公路交通科技

2019年, 第36卷, 第12期　刊出日期：2019-12-05
  

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    道路工程
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    沥青混合料半圆弯曲低温断裂-愈合特性
    朱洪洲, 范世平, 袁海, 汪浩
    2019, 36(12): 1-7. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2019.12.001
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    采用半圆弯曲（SCB）试验评价了不同级配沥青混合料在低温环境中产生宏观开裂后的自愈合性能。在0℃时将带有切缝的AC-13，SMA-13，AC-20混合料半圆试件进行SCB断裂-愈合-断裂试验。根据试验结果计算获得了半圆试件宏观开裂的临界荷载、临界断裂能和J积分断裂韧度，并将愈合后和愈合前的临界荷载比、临界断裂能比和J积分断裂韧度比定义为沥青混合料自愈合指数，用其量化分析沥青混合料的自愈合性能。研究结果表明：采用SCB试验可以评价沥青混合料的宏观开裂自愈合性能，在0℃时发生宏观开裂的沥青混合料在一定环境中能发生自愈合，如在100℃环境中愈合8 h后，愈合指数超过50%；愈合指数随温度和时间的增加而增加，但存在一个有效愈合期，超过该愈合期后，提高温度和延长时间对愈合能力无显著提高，在愈合时间8 h时，有效愈合温度宜为60℃，在愈合温度为60℃时，有效愈合时间宜为8 h；相同条件下，混合料开裂程度越大，愈合能力越低；沥青混合料自愈合性能除了与沥青用量有关，还受混合料级配矿料粒径大小的影响，本研究中沥青混合料愈合能力大小顺序为：AC-13 > SMA-13 > AC-20。
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    基于IFA-SVM的高速公路沥青路面使用性能预测
    李海莲, 林梦凯, 王起才
    2019, 36(12): 8-14,78. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2019.12.002
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    针对传统定性法对高速公路沥青路面使用性能预测精度不高的问题，结合支持向量机理论和改进萤火虫算法，建立了一种基于IFA-SVM的预测模型。首先在预测模型中引入萤火虫领域搜索，克服了寻优过程中随着迭代次数的增加而发生萤火虫的随机移动。其次，在后续寻优过程中采用动态调整算法搜索步长来平衡全局搜索能力，加快了SVM模型性能参数的寻优选择。最后通过实例验证，并与标准FA-SVM预测方法进行对比分析，验证了IFA-SVM模型的有效性和预测精度的可行性。研究结果表明：（1）采用标准FA-SVM对G6高速公路白银段路面使用性能各个指标进行预测，其相对误差最大达2.543 5%，最小为0.820 6%，而利用IFA-SVM模型预测结果的相对误差最值分别为1.085 8%和0.365 4%，且其均方根误差均小于标准FA-SVM方法。（2） IFA-SVM模型在高速公路沥青路面使用性能预测时，收敛速度更快，精度高于标准的FA-SVM，预测结果不仅更加接近实测值，而且对高速公路沥青路面的养护决策提供有效支持。
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    核磁共振、热分析和扫描电镜用于沥青材料表征的研究进展
    洪浩凯, 张恒龙, 黄立葵
    2019, 36(12): 15-28. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2019.12.003
