基于离散-连续耦合的落锤-路面动态相互作用研究

来源：中国血液净化杂志2020年第10期北京时间：

作者：刘玉, 赵谟涵, 吴超凡, 武红娟, 龚芳媛, 苏沛丰, 胡迟春

单位：1. 长安大学 公路学院, 陕西 西安 710064;2. 西安长大公路养护技术有限公司, 陕西 西安 710000;3. 西北民族大学 土木工程学院, 甘肃 兰州 730030;4. 河北工业大学 土木与交通学院, 天津 300400;5. 华南理工大学 土木与交通学院, 广东 广州 510641"],"fundList_en":["National Natural Science Foundation of China (5197082070); Natural Science Foundation of Shaanxi Province (2020JM-249);Fundamental Research Funds for the Central Universities (31920200033); Scientific Research Project of Gansu Provincial Traffic Department (2020-03)

摘要：落锤冲击是一种典型的中低速碰撞，也是现今工程技术中的重要力学问题。在公路工程领域，一方面利用落锤产生的巨大瞬时冲击力达到压实、加固、微裂、破碎、检测等目的，另一方面是避免过大的冲击力对结构物产生破坏作用。为了探索落锤-路面动态相互作用规律，基于PFC5.0 Suite和FLAC3D构建了离散-连续耦合模型，模拟无损和有损状态下水泥路面板承受落锤冲击过程中加速度的变化规律。通过路面无损状态下的仿真结果分析发现：①落锤冲击加速度曲线拥有多个波峰和波谷，且均与路面和落锤参数具有相关性；②冲击加速度峰值与落锤高度和水泥板模量正相关，而与落锤质量负相关；③落锤高度对冲击持续时间影响不大，而落锤质量将显著增长冲击持续时间。通过路面有损状态下的仿真结果分析，发现：①冲击加速度曲线特征点与路面破损状态密切相关；②随着水泥面板破损程度增大，冲击加速度值整体减小，冲击持续时间延长；③落锤高度和质量对路面破损模式的影响差异较大，前者主要引起表面破损，而后者主要引起底部破损。研究认为：落锤冲击加速度特征值与路面破损程度和破损模式之间存在密切的关联，相关研究结果可用于路面破损检测、破碎或微裂状态评价等实际工程中，同时也可为工程器械的改进和研发提供基础支撑。

关键词：道路工程,冲击加速度,离散-连续耦合法,落锤-路面相互作用模型,PFC5.0 Suite,FLAC 3D

基金资助：国家自然科学基金项目（51978074）；陕西省自然科学基础研究计划项目（2020JM-249）；中央高校基本科研业务费专项资金项目（31920200033）；甘肃省交通厅科研项目（2020-03）