一種飛機(jī)多輪荷載作用下瀝青道面高溫抗剪性能評(píng)價(jià)系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及飛機(jī)多輪荷載作用下瀝青道面高溫抗剪性能評(píng)價(jià)系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，機(jī)場(chǎng)瀝青道面高溫性能普遍采用公路工程領(lǐng)域的車轍試驗(yàn)進(jìn)行評(píng)價(jià)，以公路設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)軸載0.7MPa，和單輪荷載作用形式作為高溫性能的評(píng)價(jià)指標(biāo)和方法。然而，近年來，各大飛機(jī)制造廠商均致力于大型民用客機(jī)技術(shù)的研制，空客380、波音787等新一代大飛機(jī)(New Generat1n Large Aircraft,NGLA)不斷問世，為了承受新一代大飛機(jī)的巨大重量，其起落架構(gòu)型與以往的機(jī)型相比有較大差別，例如A380-800飛機(jī)，最大起飛重562噸，主起落架由兩側(cè)起落架和中起落架組成，其中側(cè)起落架各6個(gè)輪子，中起落架各4個(gè)輪子，主起落架的輪子數(shù)目達(dá)20個(gè)，平均輪壓達(dá)1.5MPa，由此可見，以公路工程荷載特點(diǎn)為基礎(chǔ)的瀝青混合料高溫性能評(píng)價(jià)方法難以體現(xiàn)飛機(jī)多輪重載特點(diǎn)，進(jìn)而造成機(jī)場(chǎng)瀝青道面高溫性能無法合理評(píng)價(jià)，阻礙了機(jī)場(chǎng)瀝青道面材料設(shè)計(jì)的發(fā)展。
[0003]從結(jié)構(gòu)形式及材料使用上，機(jī)場(chǎng)瀝青道面與高等級(jí)公路類似，但機(jī)場(chǎng)瀝青道面結(jié)構(gòu)特點(diǎn)使機(jī)場(chǎng)瀝青跑道在實(shí)際應(yīng)用過程中存在一些較高等級(jí)公路更為嚴(yán)重的問題，如跑道端部及滑行等待、轉(zhuǎn)彎位置的輪轍問題十分突出。機(jī)場(chǎng)道面輪轍的發(fā)生直接影響到機(jī)場(chǎng)的安全運(yùn)營(yíng)一一大大增加了飛機(jī)輪胎、渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)和機(jī)身破壞的可能性，也增大了飛機(jī)滑跑時(shí)偏離軌道的概率。
[0004]剪切破壞是機(jī)場(chǎng)瀝青道面加鋪層在高溫條件下出現(xiàn)的最主要破壞形式，因此，提出飛機(jī)多輪荷載作用下瀝青道面高溫抗剪性能評(píng)價(jià)方法是十分必要和有意義的。
[0005]綜上，目前機(jī)場(chǎng)瀝青道面高溫性能評(píng)價(jià)延用公路工程的相關(guān)評(píng)價(jià)方法，未考慮飛機(jī)多輪荷載作用下瀝青道面高溫抗剪破壞，導(dǎo)致評(píng)價(jià)精度低，所以需針對(duì)瀝青道面主導(dǎo)高溫破壞形式，提供一種飛機(jī)多輪荷載作用下瀝青道面高溫抗剪性能評(píng)價(jià)方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是要解決目前機(jī)場(chǎng)瀝青道面高溫性能評(píng)價(jià)延用公路工程的相關(guān)評(píng)價(jià)方法，未考慮飛機(jī)多輪荷載作用下瀝青道面高溫抗剪破壞，導(dǎo)致評(píng)價(jià)精度低的問題，而提供一種飛機(jī)多輪荷載作用下瀝青道面高溫抗剪性能評(píng)價(jià)系統(tǒng)及方法。
[0007]上述的發(fā)明目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0008]—種飛機(jī)多輪荷載作用下瀝青道面高溫抗剪性能評(píng)價(jià)系統(tǒng)，其特征在于，所述的飛機(jī)多輪荷載作用下瀝青道面高溫抗剪性能評(píng)價(jià)系統(tǒng)由底座平臺(tái)、貫入軸、螺母、升降桿和荷載特征調(diào)節(jié)圓盤組成；