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    沥青是由不同分子量的碳氢化合物及其非金属衍生物组成的混合物，由于其组成的复杂性，对沥青材料的研究很多是基于物理、流变等相关性能指标的测定，其微观组成和结构的表征研究很长时间以来进展较为缓慢。随着现代材料测试技术的发展，新的测试手段，例如傅立叶红外光谱（FTIR）、原子力显微镜（AFM）、凝胶渗透色谱（GPC）、扫描电镜（SEM）、热分析、核磁共振（NMR），已被越来越多的研究者用来表征沥青微观组成和结构。其中，核磁共振通过区分不同原子的归属及划分，能检测出沥青中发生的分子异构化、脱氢及内部交联等反应；热分析可以测定变化焓、玻璃态转化温度等指标参数，对沥青温度稳定性进行评价；扫描电镜和环境扫描电镜（ESEM）能对沥青与改性剂的相容性、表面微观形貌、断口形态及纤维结构变化等进行表征。在介绍3种仪器原理的基础上，对三者在沥青材料表征中的国内外最新应用情况进行了总结，并对其应用前景进行了展望。材料现代测试技术在沥青材料中的推广应用，对于多角度、多层次理解沥青材料的组成、结构与性能的关系，为沥青改性、沥青老化等方面的研究提供了新途径。
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    SBS改性沥青RTFOT老化黏附性量化评价方法研究
    常琨, 王选仓
    2019, 36(12): 29-36. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2019.12.004
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    为了研究沥青老化对黏附性的影响，并实现量化评价，从而改善传统水煮法试验只能定性分析的不足，通过延时RTFOT试验对SBS含量为5%的改性沥青模拟不同时间的热氧老化，采用光电比色法计算了不同老化时间的SBS改性沥青与3种集料的黏附率，分析了沥青老化对集料黏附性的影响。采用表面自由能理论研究了SBS改性沥青老化后接触角、表面自由能及其分量的变化规律。并通过烘箱加热法试验研究了SBS改性沥青混合料短期老化和长期老化后水稳定性的变化规律。研究表明：随着老化时间的延长，SBS改性沥青与集料的黏附率会逐渐降低，不同集料在同等情况下与老化后的SBS改性沥青黏附性强弱依次为：石灰岩、玄武岩、闪长岩；SBS改性沥青与测试液体间的接触角变大，表面自由能及其色散分量、极性分量均呈现降幅先大后小的下降趋势，在老化360 min后，其表面自由能、色散分量和极性分量分别下降了21.5%，14.5%，78.2%；光电比色法和表面自由能理论的试验结果一致，表明采用这两种方法进行SBS改性沥青老化后黏附性量化评价是准确合理的；随着老化时间延长，SBS改性沥青混合料的残留稳定度和冻融劈裂强度比逐渐下降，即老化降低了沥青混合料的水稳定性，这也再次证实了本研究的SBS改性沥青黏附性量化评价结果是准确有效的。
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    纤维混凝土断裂性能试验研究与数值模拟
    马银华, 马海啸, 官馨, 彭宗志, 任俊杰
    2019, 36(12): 37-46. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2019.12.005
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    为研究纤维对水泥混凝土断裂性能的影响，选用几种不同类型、不同规格的纤维，在各种纤维的常规掺量下，对带切口的单掺或混掺纤维混凝土试件进行了三点弯曲试验，并与素混凝土试件进行了对比。试验得到素混凝土、单掺PVA纤维混凝土、单掺普通钢纤维混凝土、单掺超细钢纤维混凝土及三元混杂纤维混凝土共5组试件的荷载-张口位移曲线，理论计算得到各组试件的断裂能、断裂韧度及临界张口位移等断裂特征参数。利用Abaqus软件基于扩展有限单元法模拟了各组试件三点弯曲加载时的开裂行为，追踪了裂纹的扩展情况。试验及数值模拟结果表明：在常规纤维掺量下，不同类型的纤维混凝土表现出的断裂韧性差异显著；相对于素混凝土和PVA纤维混凝土，钢纤维和三元混杂纤维混凝土的荷载-变形曲线更加饱满，部分试件的曲线在达到峰值荷载进入下降段后甚至会再次上升并出现二次峰值现象，表现出良好的断裂韧性；扩展有限元法也能较好地模拟纤维混凝土的开裂行为，且由数值模拟得到的各组混凝土试件的加载曲线、破坏形态及断裂参数与试验情况都能吻合较好；扩展有限元法可以时刻追踪裂纹扩展情况，从而确定裂纹长度随加载时间和加载点位移的变化关系，合理地预测裂纹潜在的扩展途径。
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    基于全概率法的锚杆挡墙中锚杆设计
    唐仁华, 历永杰
