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题目:移动载荷下弹塑性地基板上的动力响应和破坏

关键词:阻拦跑道,移动载荷,弹塑性地基,动力响应,Fourier变换

  摘要



民航客机在意外冲出跑道时,很容易造成机毁人亡的灾难性后果。工程材料阻拦系统(Engineering Material Arresting System(EMAS))可以很好地阻拦冲出跑道的飞机,在EMAS阻拦系统的后续研究中,一个重要问题就是对泡沫混凝土铺设的拦阻跑道进行维护。由于泡沫混凝土承压能力较低,小型维护车辆在其表面行驶时可能对其造成破坏。因此通常都是在阻拦材料表面加装覆盖板,来减小维护车辆运行过程中车辆自身重力通过轮胎传递的压强,有效地防护内部材料不受破坏。本文综述了EMAS阻拦跑道的意义、阻拦材料和国内外研究现状,针对维护车辆运行过程中可能压碎泡沫混凝土道面的问题,指出了加装覆盖板的重要性。在此基础上,完成了下列创新性研究:

(1)进行了EMAS材料的压缩实验,得到了材料的力学性能曲线。根据实验结果,将小型维护车辆在加装覆盖板的EMAS阻拦材料上行驶对盖板的作用力问题,提炼为移动载荷在弹塑性地基板上的动力响应力学模型,重点研究移动载荷加载时的地基板的动力响应,通过级数展开法和Fourier变换,推导出弹塑性地基板的挠度的解析表达式,分析了载荷不同速度下挠度的变化情况,研究了覆盖板的弹性模量、厚度、密度和泊松比对变形的影响。

(2)使用显示非线性瞬态动力学有限元程序LS-DYNA,建立了维护车辆在加装覆盖板的EMAS阻拦材料上行驶模型。通过对SPH方法和Lagrange方法的计算结果对比,指出Lagrange方法的优越性;计算了不同速度下覆盖板的挠度变化,分析了覆盖板的各个参数对覆盖板变形的影响,并将计算结果与理论预测结果进行了比较和讨论,发现两者具有较好的一致性。

(3)提出了维护车辆在加装覆盖板的EMAS阻拦材料上变速行驶时的动力学模型,在假定维护车辆为线性加速(减速)运动的条件下,将模型转化为变速移动载荷在弹塑性地基梁上的动力响应问题,通过傅立叶变换获得了控制方程的解,进一步研究了加速度对响应特性的影响。