機場道面結構強度ABAQUS模擬

曹永樂

摘 要：機場跑道、滑行道的道面強度，直接關系到航空器起飛、著陸、滑行的安全。如果道面強度低于預期的強度需求，就可能造成航空器減載甚至影響機場對航空器的接納。強度檢測評價是判斷道面承載能力與機場航空器交通是否適應的重要手段，通常對于機場道面強度的檢測使用的都是落錘式彎沉儀檢測。現在我們通過ABAQUS有限元程序，計算在模擬機型作用下的彎沉，得出數據與測量值對比，檢測模擬數值的可靠性，從而可以使用ABAQUS進行道面結構強度計算，給出機場道面機場強度評價。

關鍵詞：機場道面 有限元分析 ABAQUS

中圖分類號：TU375.4 文獻標識碼：A

引 言

道面彎沉檢測，旨在獲取道面彎沉數據，為機場道面結構層模量反算和道面強度評價提供數據。為了節省使用彎沉儀的人力物力，使用ABAQUS模擬方便測試，特此對比模擬數據和測試數據監測模擬的可信性。我們需要根據預測航空交通量獲得荷載參數，根據道面實際情況給出道面結構參數從而進行模擬實驗。

1 背景知識和理論

機場道面結構厚度的影響參數有交通荷載參數和道面結構材料參數。

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。檢測到的數據如表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模塊進行處理：

選擇菜單欄Special>Springs/Dashpots>Manager，進入彈簧阻尼單元管理器，點擊Creat創建Connecttwo points彈簧，依次選擇Part1和Part2相對應的兩個角點，確定后輸入相應的彈簧剛度，點擊OK完成Spring單元的定義。

2 基本參數和建模過程

2.1基本參數

道面參數：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、地基反應模量83MN/m3。

荷載參數：根據預測交通量，選取累計起降量最

大的B767-300為模擬測試對象。所需數據如表2。

節點彈簧剛度數據：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

創建部件，包括荷載輪印和機場道面兩部分。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；

根據上述參數賦予材料屬性，先對應兩種部件編輯材料屬性，然后分別創建截面，最后選擇部件進行賦予屬性；

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

定義相互作用關系，輪印和道面約束關系選擇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，約束當前模型板四個側面平動位移，避免加載過程中發生剛體位移；

網格的劃分，單元幾何階數選擇二階，選擇按數量分的方法，并且雙倍間隔；

提交分析作業，輸出結果及數據文件。

3 計算結果與比較

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，有限元模擬計算出的數據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了明顯脫空。

4 結論

定期對機場道面的檢測是對機場使用壽命預期的重要數據，現在通過有限元的計算可以很方便的得出想要的數據，確定機場道面的結構強度，對機場道面結構剩余壽命進行分析。