    2019, 36(12): 47-52. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2019.12.006
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    针对目前岩土工程领域中可靠度分析研究较多而可靠度设计研究较少特别是全概率设计涉及更少的现状，提出了锚杆挡土墙中锚杆的全概率设计方法。以锚固体与周围土体的黏结强度以及钢筋的极限抗拉强度为抗力，以主动土压力为荷载，分别建立了结构功能函数。将影响土质边坡中锚杆抗拔性能的相关参数视为随机变量，对其变异系数取值范围进行详尽分析并得到了合理的结果。为解决可靠指标计算函数的反函数难以直接获得解析解的问题，引入了原理简单又能快速计算的二分法。提出了基于二分法的锚杆全概率设计流程并编制了计算程序，该程序可直接算出任意目标可靠指标下的锚杆直径与长度等设计参数值。在算例中使用该全概率设计方法与《建筑边坡工程技术规范》（GB50330—2013）中的定值设计法进行了对比验算，并给出了边坡锚杆按全概率设计的目标可靠指标参考值。结果表明：锚杆锚固段长度的目标可靠指标明显低于钢筋横截面积的目标可靠指标，与土质边坡中锚杆失效大多是由于锚固体与周围土体黏结破坏的实际情况相符合。全概率设计方法可在单一随机变量功能函数的结构设计中直接推广应用。
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    钢桥面板U肋对接焊缝疲劳细节有限元分析方法
    赵秋, 陈孔生, 陈平, 赵云鹏
    2019, 36(12): 53-61. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2019.12.007
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    为了研究正交异性钢桥面板U肋对接焊缝疲劳细节的疲劳性能，应用有限元软件ABAQUS建立了局部的钢箱梁节段模型。探讨了有限元模型中关注细节附近网格划分大小，以及疲劳荷载的加载方式对关注细节应力提取结果的影响，并确定了U肋对接疲劳细节的应力幅分析过程。研究结果表明：在确保与网格大小为0.5t时对比的精确度≥95%的情况下，U肋与横隔板连接处附近U肋网格大小最大可取2t；横隔板间U肋对接焊缝处的U肋网格大小最大可取8t；横向加载分析时，将疲劳荷载布置于U肋正上方、U肋间和U肋腹板上方的加载方式既简化了加载步骤，又能得到细节的实际最不利荷载位置；疲劳荷载加载分析时，钢桥面板盖板网格不大于100 mm，加载的荷载步不大于100 mm时可以得到比较精确的结果；对于U肋对接疲劳细节，正确的应力幅分析过程为：首先将疲劳车辆的双轴组纵向中心线与车道中心线相对应进行纵向加载，获得U肋对接细节取得应力最大值时对应的轮载纵向位置，然后在该纵向位置进行横向移动加载，确定U肋对接细节最不利的横向位置，最后在该最不利横向位置进行纵向加载获取纵向应力历程曲线，再通过应力历程曲线计算该细节的应力幅。
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    中小跨整体预制Π形钢板组合梁力学与经济性研究
    贺耀北, 方博夫, 刘榕, 李文武, 刘婷婷
    2019, 36(12): 62-68. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2019.12.008
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    我国中小跨径桥梁以预制混凝土T梁、小箱梁为主，钢板组合梁具有广阔的推广空间。常规中小跨径钢板组合梁通常先安装钢梁再安装混凝土桥面板，组合效率不高，施工不便。结合湖南省长益扩容高速公路项目工程，提出了一种钢梁-混凝土桥面板整体预制钢板组合梁。预制组合梁为Π形断面，采用架桥机安装，先简支后连续进行体系转换。采用MIDAS和ANSYS有限元软件对组合梁结构的力学性能进行了分析，通过工程实例对组合梁施工性能与技术经济指标进行了对比研究。结果表明：钢梁、混凝土桥面板、连接件承载能力与钢梁的疲劳性能满足现行规范要求；通过优化施工工序与配置普通钢筋，负弯矩区最大裂缝宽度小于规范要求，可按控制裂缝宽度的方式进行设计；组合梁满足梁上运梁强度要求，吊重与混凝土预制结构基本相当，有良好的施工性能，适合山区等复杂地形施工；组合梁建造成本比混凝土预制结构高，但考虑维护与回收价值的全寿命周期成本相对较低；组合梁总用钢量指标相比同类结构居中，混凝土用量最小，经济性较好。预制Π形钢板组合梁具有组合受力效率高、施工方便、造价可靠的优点，适合在我国交通建设中推广。