[0009]升降桿一端與荷載特征調(diào)節(jié)圓盤相連，另一端與材料試驗(yàn)機(jī)相連；貫入軸的一端分別通過荷載特征調(diào)節(jié)圓盤上的4個(gè)通孔，分別用螺母將通過4個(gè)通孔的貫入軸進(jìn)行固定，貫入軸的另一端分別固定在瀝青混合料試件的上表面，瀝青混合料試件的下表面固定在底座平臺(tái)上。
[0010]一種飛機(jī)多輪荷載作用下瀝青道面高溫抗剪性能評(píng)價(jià)方法具體是按照以下步驟進(jìn)tx的:
[0011 ]步驟一、將待測(cè)試的瀝青混合料試件進(jìn)行干燥至恒重；
[0012]步驟二、將步驟一干燥至恒重后的瀝青混合料試件放入達(dá)到試驗(yàn)溫度的控溫箱中恒溫4-8小時(shí)，使瀝青混合料試件內(nèi)部溫度達(dá)到試驗(yàn)溫度；
[0013]其中，試驗(yàn)溫度是預(yù)先設(shè)置的；
[0014]步驟三、根據(jù)測(cè)試機(jī)型輪徑比和軸徑比確定荷載特征調(diào)節(jié)圓盤上4個(gè)通孔的位置，將4根貫入軸的一端分別插入荷載特征調(diào)節(jié)圓盤上4個(gè)通孔的位置，并運(yùn)用螺母將4根貫入軸分別固定在荷載特征調(diào)節(jié)圓盤上;升降桿一端與荷載特征調(diào)節(jié)圓盤相連，另一端與MTS或UTM相連，MTS為材料試驗(yàn)機(jī)，UTM為萬能試驗(yàn)機(jī)；
[0015]步驟四、根據(jù)測(cè)試機(jī)型輪徑比和軸徑比確定校準(zhǔn)墊片圓心位置及直徑，制作校準(zhǔn)墊片及校準(zhǔn)墊片的四個(gè)通孔;將校準(zhǔn)墊片放到恒溫后的瀝青混合料試件的上表面，瀝青混合料試件的上表面邊緣與校準(zhǔn)墊片的邊緣對(duì)準(zhǔn)，貫入軸另一端對(duì)準(zhǔn)校準(zhǔn)墊片的四個(gè)通孔，撤下校準(zhǔn)墊片，恒溫后的瀝青混合料試件的下表面固定在底座平臺(tái)上；
[0016]步驟五、啟動(dòng)MTS或UTM，通過MTS或UTM帶動(dòng)升降桿運(yùn)動(dòng)對(duì)瀝青混合料試件施加力，直至瀝青混合料試件破壞，記錄貫入深度-貫入荷載曲線；
[0017]步驟六、將步驟五獲得的貫入深度-貫入荷載曲線中的貫入深度-貫入荷載除以4根貫入軸與瀝青混合料試件上表面的總接觸面積，獲得4根貫入軸作用時(shí)的貫入深度-貫入荷載曲線；
[0018]計(jì)算貫入深度-貫入荷載曲線中彈性拐點(diǎn)到破壞拐點(diǎn)間的彈性工作段線段斜率，并以此指標(biāo)作為評(píng)價(jià)多輪荷載作用下瀝青道面高溫抗剪切破壞的指標(biāo)。
[0019]發(fā)明效果
[0020]采用本發(fā)明的一種飛機(jī)多輪荷載作用下瀝青道面高溫抗剪性能評(píng)價(jià)系統(tǒng)及方法，是在傳統(tǒng)瀝青混合料單軸貫入試驗(yàn)基礎(chǔ)上，考慮飛機(jī)多輪荷載的疊加效應(yīng)而開發(fā)的一種室內(nèi)小型評(píng)價(jià)系統(tǒng)和方法，其可合理、準(zhǔn)確評(píng)估機(jī)場(chǎng)瀝青道面在飛機(jī)多輪荷載作用下的高溫抗剪切性能，可用于機(jī)場(chǎng)瀝青混合料高溫抗剪切性能的評(píng)價(jià)，也將為公路工程瀝青路面多輪疊加荷載作用下性能的準(zhǔn)確評(píng)估奠定基礎(chǔ)。由實(shí)施例2中圖9可以看出，采用本發(fā)明試驗(yàn)方法，即四點(diǎn)貫入試驗(yàn)得到的貫入強(qiáng)度為4.1MPa，而傳統(tǒng)的未考慮多輪荷載疊加作用得到的貫入強(qiáng)度則為8.3MPa，單軸貫入試驗(yàn)與四點(diǎn)貫入試驗(yàn)結(jié)果的顯著差異體現(xiàn)了飛機(jī)多輪荷載疊加作用對(duì)瀝青道面的影響。因此，采用本試驗(yàn)方法評(píng)價(jià)瀝青道面在飛機(jī)多輪荷載作用下的瀝青道面高溫抗剪能力更合理，評(píng)價(jià)精度可提高51%，解決了以往以公路瀝青路面評(píng)價(jià)方法導(dǎo)致的評(píng)價(jià)準(zhǔn)確率低的問題，對(duì)于改善目前機(jī)場(chǎng)瀝青道面高溫性能評(píng)價(jià)方法匱乏的現(xiàn)狀具有重要的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)意義。
