现有高等级公路改成飞机跑道的承载力分析
发表时间:2008-2-28  作者: 陈云鹤 韦武举 郑金阳 高巍    来源: 万方数据
关键字: ANSYS 飞机跑道 有限单元法(FEM) 结构分析 承载力 

战时当军、民用机场遭到破坏,恢复和新建机场困难很大,将现有商等级公路直线段应急改成飞机跑道成为恢复空运保障能力量有效的途径之一。为了研究现有高等级公路起降飞机时的承载能力,首先分析了飞机荷载的作用模式,其次在考虑道面材料特性及飞机荷载特性对道面应力影响的基础上,提出合理的三维有限无结构分析模型,并利用ANSYS有限元分析软件对兼有垂直力和串平力的飞机荷载作用下的道面结构层进行了应力分析,据此得到了高等级公路的承载力,可作为今后高等级公路直线段应急改成飞机跑道的设计计算参考。

    由表l可知,工况c的计算结果明显大于工况a和工况b,工况a的计算结果最小,工况b的计算结果与工况a较为相近。工况a和工况c仅仅用于说明在极端情况下荷载作用位置对道面作用的影响。飞机实际降落时,既不允许机轮紧挨跑道边缘这种危险情况的发生,也不会总是沿着跑道中心线。相对而言,工况b所对应的荷载作用位置更符合飞机起降的实际情况,因此,将工况b对应的荷载作用位置(即飞机单轮中心线距跑道横断面中心线2.0 m)设定为最不利荷位。

2 计算模型

    严格地说,沥青路面在力学性质上属于弹一粘塑性体。然而,飞机起降过程中对道面的作用几乎是在瞬间完成。其间路面结构所产生的粘一塑性变形非常微小,所以对于厚度较大、强度较高的高等级路面,可将其视为线弹性体,并可应用弹性层状体系理论进行分析计算。

    以某高等级路面结构(参数见表们为例,建立了对应于临界荷位的三维有限元模型(如图3)。

    确定模型尺寸时,考虑边界约束条件的设置,各结掏层的平面尺寸按不小于荷载作用面积的10~15 倍为控制标准,土基的厚度定为3m。模型中,土基选用solid185单元,用于模拟土的粘弹性;土基以上各结构层选用solid45 单元。通过布尔运算中的实体粘结(VGLUE)模拟连续体系的层间接触条件。划分网格时,综合应力传递路径,选用不同的网格控制尺寸,具体为: x 轴(飞机行进方向),按比例划分,荷载作用区域网格较密,远离荷载作用区域网格较疏;y轴(跑道横断面方向)。采用单一的网格密度均匀划分;z 轴(深度方向),从上到下网精密度递减。按映射法对实体进行网榕的划分,生成规则的六面体单元。根据弹性层状体系理论的基本假设,边界条件设置为:土基底面各项位移为零,土基侧面水平位移为零:基层、西层侧面水平位移也为零。荷载作用区域内的单元顶面覆盖一层表团效应单元surf154,用于施加坚向荷载及水平荷载,图3中箭头标示出荷载作用位置。


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责任编辑:余婷