  • 桥梁工程
    高填方盖板涵垂直土压力分布特性及计算理论
    冯忠居, 李少杰, 董芸秀, 郝宇萌, 胡海波
    2019, 36(12): 69-78. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2019.12.009
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    为研究高填方盖板涵涵顶垂直土压力的分布特性，改进盖板涵土压力计算方法，采用离心模型试验与有限元软件分析不同填高下盖板涵涵顶垂直土压力分布形式与填土变形规律，揭示盖板涵涵顶垂直土压力分布特性的成因，通过正交试验研究涵顶土压力不均匀系数与填土高度、弹性模量、泊松比、容重以及内摩擦角的关系，建立考虑涵顶土压力分布特性的高填方盖板涵垂直土压力分析模型，得出盖板涵涵顶垂直土压力计算公式。结果表明：盖板涵涵顶垂直土压力沿跨径呈"马鞍形"分布，涵顶两端垂直土压力总体可达涵顶中心垂直土压力的2倍左右，涵顶两侧土压力应力集中程度明显高于涵顶中心附近；涵顶边缘附近受附加土压力的影响大于涵顶中心附近，此为涵顶垂直土压力为不均匀分布的成因；随着填土高度与容重的增加，涵顶土压力不均匀系数先增加后减小；涵顶土压力不均匀系数与填土的内摩擦角、泊松比呈负相关，与填土的弹性模量呈正相关；对涵顶土压力不均匀系数敏感程度的大小顺序为：内摩擦角＞填土高度＞弹性模量＞泊松比＞容重；文中公式计算得出的涵顶垂直土压力变化规律与数值模拟及模型试验成果较为吻合。
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    基于历史气象参数的桥梁结构日照温度作用代表值研究
    顾斌, 高望, 谢甫哲, 雷丽恒
    2019, 36(12): 79-86,93. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2019.12.010
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    日照温度作用对桥梁结构的影响不容忽视。为了确定桥梁结构日照温度作用代表值，提出了基于历史气象参数的桥梁结构日照温度作用代表值的计算方法。以某混凝土箱梁桥工程实例为背景，对该方法的可行性进行了验证，并同时分析了气象参数对混凝土箱梁竖向日照温差的影响规律。结果表明：杭州市某地区，铺装层厚度为10 cm沥青混凝土的混凝土箱梁50年一遇竖向日照温差的代表值为18.65℃，超出了《公路桥涵设计通用规范》的规定；日太阳辐射总量越大，竖向日照温差越大；前两天大气温度对竖向日照温差也有一定影响，即前两天气温越低，越容易出现较大的竖向日照温差，也即处于升温过程中的天气，较容易出现较大的竖向温差；日最高温度越大，竖向日照温差越大；风速对竖向温差的影响与日太阳辐射总量有关，日太阳辐射总量越大时，风速对竖向日照温差的影响也越大，影响规律也越明显，当日太阳辐射总量较小的时候，风速对竖向日照温差的影响较小，同时也无明显关系。最后，根据气象参数对混凝土箱梁竖向日照温差的影响规律，提出了铺装层厚度为10 cm沥青混凝土的混凝土箱梁竖向日照温差的预测公式。
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    基于监测响应的斜拉桥车重车速识别
    陶兴旺, 孙宗光, 陈一飞
    2019, 36(12): 87-93. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2019.12.011
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    针对超载超速车辆的长期非正常运营引起桥梁损伤破坏现象，考虑桥面不平度的影响，通过车桥耦合计算，应用神经网络方法对通过斜拉桥的重车荷载识别进行了初步探讨。首先基于相似公路上实测车流统计模型拟定车流荷载，通过车桥耦合响应分析，运用数值模拟数据建立网络的训练和精度检验样本，并加入5%的随机噪声，通过检验组（车重和车速）数据识别结果的误差分布来评价网络训练精度，车重与车速输出误差在5%以内，表明网络训练精度较高。然后，依据斜拉桥健康监测系统，采用斜拉桥实际运营状态下的监测响应（索力和应变）提取车辆荷载作用特征参数并组成网络的输入向量，运用满足精度要求的神经网络来识别车重和车速结果较好。其中，车速分布近似均值65 km/h的正态分布，车重大多分布在10~70 t的范围内，10 t以下小型车辆识别误差较高。车速车重总体呈现负相关，分布具有一定离散性，以上特征与实际情况基本吻合。表明将BP神经网络法与斜拉桥监测系统相结合的方式进行重车车速车重识别是可行的。
