车辆与路面相互作用下路面结构动力学研究

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1、文艺未)户／，l博士学位论文车辆与路面相互作用下路面结构动力学研究Researchondynamicsofpavementstructuredueto●‘-1·一·‘Venicleandoavementinteraction作者：李皓玉导师：杨绍普北京交通大学2011年6月—”l，．0·

2、一’r学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解北京交通大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权北京交通大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，提供阅览服务，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。(保密的学位

3、论文在解密后适用本授权说明)学位论文作者签名：苍锵五签字日期：20i1年石月Io日即躲杨确签字胁砂，1年臼脚2j．1．】崎～}中图分类号：U416．Ol；u461．1UDC：625学校代码：10004密级：公开北京交通大学博士学位论文车辆与路面相互作用下路面结构动力学研究Researchondynamicsofpavementstructureduetovehicleandpavementinteraction作者姓名：李皓玉导师姓名：杨绍普学号：05116274职称：教授学位类别：工学博士学位级别：博士学科专业：车辆工程研究方向：车辆系统动力学与振动控制北京交通大学2011年6月l

4、i、致谢本论文的工作是在导师杨绍普教授的悉心指导下完成的。从论文的选题、课题的研究到论文的撰写和审阅，杨老师老师都付出了大量的心血，给予了很多启发和帮助。导师崇高的品德、渊博的知识、才思隽永的学术思想、深邃敏锐的科研洞察力和严谨求实的治学态度是我在人生的道路上不断进取、永远学习的楷模。导师的严格要求和谆谆教诲使我受益终身。在生活和工作上也得到了导师和师母的关心和帮助，让我感激不尽。师恩情重，难以言表，值此论文完成之际，特别向导师和师母表示衷心的感谢和深深的祝福。在实验室工作期间，陈恩利教授、李黎阳老师、司春棣副教授在学习上和生活上都给予了我很大的关心和帮助，在此表示衷心的感谢。感谢我

5、所在单位石家庄铁道大学工程力学系的领导和同事对我工作的帮助和支持，特别感谢教研室的同事们，是他们承担了大量的教学任务才使我得以安心求学。感谢师妹李韶华、路永婕，她们对于我的科研工作和论文都提出了许多宝贵意见，与她们的互相探讨和学习使我能够顺利完成学业。感谢师兄邢海军、徐步青，师弟(妹)赵志宏、马增强、刘永强、马新娜、陈娜、廖英英在学习和生活中对我的关心和帮助。攻读博士期间，课题组成员间的彼此愉快相处、团结互助，为作者的求学和论文的完成奠定了良好的氛围。在论文中，参考了大量的文献资料，向这些文献的作者表示感谢。感谢我的亲人，特别是我年迈的父母，多年来他们一直在帮我照顾孩子，是他们无私的

6、付出和默默无闻的理解和支持成就了我的求学之路。最后，感谢在百忙中评审本论文和出席论文答辩会的各位专家、教授。中文摘要摘要：随着国民经济和公路交通运输业的快速发展，高速重载成为了道路交通的发展趋势，重型车辆对路面的动荷载是造成路面早期破坏的一个主要原因，高速公路的静力法设计越来越难以满足要求。研究车辆荷载作用下路面的动力学行为，揭示路面的破坏机理，推动路面结构设计从静态向动态转化已成为目前道路界研究的热点问题之一。目前道路工作者在求解路面的动力响应时，由于理论分析和数值计算上的复杂性，一般将车辆荷载简化为冲击荷载、移动的恒载或移动的简谐荷载，而忽略掉其“移动随机荷载"的本质特性。车辆动

7、荷载引起路面的早期破坏，而路面的破坏反过来又会引起车辆振动加剧，严重影响行车的安全性、舒适性，并进一步增加车辆对路面的动荷载，车辆与路面是一个相互作用相互耦合的系统，要研究路面在车辆荷载作用下的动力学行为，应把车辆与路面作为一个系统来研究。本文通过动荷载将车辆模型和路基路面模型相连接，建立车辆一路面一路基相互作用系统，基于此系统对移动随机荷载作用下路面的动力学特性进行了理论分析和仿真计算，系统分析了车路系统参数对路面的动力响应和疲劳寿命的影响。主要研究内容包括：(1)建立了八自由度整车模型，对行驶于不平整路面上的车辆动荷载进行了频域仿真分析，探讨了路面不平度、行车速度、车辆悬架刚度和

8、阻尼、轮胎刚度和阻尼等参数对动荷载的影响规律。综合考虑行驶平顺性和道路友好性两方面的因素对车辆悬架进行了优化。结果表明，重型车辆作用于路面的动荷载以低频振动为主，通过适当减小前后悬架的刚度和增大前后悬架的阻尼，可有效地提高车辆的行驶平顺性和道路友好性。(2)以Kelvin地基和弹性半空间地基上的无限大双层板模型模拟路基路面结构，通过积分变换法得到单位脉冲荷载作用下路面响应的Gi'∞n函数，然后根据线性系统的叠加原理，利用广义Duhamel积分推导出了移动荷