路面结构复杂非线性动力学实验研究

现有路面结构动力学研究体系分为相互独立的二部分，一是基于各种不同假设的力学模型理论分析，研究其力学响应；二是室内及现场路面动载实验，研究其路面性能和破坏机理。而路面车载作用下的动力学模型实验由于难度较大很少研究。本项目在研究现有路面结构动力学理论模型的基础上，旨在采用模块化设计思路，构建具有不同悬挂特性的车辆模型组模块、代表不同结构形式的路面及支承系统模块、不同激励形式的加载模块，依据不同路面结构动力学理论研究需要，形成完整的路面结构动力学实验模型，并进行相应模型系统的复杂非线性响应特性实验，验证理论模型的准确性及适用性，通过高速公路试验段现场动力学响应实验研究，建立模型实验与现场实验的对应关系，揭示路面受力与变形的响应规律，为路面动力学理论研究和公路工程应用研究提供有效的方法和依据，其研究具有重要的理论意义和工程应用价值。

随着我国社会经济的快速发展，交通建设进程逐步加快，交通量增长迅猛，车辆超长超载问题严重，导致沥青路面的早期破坏现象突出，严重影响着道路通行的安全性和舒适性。因此，研究路面结构在车辆动载作用下的力学行为和路面破坏机理十分重要。现有路面动力学研究从力学层面上主要是多层梁板理论解，从工程层面主要是有限元分析加现场弯沉测试。如何建立二者的有机联系，即通过室内力学模型实验研究与现场车路动力学相互作用的实验研究相结合，对于揭示路面破坏机理具有重要的理论意义和应用价值。基于路面动力学研究理论模型，本项目构建了车路相互作用动力学实验模型，并通过实验测试，研究了路面结构模型的动力学响应，验证了理论模型研究结果的正确性。同时对比分析证明，通过实验研究路面结构在车辆荷载作用下的动力学响应是可行的，并为现场实验环境的构建提供依据。构建了室内车路相互作用动力学缩尺模型，路面模型结构及路面材料可依据不同研究需要更换调整，路面埋设的动态参数测试传感器采集的信号定位准确，车辆模型可设置线性和非线性悬挂，车路相互作用动力学研究更接近现场公路动力学实际行为，这为进一步研究路面结构在车辆荷载作用下的变形破坏提供了有效的研究手段。构建了完整的路基路面动力学现场测试试验段，提出了施工期不同结构层各参量传感器的埋设方法与防护技术，解决了车辆动态激励下路面实时响应监测关键技术难题。开发了路面结构远程信号自动采集系统，该系统达到了高精度、低功耗及稳定性要求，实现了路面各结构层应力、位移、土压力等多类动静态信号的同步采集和3G网络远程数据传输，开发的“路面动态监测系统”获得国家软件著作权。通过现场试验段采集的信号分析，获得了公路路面结构在实验车辆和通行载重车辆荷载作用下的各结构层的应变、压力、变形位移等力学参数，为研究路面寿命及破坏提供了重要的依据。构建了非线性振子动力学实验模型，通过实验发现了非线性振子的暂态混沌、阵发性混沌以及振子在两个吸引域之间的复杂非线性运动，庞克莱映射显示了吸引子相貌。针对两自由度非线性弹簧摆振子系统，利用特殊变换，研究了该系统的混沌阈值，数值模拟该系统具有脉冲周期轨道和混沌运动。利用强等价理论构造近似的光滑系统，求解原系统的响应，研究系统的分岔、混沌等非线性动力学现象，扩充了非线性动力学系统近似解析解法的研究内容。