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    深埋隧道拉裂-滑移式片帮力学机理研究
    于远祥, 王京滨, 柯达, 王赋宇, 陈宝平
    2019, 36(12): 94-103,126. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2019.12.012
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    针对深埋隧道开挖引起的侧墙片帮问题，以深埋隧道侧墙拉裂-滑移式片帮为研究对象，根据摩尔-库伦准则和片帮体极限平衡方程，建立了片帮体在支承压力、自重应力及剪切面上滑移力共同作用下的受力模型，推导了片帮岩体的前缘高度、水平坍塌宽度、后缘张拉裂隙深度及其上下限值的理论公式。分析了岩体重度、黏聚力和内摩擦角对隧道侧墙前缘高度、水平坍塌宽度及后缘张拉裂隙深度的影响。结果表明，隧道侧墙发生拉裂-滑移式片帮时的水平坍塌宽度与侧墙岩体黏聚力和内摩擦角成负相关关系，与岩体重度和侧墙高度成正相关关系；而片帮体后缘张拉裂隙深度却与侧墙岩体黏聚力和内摩擦角成正相关关系，与岩体重度和侧墙高度成负相关关系。当岩体重度和侧墙高度一定时，可通过增加岩体的黏聚力和内摩擦角来控制侧墙的拉裂-滑移式片帮。侧墙单斜面剪切破坏是拉裂-滑移片帮的一种极限情况，当侧墙岩体的力学指标满足一定条件时，侧墙岩体由拉裂-滑移发展为单斜面剪切片帮。在此基础上分析了某隧道区间侧墙片帮岩体的前缘高度、水平坍塌宽度及后缘张拉裂隙深度等关键参数，为深埋隧道侧墙岩体片帮的有效控制提供了可以参考的计算分析方法，为合理确定该隧道围岩支护方案提供了科学依据。
  • 隧道工程
    城市慢行隧道运营通风控制标准研究
    曾石发, 田源, 唐莎, 邓涛
    2019, 36(12): 104-109. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2019.12.013
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    为了对城市慢行隧道通风系统进行合理设置，以保证隧道运营的安全性与舒适性，以珠海某慢行隧道为工程依托，在调研分析的基础上从慢行隧道安全性和舒适性出发，首先通过经验公式对人体CO2释放速率进行计算，并推导给出隧道高峰时刻人员滞留量计算公式，进而预测可得隧道内行人CO2释放量，故可确定基于CO2稀释的慢行隧道通风换气控制标准。同时，对其他地下空间通风换气控制标准进行调研总结，并结合城市慢行隧道自身特点给出基于新鲜风量补充的慢行隧道通风换气控制标准。此外，通过不同温湿度环境条件下的人体舒适性通风风速控制标准结合隧道等效换气频率公式计算得到基于湿热环境舒适性的慢行隧道通风换气控制标准，并基于所得运营通风控制标准给出了依托工程板障山隧道的运营通风设计方案。研究结果表明：城市慢行隧道通风设计安全标准应以稀释CO2为主，其浓度不宜超过0.1%；在湿热环境下慢行隧道的舒适性通风风速控制标准为温度低于30℃时为0.6~1.0 m/s，反之则为1.0~1.25 m/s，且慢行隧道应结合隧道内行人密度来确定新鲜空气的补给量；在考虑预留一定富余量的情况下可按换气频率为4次/h进行依托隧道工程运营通风设计，相对应的隧道换气风速为1.36 m/s，需风量为57.77 m3/s。
    • 智能交通
  • 智能交通
    无人驾驶汽车共享调度方法研究
    崔洪军, 李雨生, 朱敏清, 李霞, 宋长柏
    2019, 36(12): 110-116. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2019.12.014
