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随着我国交通事业的发展,高速公路网络密度加大,大量的物资通过公路运输,载货汽车轴重大,运输荷载远远超过了设计规范标准,超载情况严重,重载货车反复作用造成路面结构疲劳破坏。疲劳寿命是路面设计的重要指标和根本依据,然而研究疲劳寿命的前提是分析车辆与道路间的相互作用力,实际上由于路面不平度的存在,以及车辆和道路的耦合振动,使得车辆和道路间的作用力成为随机的波动荷载,这就给疲劳寿命的研究带来困难。本文参考近年来国内外学者的研究成果,建立载货汽车和沥青层状道路耦合振动模型,分析了动荷载系数和车身加速度的影响因素,在此基础上对沥青路面疲劳寿命进行预估,为道路设计提供参考。主要内容如下:(1)运用三角级数法模拟路面不平度,仿真得出各级路面不平度随道路走向、行车时间、空间频率的变化关系,为车路耦合系统提供内部激励。将路面功率谱密度的模拟谱与原始谱对比,验证了模型的仿真精度。(2)建立1+2型载货汽车4自由度1/2车辆模型和沥青层状路面有限元模型,对于车辆采用隔离法,运用D’Alembert原理得到其垂向振动方程。对于沥青层状路面,采用振型叠加法得到其垂向振动方程,根据轮胎位移相容条件,得到车路耦合振动方程,并给出求解耦合方程组的Newmark—β算法。(3)定义车辆和道路参数,由路面不平度模型得到前后车轮的不平度和不平度速度向量,建立二维有限元模型对沥青路面进行模态分析,得到路面振动的前10阶固有频率和阻尼比,通过MATLAB编制求解耦合方程组的程序,分析路面不平度、车速和轴重对动荷载系数和车身加速度的影响。(4)由动荷载系数将车辆和道路间的随机动荷载转化为恒定值,运用ABAQUS软件建立三维有限元模型,分析移动荷载作用下路面动力响应。在此基础上以面层底部拉应变计算路面疲劳寿命,并研究了不同工况情况下疲劳寿命的变化情况。(5)根据带缝工作沥青混凝土路面裂缝尖端的应力强度因子,由Paris公式分析了路面不平度、车速、轴重和面层模量对疲劳裂缝扩展的影响。