限公司 相变降温沥青路面结构
CN109918849A (zh) * 2019-04-01 2019-06-21 同济大学 一种沥青路面沥青层现场模量主曲线的建立方法
CN110006752A (zh) * 2019-04-10 2019-07-12 石家庄铁道大学 非圆形巷道无支护围岩应力与位移粘弹性分析的试验装置

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005011292A (ja) * 2003-06-23 2005-01-13 Nippon Sharyo Seizo Kaisha Ltd 有限要素解析用モデルの自動作成方法
JP5185978B2 (ja) * 2010-06-17 2013-04-17 中日本ハイウェイ・エンジニアリング名古屋株式会社 橋梁ジョイント構造
CN102535305A (zh) * 2011-12-31 2012-07-04 上海市城市建设设计研究总院 提高钢桥沥青铺装层使用寿命的抗剪钢筋的设置结构
CN105389458A (zh) * 2015-10-14 2016-03-09 长安大学 一种公路随机车流风车桥耦合计算方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011137317A (ja) * 2009-12-28 2011-07-14 Mitsubishi Heavy Industries Bridge & Steel Structures Engineering Co Ltd 制振機能を有する橋梁及び制振機能を有する橋梁の施工方法
CN204212019U (zh) * 2014-09-11 2015-03-18 广西桂东高速公路有限公司 相变降温沥青路面结构
CN109918849A (zh) * 2019-04-01 2019-06-21 同济大学 一种沥青路面沥青层现场模量主曲线的建立方法
CN110006752A (zh) * 2019-04-10 2019-07-12 石家庄铁道大学 非圆形巷道无支护围岩应力与位移粘弹性分析的试验装置

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
陈映贞 等.基于ABAQUS的钢桥面铺装层粘弹性响应分析.交通与计算机.2013,(第05期),全文. *

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