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    由于无人驾驶汽车不存在人为驾驶的随机性，操控精确性高，组成的交通流通行能力大，合理的调度方法能够提高无人驾驶汽车调度系统的整体收益、降低服务时间、降低乘客的出行费用，并从根本上缓解城市交通安全、交通拥堵、交通污染等社会问题。为使无人驾驶汽车更好地为乘客提供共享乘车服务，在深入了解无人驾驶汽车技术发展的基础上结合共享调度理论，建立了适合于一定区域内满足乘客需求的共享无人驾驶汽车调度模型。对模型中的公式以及限定条件进行了严密的分析，根据模型的限制条件设计了一种新型的乘客合乘的算法，新提出的算法首先研究了如何确定请求-路线-车辆分配情况，动态生成在线需求和无人驾驶车辆的最佳路线，然后利用贪婪分配进行匹配，最后完善已有算法的不足，通过优化约束条件来改进匹配，通过多次迭代后得到最优分配。为了更好地验证新提出算法的运算效率，利用某地区的OD调查数据对新提出的算法和聚类算法从匹配成功率、算法平均运行时间、乘客平均等待时间3个角度应用软件进行模拟分析，表明新提出的算法运算效率得到较大提高。
  • 智能交通
    区块链技术的城市智能交通大数据平台及仿真案例分析
    龚, 廖金花
    2019, 36(12): 117-126. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2019.12.015
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    传统的城市智能交通数据网络架构层级分布，各组织机构独立管理和上传数据，导致数据共享难以实现。首先，针对这一问题，提出采用区块链技术构建城市智能交通大数据平台的方法。该方法以区块数据为核心，去除了各组织机构的中心化数据管理，彻底改变了数据采集、数据处理分析、数据存储模式及方法，充分实现了城市智能交通这一多源系统的平台化大数据共享、去中心化和分布式计算。其次，区块链技术的城市智能交通大数据平台要解决及面临的主要问题即不同数据源数据的统一，数据的统一监管及运营，以及与其他先进技术的技术兼容。为解决这些问题，从技术的角度探讨了大数据平台的区块链关键技术。最后，以雾霾情况下路网交通流数据缺失问题为仿真案例场景，提出了区块链技术的具体应用方法。以北京地区部分路网为例进行仿真，结果表明，在传统的智能交通数据网络架构下，受设备安装布局和分属管理机构的限制，取得数据的路网覆盖率受客观环境的影响较大，可能导致数据缺失；数据采集系统均要独立运行，不能在网络底层共享数据。采用区块链技术的城市智能交通大数据平台架构打破了各组织机构的局限，实现了城市智能交通的数据共享，并进一步解决了传统网络架构下的数据缺失问题。
    • 交通规划
  • 交通规划
    新时代普通国省干线公路网规模结构研究
    史焕杰, 许薛军, 汤左淦
    2019, 36(12): 127-133,144. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2019.12.016
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    为进一步提升新时代路网规划的科学性和合理性，提出了普通国省干线公路网规模结构预测方法。首先建立了公路网规模的GM （1，1）灰色预测模型，采用调查统计法确定普通国省干线公路的里程规模，提出了考虑公路建设资金最节约、同行能力最大化、技术等级最协调的技术等级配置多目标优化函数。然后以广东省境内的普通国省干线公路为计算实例，预测出2030年普通国道、普通省道的发展规模与技术等级分布，公路网的总规模为29.88万km，经与过去11 a数据的比较分析，预测的公路网规模总量与实际误差值最大为2.46%，其中5 a的误差值小于1%，2 a的误差值在1%~2%之间，3 a的误差值在2%~2.5%之间；普通国道、普通省道占公路网总里程的最优比例分别为3.6%和8.1%，里程规模分别是1.08万km和2.42万km，分别高于实际规划的17.4%和21%，这反映出提出的预测方法考虑了公路网发展的动态性，现有规划基本能满足经济社会发展需求，但在规划末期需及时开展新一轮的公路网规划；计算结论验证了基于灰色预测模型的公路网规模结构分析方法的正确性和可行性。最后提出了珠三角平原地区应构建一级公路为主体、粤东西北山岭地区应构建二级公路为主体的普通国省干线公路的发展思路，进一步加强普通国省道在重要通道内与高速公路的互联互通及与城市道路的协调发展对策。
    • 汽车工程
  • 汽车工程
    厢式半挂汽车列车附加减阻装置的减阻效果及机理研究
    许建民, 范健明
