基于大型飛機荷載作用下SEA道面結(jié)構(gòu)響應研討

摘要：空客a380-800飛機（簡稱a380）作為大型飛機的代表，最大起飛重量相比于一般通用民航飛機增長41.09%，主起落架構(gòu)型較復雜。且目前瀝青混凝土道面應用于很多國際大型民用機場，而我國機場主要采用水泥混凝土道面，為進一步與國際接軌，分析a380荷載作用于瀝青混凝土道面的結(jié)構(gòu)響應具有一定意義。本文就針對大型飛機荷載作用下SEA道面結(jié)構(gòu)響應進行了研討，僅供參考。

關鍵詞：大型飛機荷載;SEA;道面結(jié)構(gòu);響應

1道路模型及荷載參數(shù)

1.1SEA機場道面結(jié)構(gòu)

機場柔性道面設計通常采用Sma13型瀝青混凝土（瀝青瑪蹄脂碎石混合料）作為機場道面的上面層，采用ac20型瀝青混凝土作為機場道面的中面層和下面層，從而構(gòu)成機場道面結(jié)構(gòu)，這種設計可使機場道面具有良好的耐磨損性、修復簡便性以及穩(wěn)定性等。當前機場瀝青道面主要病害為輪轍，結(jié)合有關研究資料，輪轍主要發(fā)生在道面中面層，占車轍總量的42%～60%，中面層材料對路面抗車轍能力有較大影響。新型環(huán)氧瀝青材料抗車轍性、水穩(wěn)定性、耐疲勞等性能較好，能夠增強道面的抗輪轍性能。因而本文考慮將新型環(huán)氧瀝青混凝土Eac20取代傳統(tǒng)機場道面SAA結(jié)構(gòu)中ac20型瀝青混凝土作為機場道面的中面層，構(gòu)成SEA機場道面結(jié)構(gòu)。

1.2飛機荷載及起落架構(gòu)型參數(shù)

1.2.1單輪荷載

1.2.2起落架構(gòu)型及換算

a380主起落架構(gòu)型包含雙軸雙輪和三軸雙輪2種形式，采用全起落架布載形式，根據(jù)式（2）可得到a380主起落架構(gòu)型換算后的等效構(gòu)型見圖1。

綜上可得a380起落架構(gòu)型和荷載有關計算參數(shù)：最大起飛重量5650kN;主起落架4個;輪數(shù)4/6;主起落架構(gòu)型，雙軸（三軸）雙輪;主起落架橫向間距，5.26m/12.46m;主起落架縱向間距1.7m;主起落架輪距，1.53m/1.35m;主起落架荷載分配系數(shù)0.951;主起落架單輪荷載268.66kN;輪壓1.5mPa;輪印面積0.167m2;輪印長度0.476m;輪印寬度0.351m。

2計算模型建立

Bisar計算模型在等代換算后得到輸入輪印半徑為0.2306m，豎向荷載應力1.608mPa。由于軟件內(nèi)置荷載-應力、荷載-半徑、應力-半徑3種荷載輸入模式，為使計算結(jié)果更精確，分別在3種荷載模式下，依照相關設定的道面相關參數(shù)進行模擬分析。

參考相關資料，多數(shù)機場跑道寬45m，由于飛機主起落架荷載在縱向（平行滑行方向）的顯著影響范圍為15m，超過15m后對計算結(jié)果影響甚微，SEA機場道面基層與面層總厚度為68cm。因此選取模型寬度45m，縱向15m，土基厚度932cm，總厚度10m。確定SEA機場道面有限元模型尺寸參數(shù)為45m×15m×10m（垂直滑行方向×平行滑行方向×豎向，ANSYS利用局部坐標系）。

模型整體選用8節(jié)點SOLId45單元建立三維實體結(jié)構(gòu)模型，每個節(jié)點有3方向自由度。整體模型SEA機場道面參數(shù)分為8層，層與層之間利用布爾運算GLUE粘合，各層之間完全連續(xù)接觸。上面層、中面層、下面層及上基層有限元網(wǎng)格尺寸劃分為0.15m，中基層及下基層為0.25m，土基網(wǎng)格尺寸劃分為0.5m。模型整體底面施加全約束，平行于飛機滑行方向施加全約束，輪印處施加壓力。

3道面結(jié)構(gòu)響應分析

選圖1中3、4、7及8號輪橫向中軸處道面橫斷面，分析機場道面結(jié)構(gòu)應力、應變及表面彎沉。

3.1應力響應分析

應力響應結(jié)果得出相關圖，2種軟件應力計算結(jié)果較接近，但ANSYS計算結(jié)果值較Bisar計算結(jié)果值偏小，Bisar3種荷載模式下計算結(jié)果值相差較小，應力最大值大致相等。

3.2應變響應分析

應變響應相關計算結(jié)果，ANSYS計算結(jié)果值比Bisar計算結(jié)果值偏小。3、4號輪橫向中軸處道面橫斷面的應變值在Bisar3種荷載模式計算下相差較大，7、8號輪橫向中軸處道面橫斷面計算結(jié)果值相差較小。

3.3彎沉分析

利用maTLab，使用三階插值方法，分別擬合Bisar3種計算模式所得結(jié)果的彎沉響應曲面，應力-半徑模式下所得曲面無斷點，擬合效果最好，其余2種模式所得曲面均存在斷點處。ANSYS可直接輸出云圖，前6輪處道面彎沉值比后4輪大，荷載主要由前6輪所在主起落架承擔。a380荷載作用范圍在SEA機場道面平行滑行方向不超過15m，垂直滑行方向約20m。Bisar所得最大彎沉值約為9mm，ANSYS所得最大彎沉值約為1mm，可見SEA機場道面具有較好的彎沉效應。

4結(jié)論

綜上所述，分析應變響應結(jié)果得出，應變結(jié)果值峰值均出現(xiàn)于輪載下方對應道面。后4輪處道面橫斷面平行滑行方向應變結(jié)果值比前6輪處大，其余峰值差距相對較小。前六輪垂直滑行方向應變表現(xiàn)為雙峰值，垂直滑行方向應變峰值均大于平行滑行方向應變峰值。分析總體結(jié)構(gòu)響應可得SEA環(huán)氧瀝青混凝土機場道面相比普通SAA瀝青機場道面具有較好的路面力學效應。

參考文獻：

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[2]游慶龍，凌建明，趙鴻鐸，等.考慮飛機制動力的機場瀝青道面力學響應分析[J].同濟大學學報（自然科學版），2012，40（2）：69-73.

作者簡介：姓名：劉香婷出生年月：1991年7月20日性別：女民族：漢族籍貫：遼寧葫蘆島學歷：本科研究方向：飛行器設計。