快速装拆机场道面结构力学行为分析

为解决机场改扩建不停航施工过程中所需的飞机临时滑行通道问题,需要设计建造技术性能可靠和施工便捷的临时场道结构。为满足临时场道结构技术性、工艺性和经济性等要求,研究了直接铺筑于压实地基上的可快速装拆式型钢-预应力混凝土板块组合道面的力学性能。分别研究了不同位置加载情况下板块各部位的应力和应力变化规律,利用ABAQUS有限元软件模拟了B737-800单轮轮载作用下复合结构板体的变形规律。分析结果表明,飞机荷载作用位置对快速装拆道面结构受力和变形的影响显著,荷载作用于板角位置时的结构稳定性最差,道面板侧边容易产生较高的局部应力集中,板块边沿的局部强化对于结构稳定具有关键作用,道面板块的钢框架与内部混凝土之间连接部位为结构的薄弱环节,需要合理地分布预应力钢筋增强效应来保障结构承载能力和结构完整性,多板块的铰接衔接组合具有较明显的板体联动效应与荷载分散效应,从而有助于约束板块的局部竖向变形。     

侧风着陆滑行飞机轮胎-道面相互作用分析

通过对侧风作用下的飞机受力进行分析,建立了轮胎-道面相互作用理论模型,得到了侧风作用下两者相互作用的主要影响因素,并进一步基于有限元分析软件ABAQUS建立了侧偏轮胎-道面有限元模型,研究了轮胎不同侧偏角度以及跑道不同积水厚度等因素对于飞机轮胎与道面相互作用的影响规律变化情况。研究结果表明：飞机在跑道滑行时在侧风作用会产生偏离跑道中心线的趋势,道面对轮胎的侧偏力是影响飞机质心偏离跑道中心线距离的重要因素;轮胎侧偏角增大导致轮胎接地非对称性增强,轮胎迎水面的区域长度也呈逐步增大趋势;轮胎迎水面的动水压强呈非对称分布,动水压强较高的区域出现在轮胎的偏转侧,并且最大值接近于1 MPa,此时易出现滑水风险;而随着跑道道面水膜厚度的逐渐增加,道面相应的侧向摩擦因数也在减小,当水膜厚度达到机场运行管理规定中临界值13 mm时,道面摩擦因数仅为干道面时的一半,大大增加飞机偏出跑道风险。     

基于三维GIS的机场飞行区运行数字化管理系统

基于地理信息系统软件平台，利用空间信息显 示与数据管理技术，研究了由机场净空评价管理，机场道面评价管理和飞行区地下管线管理 3个子系统组成的机场飞行区运行数字化管理系统。净空评价管理系统通过坐标变换、净空 限制面三维场景建模、障碍物评价算法研究等，实现了基于地理信息的障碍物三维可视化管 理与评价及基于飞行程序的飞机进、离场动态仿真。道面评价管理系统进行了机场道面三维 场景及道面属性信息数字化、属性信息数据库分析、道面各项性能指标和功能模块的算法研 究。实现了机场道面信息的三维场景显示与属性信息查询、基于现场调查和测试数据的场道 PCN、PCI计算；场道剩余使用寿命预测；根据评价结果智能提供维修建议及辅助决策等功能 ，并据此提出了基于空间数据的道面综合评价管理理念。地下管线管理系统研究了基于管线 地理信息数据的三维可视化管理模型，实现了地下管线的三维数字化查询与管理。本系统 整合了机场飞行区运行管理的各项功能，使管理工作数字化、智能化，为机场高效运行提 供了有力保障。     

湿滑道面飞机着陆滑水风险量化分析

基于飞机机载记录仪数据和临界滑水速度提出滑水风险量化指标,将飞机接地滑行全过程纳入滑水分析范围;建立着陆阶段飞机轮胎-积水道面流固耦合仿真模型,考察道面积水分布及接地位置横向漂移影响,以空客A320为代表机型开展案例分析。结果表明,着陆阶段飞机轮胎临界滑水速度较起飞阶段低12%~18%,滑水事故风险更高;道面横坡引起积水不均匀分布,跑道边缘滑水风险高于中线区域;临界滑水速度及滑水风险指标均为关于接地位置横坐标的函数;同等降雨强度条件下滑水风险概率随飞机接地横向分布标准差增大而减小;增大横坡度可加快道面积水排除,2.0%横坡度工况较1.5%时滑水风险降低5.1%~5.6%;降雨强度与飞机滑水风险正相关,由0.8 mm/min增大至2.5 mm/min时滑水风险指标增加约13.1%;该滑水风险量化分析方法可定量描述飞机着陆环境变化影响,滑水判定方式有明显改进。     

基于修正Coffin-Manson模型的加速寿命试验设计与评估

针对温度循环应力下加速寿命试验数据处理困难而限制其应用的问题,提出了一种基于修正Coffin-Manson 模型的加速寿命试验设计与评估方法。运用修正 Coffin-Manson 模型建立了温度循环试验的加速因子模型,给出了试验条件设计的原则。用一元和二元线性回归评估了加速因子模型的参数进而对产品寿命进行外推,得到了正常应力条件下的可靠度函数。Monte Carlo仿真实例表明,该方法能有效地评估产品温度循环应力下的寿命。     