【附圖說明】
[0021 ]圖1為測(cè)試裝置示意圖，xSx軸，y為y軸，Az軸；
[0022]圖2為測(cè)試裝置示意圖；
[0023]圖3為荷載特征調(diào)節(jié)圓盤示意圖，A380為空中客車A380型飛機(jī)的簡(jiǎn)寫，B777為美國(guó)波音公司波音777型飛機(jī)的簡(jiǎn)寫，單位為mm;
[0024]圖4為A380機(jī)型校準(zhǔn)墊片示意圖，x為X軸，ySy軸；
[0025]圖5為測(cè)試裝置實(shí)物圖；
[0026]圖6為AC20瀝青混合料貫入深度-貫入應(yīng)力曲線圖
[0027]圖7為貫入試驗(yàn)過程中集料傾角的變化圖；
[0028]圖8為輪轍試驗(yàn)過程中集料傾角的變化圖；
[0029]圖9為試件開裂方向示意圖；
[°03°]圖10為試件Mises應(yīng)力疊加云圖，S，mises應(yīng)力是一種基于屈服準(zhǔn)則的等效應(yīng)力，Avg: 75 %為在計(jì)算軟件輸出文件中對(duì)節(jié)點(diǎn)計(jì)算的設(shè)置，可忽略。
【具體實(shí)施方式】
[0031]【具體實(shí)施方式】一、結(jié)合圖1、圖2和圖5說明本實(shí)施方式，一種飛機(jī)多輪荷載作用下瀝青道面高溫抗剪性能評(píng)價(jià)系統(tǒng)，其特征在于，所述的飛機(jī)多輪荷載作用下瀝青道面高溫抗剪性能評(píng)價(jià)系統(tǒng)由底座平臺(tái)1、貫入軸2、螺母3、升降桿4和荷載特征調(diào)節(jié)圓盤5組成；
[0032]升降桿4一端與荷載特征調(diào)節(jié)圓盤5相連，另一端與材料試驗(yàn)機(jī)相連;貫入軸2的一端分別通過荷載特征調(diào)節(jié)圓盤5上的4個(gè)通孔，分別用螺母3將通過4個(gè)通孔的貫入軸2進(jìn)行固定，貫入軸2的另一端分別固定在瀝青混合料試件的上表面，瀝青混合料試件的下表面固定在底座平臺(tái)I上;所述多輪為大于等于I小于等于12，所述高溫為大于等于75°C小于等于80。。。
[0033]荷載特征調(diào)節(jié)圓盤上的通孔，可實(shí)現(xiàn)不同飛機(jī)機(jī)型輪距/軸距的準(zhǔn)確模擬:其中上下最外四個(gè)圓孔模擬A380飛機(jī)輪徑比和軸徑比而得到的孔位，上下內(nèi)側(cè)四個(gè)圓孔模擬B777飛機(jī)輪徑比和軸徑比而得到的孔位，上下左右的長(zhǎng)條型圓孔可模擬任意輪徑比/軸徑比飛機(jī)的起落架荷載，如圖3。材料試驗(yàn)機(jī)(MTS)內(nèi)的底座平臺(tái)用于放置和固定試件，以開展試驗(yàn)；
[0034]【具體實(shí)施方式】二、本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一不同的是，所述貫入軸2與瀝青混合料試件的上表面之間分別設(shè)置直徑為30_的圓形橡膠片。
[0035]【具體實(shí)施方式】三、本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一或二不同的是，所述荷載特征調(diào)節(jié)圓盤5上周向均勻設(shè)置4個(gè)通孔。
[0036]【具體實(shí)施方式】四、一種飛機(jī)多輪荷載作用下瀝青道面高溫抗剪性能評(píng)價(jià)方法，其特征在于，一種飛機(jī)多輪荷載作用下瀝青道面高溫抗剪性能評(píng)價(jià)方法具體是按照以下步驟進(jìn)行的:
[0037]步驟一、將待測(cè)試的瀝青混合料試件進(jìn)行干燥至恒重，瀝青混合料由機(jī)場(chǎng)瀝青道面用瀝青混合料按工程要求比例拌制而成；
[0038]步驟二、將步驟一干燥至恒重后的瀝青混合料試件放入達(dá)到試驗(yàn)溫度的控溫箱中恒溫4-8小時(shí)，使瀝青混合料試件內(nèi)部溫度達(dá)到試驗(yàn)溫度；
[0039]其中，試驗(yàn)溫度是預(yù)先設(shè)置的；
[0040]步驟三、根據(jù)測(cè)試機(jī)型輪徑比和軸徑比確定荷載特征調(diào)節(jié)圓盤5上4個(gè)通孔的位置(在實(shí)際使用過程中，需要技術(shù)人員首先明確不同機(jī)型的輪徑比和軸徑比；依據(jù)確定的輪徑比和軸徑比，在荷載調(diào)節(jié)圓盤上量取相應(yīng)的位置，并