機(jī)場道面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度ABAQUS模擬

曹永樂

摘 要：機(jī)場跑道、滑行道的道面強(qiáng)度，直接關(guān)系到航空器起飛、著陸、滑行的安全。如果道面強(qiáng)度低于預(yù)期的強(qiáng)度需求，就可能造成航空器減載甚至影響機(jī)場對航空器的接納。強(qiáng)度檢測評價是判斷道面承載能力與機(jī)場航空器交通是否適應(yīng)的重要手段，通常對于機(jī)場道面強(qiáng)度的檢測使用的都是落錘式彎沉儀檢測?，F(xiàn)在我們通過ABAQUS有限元程序，計(jì)算在模擬機(jī)型作用下的彎沉，得出數(shù)據(jù)與測量值對比，檢測模擬數(shù)值的可靠性，從而可以使用ABAQUS進(jìn)行道面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計(jì)算，給出機(jī)場道面機(jī)場強(qiáng)度評價。

關(guān)鍵詞：機(jī)場道面 有限元分析 ABAQUS

中圖分類號：TU375.4 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

引 言

道面彎沉檢測，旨在獲取道面彎沉數(shù)據(jù)，為機(jī)場道面結(jié)構(gòu)層模量反算和道面強(qiáng)度評價提供數(shù)據(jù)。為了節(jié)省使用彎沉儀的人力物力，使用ABAQUS模擬方便測試，特此對比模擬數(shù)據(jù)和測試數(shù)據(jù)監(jiān)測模擬的可信性。我們需要根據(jù)預(yù)測航空交通量獲得荷載參數(shù)，根據(jù)道面實(shí)際情況給出道面結(jié)構(gòu)參數(shù)從而進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)。

1 背景知識和理論

機(jī)場道面結(jié)構(gòu)厚度的影響參數(shù)有交通荷載參數(shù)和道面結(jié)構(gòu)材料參數(shù)。

水泥砼面層尺寸為5m×4.5m，三維有限元模型考慮兩塊水泥板，模型尺寸為5m×9m×0.32m。檢測到的數(shù)據(jù)如表1所示。

兩板中間接縫處需要用到彈簧單元，我們可以使用Interaction模塊進(jìn)行處理：

選擇菜單欄Special>Springs/Dashpots>Manager，進(jìn)入彈簧阻尼單元管理器，點(diǎn)擊Creat創(chuàng)建Connecttwo points彈簧，依次選擇Part1和Part2相對應(yīng)的兩個角點(diǎn)，確定后輸入相應(yīng)的彈簧剛度，點(diǎn)擊OK完成Spring單元的定義。

2 基本參數(shù)和建模過程

2.1基本參數(shù)

道面參數(shù)：面層厚度為32cm，泊松比為0.15、彈性模量42MPa、相對剛度半徑1.09、地基反應(yīng)模量83MN/m3。

荷載參數(shù)：根據(jù)預(yù)測交通量，選取累計(jì)起降量最

大的B767-300為模擬測試對象。所需數(shù)據(jù)如表2。

節(jié)點(diǎn)彈簧剛度數(shù)據(jù)：彈簧剛度按長度方向分配（先按長度求出其左右兩邊剛度，各除以2相加之和再除以2），如表3：

2.1建模過程

創(chuàng)建部件，包括荷載輪印和機(jī)場道面兩部分。建立的道面模型空間維度為三維模型，荷載輪印模型也為三維模型，要選擇shell類型，并按Planner生成；

根據(jù)上述參數(shù)賦予材料屬性，先對應(yīng)兩種部件編輯材料屬性，然后分別創(chuàng)建截面，最后選擇部件進(jìn)行賦予屬性；

組裝模型并且創(chuàng)建分析步，添加部件后，通過平移和旋轉(zhuǎn)將輪印放在道面板邊中部，組裝時的彈簧設(shè)置部位如圖1所示：

定義相互作用關(guān)系，輪印和道面約束關(guān)系選擇tie，在這一步中添加到面的彈性地基條件；

施加邊界條件和荷載，荷載的類型選擇均布壓力，約束當(dāng)前模型板四個側(cè)面平動位移，避免加載過程中發(fā)生剛體位移；

網(wǎng)格的劃分，單元幾何階數(shù)選擇二階，選擇按數(shù)量分的方法，并且雙倍間隔；

提交分析作業(yè)，輸出結(jié)果及數(shù)據(jù)文件。

3 計(jì)算結(jié)果與比較

彎沉測試車布置了七個傳感器，他們的間距依次是20cm、10cm、30cm、30cm、30cm、30cm，荷載中心與道面板邊緣的距離為25cm。

由圖2可以看出，有限元模擬計(jì)算出的數(shù)據(jù)基本上和測量值相同，圖中距道面板中心30cm出有明顯彎沉變化，說明在接縫處處顯現(xiàn)了明顯脫空。

4 結(jié)論

定期對機(jī)場道面的檢測是對機(jī)場使用壽命預(yù)期的重要數(shù)據(jù)，現(xiàn)在通過有限元的計(jì)算可以很方便的得出想要的數(shù)據(jù)，確定機(jī)場道面的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，對機(jī)場道面結(jié)構(gòu)剩余壽命進(jìn)行分析。