当前世界环境

介绍

人类越来越多地使用技术和不同科学的进步也包括航空旅行的演变。机场交通和各种飞机的数量和车轮布置，以及各种类型混凝土的生产及其在各种施工部门（如跑道路面）中的应用，并在使用现有软件时对其进行检查，将在施工期间降低成本和节约经济施工和运营（路面的维修和保养）(霍伦杰夫等2010），（Brill等,1998），（克里斯顿et al。1992年),(制造商et al。1995)，(布里尔，2000)，(库克et al。2001)。

在跑道铺装中使用的一种材料是辊压音乐会。碾压混凝土路面被认为是公路和跑道路面的经济最优解决方案。美国陆军已经广泛使用这种人行道作为坦克道路。硅酸盐水泥协会(PCA)方法对碾压混凝土路面有两个设计准则:

疲劳分析

该分析基于施加在板坯中间的路面边缘上的张力。在这个位置施加在路面上的张力至关重要。施加在路面上的载荷的空间分布是可能影响疲劳分析的参数。

侵蚀分析

由于弯曲应力引起的变形而造成的破坏，如断层。接缝平面混凝土路面(JPCP)中最关键的变形发生在板角，当荷载通过它(Hughes, 2000)。

此外，美国航空组织(American Aviation Organization)也通过提供不同的软件，利用有限元法对路面进行评估，使之成为可能。跑道路面设计软件(有限元分析- FAA)是美国联邦航空管理局开发的一个独立的工具，用于分析机场刚性路面的有限元方法。该程序用于计算刚性路面结构对飞机起落架载荷的精确答案(应力、应变和变形)。FEAFAA的主要特点包括:由9个连接板组成的刚性路面的分析，不同层不同特性的分析(6层)，对刚性路面进行分析的能力向上加载所需轴、建模覆盖能力和飞机模型库。用于材料分析的有限元法的另一个综合软件是ABAQUS。虽然ABAQUS为用户提供了广泛的功能，但使用起来非常容易。在大多数建模中，即使是具有高度非线性的模型，用户也应该只确定工程数据，例如问题的几何结构、与之相关的材料行为、边界条件和问题的载荷（Huang，1993）。

本文利用ABAQUS软件和FEAFAA计算刚性路面(RCC)跑道上B747-SP、A300-B4 std和FOKEER 100飞机轮毂特性对混凝土板最大拉应力的影响。在这项研究中，首先，软件对每一架飞机在相同假设下的刚性路面跑道的最大拉应力分别进行了检查，然后对它们进行比较，并在设计中观察最终结果(Hammons, 1997)。

路面设计方法

本研究中考虑的主要变量包括：飞机特性、交通量和基于飞机的性能。

• 飞机的特性包括飞机重量和车轮布置。

在路面设计中，始终考虑了机场使用及其预测流量的最大预测脱落重量。还通过有限元方法示出了飞机轴的形状和类型的飞机，重量的分布和对载荷的响应的响应的类型。

• 状态流量:

年平均飞行次数对路面设计至关重要。根据以往的研究，低速飞机交叉对机场路面施加的负荷最大。

• 确定基于飞机的项目：

在预测年航班数时，存在不同航班数的不同飞机。飞机项目的选择应确保路面的最大厚度。对于该选择，首先计算每种类型的预测飞机所需的路面厚度，以及与之相关的预测年航班数，并将每种导致最大厚度的飞机类型选择为基于飞机的路面项目。

• 加载路面

在观看基于飞机的项目后的路面设计中，根据以下配方，其他飞机应转换相当于飞机的项目。

关系

在这方面：

R₁=设计飞机的等同年度偏离

R₂=在设计飞机着陆齿轮配置方面，飞机每年的偏移数

W₁设计飞机的车轮载荷

W₂=正在转换的飞机的轮载。{1}

表1：将飞机年离港量换算为设计飞机年离港量的系数

有限元建模

随着强大的有限元方法的产生，刚性路面的分析发生了变化。Chung和Zinkovich采用有限元方法对液体和固体弹性地基进行了分析。1973年和1974年，Huang和Wang分别对液体地基上的接缝板和1974年Huang对固体地基上的接缝板采用了这种方法。Chou和Huang在1979 - 1982年间分别提供了名为WESLIQID和WESLAYER的有限元程序来分析液体和层基础。当基层和次基层在路基上时，将基础作为一层一层的体系考虑是比较现实的。1993年应用ABAQUS软件模拟了动荷载下的非线性路基路面(zaghloul and white 1994)，并检验了接缝路面响应的冲击面。本文研究了用三维有限元法得到的混凝土路面的应力和变形类型，并研究了飞机重量和车轮布置对板下张拉的影响。对于有限单元法建模，几何设计已使用以下规范(Brill, 2009)， (Wang等人，。2011)。

路面层特征

在该模型中，已经使用由三层（RCC，亚基本和副）组成的路面结构。图2中所示的层和尺寸的机械性能显示。本文忽略了混凝土的非线性行为。鉴于混凝土路面和下层的飞机位移的每次出发和降落都保留在弹性范围内，假设似乎是现实的。

表2:刚性路面假设

飞机装载特征

压实混凝土考虑表3所示荷载。表3给出了飞机总重量和轮轴接触面数。在这个模型中，接触轮被认为是一个矩形区域，并获得了基础力水平施加在每个轮和轮胎压力。

表3:飞机物理特性

建模结果分析

为确定板下最大拉应力对机场刚性路面设计起着决定性作用，分别在ABAQUS和FEAFAA软件中采用相同假设对每架飞机进行了分析。

板下最大拉应力的确定

基于前一节中描述的飞机结构假设和特性，获得了图3中的飞机基于飞行器（Foareer 100）的辊压缩混凝土路面的最大拉伸应力。

图1:FEAFAA软件中项目飞机的应力和位移结果表 点击这里查看图

图2:FEAFAA软件中飞机项目轮影响的拉伸应力图形图 点击这里查看图

图3:ABAQUS软件中飞机项目轮影响的拉伸应力图形图 点击这里查看图

分析完成后，将FEAFAA和ABAQUS软件加载飞机轮在混凝土板下的最大拉应力进行对比，如表4所示。

表4：混凝土板下应力分析结果

根据得到的结果，两个软件中的轴XX的应力值密切相关，因此，我们将考虑ABAQUS软件的最大应力作为我们的操作的基础，并获得每个飞机相对于飞机的工程的拉应力比。现在，假设每架飞机的平均飞行次数为1，并使用等效飞行次数系数表，获得了与基于飞机的项目相关的其他飞机，根据表5中先前描述的关系，这些飞机被视为福克100飞机。

表5：基于项目的飞行当量飞机数量表

通过计算飞行当量飞机项目数，发现每飞行一架A300-B4 std飞机等于2架FOKKER 100，每飞行一架B747-sp飞机等于2架FOKKER 100。

结论

结果表明，车轮布置越宽，飞机的载荷应力越小。通过这个讨论，我们可以说，不同飞机之间的应力比与飞行次数之间没有相关性。结果表明，采用FOKEER 100的B747-sp型飞机承载轮下混凝土板应力比约为1.4，而等效飞行次数为2倍。此外，A300-B4 std飞机的应力与FOKEER 100的比值约为1.5，其等效飞行次数为2。另一方面，根据表7 A300-B4 std飞机与B747-sp基于飞机项目(FOKKER 100)的航次数相等，这是由于A300-B4 std飞机的最大拉应力混凝土板量大于B747-sp。

参考

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