    2019, 36(12): 134-144. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2019.12.017
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    为了优化某厢式半挂汽车列车的气动阻力系数，以某重型厢式半挂汽车列车为研究对象，以计算流体动力学理论为基础，运用数值模拟的方法，研究了驾驶室与货厢之间的减阻装置、尾部减阻装置和仿生非光滑表面结构等气动减阻方案对厢式半挂汽车列车的减阻效果。详细分析了不同单一气动减阻方案和复合减阻方案分别对汽车列车模型的速度分布、压力分布、湍动能分布和气动阻力系数的影响。研究结果表明：设计的3种间隙减阻装置可以延迟驾驶室后部的气流分离，并且可以阻止部分气流进入驾驶室与货厢之间区域从而降低货厢前部区域的平均速度，涡量强度和湍流动能，相对于汽车列车原始模型的最佳减阻率为7.5%；设计的4种尾部减阻装置可以减弱尾部的气流分离及涡量，最大减阻率为5.8%；设计的8种非光滑表面减阻方案的平均减阻率达到4.6%，最大减阻率为5.8%。在厢式半挂汽车列车表面合理布置仿生非光滑表面可以有效地控制尾部涡流的产生，改善尾部流场结构，从而减少气流与仿生非光滑表面之间的摩擦阻力以及整车的压差阻力。设计的8种复合减阻装置的平均减阻率为17.2%，其中最佳复合减阻方案的风阻系数为0.699 5，减阻率为19.9%，减阻效果明显。
  • 汽车工程
    摩擦片表面凸起对汽车干式离合器滑摩噪声的影响
    龚雨兵, 张立杰, 张德峰
    2019, 36(12): 145-151. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2019.12.018
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    干式摩擦离合器在使用中易产生一种滑摩噪声，严重影响乘车舒适性；工程中目前仅能采用替换件来试图解决该故障，而且影响离合器滑摩噪声的关键因素尚不清楚。对滑摩噪声离合器故障件进行回厂检测，发现故障件摩擦片存在较大的表面凸起。建立摩擦离合器总成简化有限元模型，应用复特征值分析方法，研究了摩擦片表面正弦凸起对滑摩噪声的影响。对比分析了各种不同表面凸起下，离合器接触表面的最大压力分布。对存在滑摩噪声的实车噪声频率进行了测量，并与仿真噪声频率进行对比。结果表明：摩擦片表面凸起会明显增大滑摩噪声的发生趋势，摩擦片表面凸起引起的离合器滑摩噪声处于低频阶段；摩擦片表面凸起高度增加，离合器滑摩噪声频率趋于降低；接触压力表现外缘压力大，内缘压力小，摩擦片表面凸起值增加，最大接触压力值增大；实测最大噪声频率与仿真预测噪声频率基本接近，验证仿真方法具有一定有效性。
  • 汽车工程
    基于有限元法的螺纹参数化建模与有效性分析
    高大威, 郑腾飞, 李向阳
    2019, 36(12): 152-158. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2019.12.019
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    基于有限元分析法研究汽车底盘和车身系统所用螺纹紧固件的螺纹负载、应力分布等问题，对前提所需考虑螺纹升角的螺纹有限元模型进行参数化建模研究，并对其有效性进行分析验证。首先根据螺纹基本牙型特征推导出螺纹轮廓线的数学表达公式，在有限元软件HyperMesh中依据螺纹轮廓线的特征公式创建螺纹横截面壳单元，再拉伸成体，形成一种不依据螺纹实体模型的螺纹六面体网格参数化划分方法。以此方法建立能够满足有限元法分析所需要的且考虑螺纹升角等特征的螺纹有限元模型。另外，要求内外螺纹同步建模，可以保证螺栓和螺母的啮合螺纹单元节点重合，增加螺纹有限元模型的可靠性和仿真分析的顺利进行，然后利用YAMATOTO理论法和有限元法对计算结果进行对比分析，以此验证螺纹有限元模型的有效性，最后在螺纹有效模型的基础上，对螺纹联接中螺纹负载情况和分布规律等进行分析。以螺纹参数化模型为基础，通过在ABAQUS中对螺纹有限元模型进行有一定预紧力的仿真计算，得到螺纹的负载分布规律：越靠近被夹件的螺纹负载越高；当螺纹摩擦系数取0.05时，仿真计算得到靠近被夹持件的第一圈螺纹负载占比约为30%，前三圈螺纹负载占比为60%~70%，此螺纹负载分布规律和负载占比情况与通过YAMATOTO理论法计算的结果相吻合。