新型飞机复杂力学行为下水泥混凝土道面损伤机理研究

New fighter develop to the direction of heavy weight, high tire pressure and short takeoff and landing. The aircraft load characteristics undergo tremendous changes than before. Under the complex mechanical behavior, the dynamic damage mechanism of the pavement structure has become an urgent problem. This project adopts the closed loop, which is research method of theoretical research-numerical simulation-laboratory test-field test, to do research on damage mechanism of cement concrete pavement through the whole process of the new fighter loads. The main contents include: Research on aircraft-pavement coupling mechanism, to clarify the relationship between loads and landing aircraft aerodynamic parameters and pavement parameters. The loads action of vertical and horizontal will be considered into to analyze dynamic response of the whole process of aircraft landing runway. Analyzing the influence of load position, structure parameters, joint type and other factors on the pavement structure response. The relationship between the weight of aircraft, tire pressure, roll speed, sinking speed and other factors and the pavement stress response will be established. Finally, the project look into the mechanism of fatigue damage based on reliability theory by making use of the variable amplitude load fatigue test of beam specimens. This project is expected to provide theoretical support and scientific guidance for design and construction of new airport runway.

新型战斗机不断向大重量、高胎压和短距离起降的方向发展，飞机起降荷载特性与以往发生着巨大变化，复杂力学行为下道面结构损伤机理成为亟待解决的问题。本项目采用理论研究—数值仿真—室内实验—工程实测的闭环研究方法，研究新型飞机起降全过程动荷载对水泥混凝土道面的疲劳损伤机理，主要内容包括：研究飞机—道面耦合作用机理，阐明飞机动荷载与起降参数和道面参数的关系；考虑竖向荷载和水平荷载的共同作用，研究飞机起降过程中整个跑道的动态响应规律，分析荷载位置、结构层参数、接缝类型等因素对道面结构响应的影响，建立飞机重量、胎压、滑跑速度、下沉速度等因素与道面板应力响应的关系；最后利用混凝土材料的弯拉变幅荷载疲劳实验，基于可靠度理论研究道面的疲劳损伤机理。本项目的成果可望为新型飞机机场道面设计和建设提供理论支撑和科学指导。

随着新型战斗机不断向大重量、高胎压和短距离起降的方向发展，飞机的起降荷载特性与以往存在显著区别，然而人们对于新型飞机荷载特性、跑道结构动力学响应和结构的力学损伤理论还存在一些疑惑，这些问题也是研究人员和工程人员关注的重点和难点。本项目采用理论分析、数值仿真、室内试验和现场测试等相结合的方法，对新型飞机动荷载作用下水泥混凝土道面的疲劳损伤机理进行了较为系统的研究。. 首先，建立五自由度的飞机地面动力学数学模型，利用数值计算方法求解动力学微分方程组。建立虚拟样机模型和道面模型，进行各种复杂条件下数值仿真试验，开展飞机实测试验验证模型有效性。通过数学模型求解、虚拟样机仿真和飞机荷载实测三条途径揭示了飞机—道面耦合作用机理。.其次，建立足尺多块板三维有限元模型，分析荷载位置、结构层参数、接缝类型等因素对道面结构响应的影响，研究了飞机动荷载作用下的道面结构力学响应。通过现场实测飞机动荷载作用下水泥混凝土道面结构动态响应，验证模型的有效性。研究飞机荷载分布规律，考虑滑跑速度对道面应力的折减，修正了道面荷载应力状态计算公式。. 第三，进行了足尺道面板疲劳试验，考虑基础和板接缝传荷能力影响，建立了道面板的疲劳公式。采用MTS材料试验机和全信息声发射信号分析仪，研究了混凝土小梁静载破坏的力学行为和单级加载下疲劳弯曲的非线性累积损伤规律。揭示了室内混凝土小梁非线性疲劳损伤累积规律，并通过仿真试验在细观层次上分析了混凝土随机骨料的小梁模型的静载破坏和疲劳损伤的力学行为。. 本项目立足于新型飞机发展对机场的现实需求，以新型飞机荷载特性为切入点，通过研究复杂力学行为下道面结构动态力学响应，揭示水泥混凝土道面结构的损伤机理，以期为新型飞机机场道面设计提供一定的参考。