机场道面结构强度ABAQUS模拟

曹永乐

摘 要：机场跑道、滑行道的道面强度，直接关系到航空器起飞、着陆、滑行的安全。如果道面强度低于预期的强度需求，就可能造成航空器减载甚至影响机场对航空器的接纳。强度检测评价是判断道面承载能力与机场航空器交通是否适应的重要手段，通常对于机场道面强度的检测使用的都是落锤式弯沉仪检测。现在我们通过ABAQUS有限元程序，计算在模拟机型作用下的弯沉，得出数据与测量值对比，检测模拟数值的可靠性，从而可以使用ABAQUS进行道面结构强度计算，给出机场道面机场强度评价。

关键词：机场道面 有限元分析 ABAQUS

中图分类号：TU375.4 文献标识码：A

引 言

道面弯沉检测，旨在获取道面弯沉数据，为机场道面结构层模量反算和道面强度评价提供数据。为了节省使用弯沉仪的人力物力，使用ABAQUS模拟方便测试，特此对比模拟数据和测试數据监测模拟的可信性。我们需要根据预测航空交通量获得荷载参数，根据道面实际情况给出道面结构参数从而进行模拟实验。

1 背景知识和理论

机场道面结构厚度的影响参数有交通荷载参数和道面结构材料参数。

水泥砼面层尺寸为5m×4.5m，三维有限元模型考虑两块水泥板，模型尺寸为5m×9m×0.32m。检测到的数据如表1所示。

两板中间接缝处需要用到弹簧单元，我们可以使用Interaction模块进行处理：

选择菜单栏Special>Springs/Dashpots>Manager，进入弹簧阻尼单元管理器，点击Creat创建Connecttwo points弹簧，依次选择Part1和Part2相对应的两个角点，确定后输入相应的弹簧刚度，点击OK完成Spring单元的定义。

2 基本参数和建模过程

2.1基本参数

道面参数：面层厚度为32cm，泊松比为0.15、弹性模量42MPa、相对刚度半径1.09、地基反应模量83MN/m3。

荷载参数：根据预测交通量，选取累计起降量最

大的B767-300为模拟测试对象。所需数据如表2。

节点弹簧刚度数据：弹簧刚度按长度方向分配（先按长度求出其左右两边刚度，各除以2相加之和再除以2），如表3：

2.1建模过程

创建部件，包括荷载轮印和机场道面两部分。建立的道面模型空间维度为三维模型，荷载轮印模型也为三维模型，要选择shell类型，并按Planner生成；

根据上述参数赋予材料属性，先对应两种部件编辑材料属性，然后分别创建截面，最后选择部件进行赋予属性；

组装模型并且创建分析步，添加部件后，通过平移和旋转将轮印放在道面板边中部，组装时的弹簧设置部位如图1所示：

定义相互作用关系，轮印和道面约束关系选择tie，在这一步中添加到面的弹性地基条件；

施加边界条件和荷载，荷载的类型选择均布压力，约束当前模型板四个侧面平动位移，避免加载过程中发生刚体位移；

网格的划分，单元几何阶数选择二阶，选择按数量分的方法，并且双倍间隔；

提交分析作业，输出结果及数据文件。

3 计算结果与比较

弯沉测试车布置了七个传感器，他们的间距依次是20cm、10cm、30cm、30cm、30cm、30cm，荷载中心与道面板边缘的距离为25cm。

由图2可以看出，有限元模拟计算出的数据基本上和测量值相同，图中距道面板中心30cm出有明显弯沉变化，说明在接缝处处显现了明显脱空。

4 结论

定期对机场道面的检测是对机场使用寿命预期的重要数据，现在通过有限元的计算可以很方便的得出想要的数据，确定机场道面的结构强度，对机场道面结构剩余寿命进行分析。