含缺陷铝蜂窝道面板弯曲和疲劳特性

为了研究面板厚度及不同类别、不同程度的先天缺陷对铝蜂窝夹芯结构道面板疲劳性能的影响,对7组铝蜂窝夹芯道面板试样进行三点弯曲静载试验和三点弯曲疲劳试验。结果表明:面芯脱焊缺陷对铝蜂窝道面板的疲劳性能影响最大,含10%和30%面芯脱焊缺陷的试件疲劳性能分别降低了76%和92%,说明防止面芯脱焊缺陷至关重要。经分析,铝蜂窝道面板弯曲疲劳特性服从威布尔分布,相关系数超过0.95以上。对完好试样和含不同类别、不同程度先天缺陷的试样分别建立了反映应力水平和疲劳性能关系的威布尔方程。     

基于位移等效的复合道面PCN计算方法

为了对复合道面承载力进行合理的评估,研究了 现行规范中复合道面等级号(Pavement classification number,PCN)计算方法,分析场道承载力的影响因素,确定了进行厚度折算的位 移等效原则。通过设计正交试验,经大量有限元试算,回归得到了复合道面厚度折算公式, 最后就各因素对厚度折算的影响规律进行了讨论。结果表明：复合道面PCN计算时,可按位 移等效原则将复合道面简化为一当量厚度的单层刚性板;道面混凝土厚度是影响PCN计算结 果的最关键因素。不同厚度折算计算方法会导致计算的PCN值差异较大;沥青混凝土厚度对 厚度折算结果的影响最为显著。     

基于寿命包线的飞机金属结构寿命预测方法

飞机结构寿命包线是飞机结构在安全使用条件下疲劳寿命与日历寿命的边界线;在其概念的基础上,考虑疲劳寿命与日历寿命的相互影响关系,提出了通过预腐蚀疲劳试验确定飞机结构寿命包线的腐蚀影响系数法,建立了典型服役环境下飞机金属结构腐蚀疲劳关键件的剩余寿命预测方法,并给出了在飞行强度变化条件下的剩余寿命预测实例。飞机结构寿命包线确定方法与剩余寿命预测方法的建立,为飞机结构单机寿命(疲劳寿命与日历寿命)监控奠定了基础。     

基于代理模型的车载雷达阵面风载疲劳分析

本文采用时域疲劳评估方法对风荷载作用下的结构疲劳寿命进行评估。准确的风载荷等效模型是结构时域响应预示的基础,高精度的时域响应预示方法是实现疲劳评估的关键。在风载荷模型等效方面,根据结构面临的实际载荷工况,通过CFD分析得到阵面在不同角度下的风压分布,利用响应面代理模型拟合出阵面各特征点的风压多项式,进而投影插值得到有限元网格单元上的风载荷曲线。在结构时域响应预示方法方面,发展基于直接法的结构时域响应预示方法,进而研究计算步长、计算格式等对计算精度和计算效率的影响,为疲劳评估提供准确的结构应力时间历程。在时域疲劳评估方法方面,采用雨流计数法对应力/应变的时间历程循环计数,结合材料的疲劳性能对结构进行疲劳寿命预测。基于以上研究,形成适用于工程计算的风载荷作用下的结构疲劳评估方法,为雷达结构设计提供参考。     

基于响应面法的低温风洞扩散段热力学模型修正

低温风洞运行过程消耗大量液氮和电力，洞体结构产生附加热应力和热变形，建立可靠的低温风洞热力学模型对研究风洞运行安全性和经济性是必不可少的。以低温风洞扩散段为方法研究对象，建立有限元热力学模型，为提高热力学模型和实际模型的相关性，使用响应面法对有限元热力学模型多个参数进行修正。通过对比分析温度、应力监测点试验数据和仿真数据的差别，确定驻室锥形体内表面对流换热系数为待修正参数；使用中心复合试验设计生成有限元热分析样本空间，以温度、应力监测点试验数据和仿真数据的残差均方和为考核指标，在样本空间内对残差均方和进行非线性回归分析，建立残差均方和的响应面模型；以所有监测点残差均方和总和为目标函数，在样本空间内进行多目标非线性优化分析，得到最优解；验证修正后的热力学模型，结果表明:（1）基于响应面法的热力学模型修正是可行的；（2）修正后的热力学模型分析数据与试验数据吻合性提高，并且适用于其它降温试验。     

机场道面改造工程对环境的影响分析

建筑工程在建设环境的同时也在破坏环境。本文从生态、噪声、废水、灰尘及固体废物等方面分析机场道面改造工程带给当地环境的影响,并根据分析结果提出相应的环境保护措施,为今后的机场建设工程减少环境污染提供参考。     

民用机场水泥道面维修计划的决策树模型

为使机场道面管理的辅助决策更加精确,满足智能化的要求,需要对现有网络级决策算法进行改进。本文基于信息熵的概念,提出了民用机场水泥道面维修计划的决策树模型。模型检验与评价结果表明,该模型结果准确性高,具有交叉有效性和自修正能力。使用上海浦东国际机场道面管理系统案例进行验证,可知与传统模型对比,决策树模型可以充分考虑道面使用性能、结构性能以及管理需求主观因素,决策结果更加符合工程实际。     

Cracking and Mechanical Properties of Airport Concrete Pavement with Fiber and Expansive Agent

Polypropylene fiber and expansive agent are used in airport concrete to improve its shrinkage cracking resistance and mechanical properties. The concrete specimens with amount content of polypropylene fiber or expansive agent or both of them are prepared. The morphology of specimens is observed by scanning electron microscope, the time when the first crack occurred is recorded through slap test, and the mechanical properties such as compressive strength and impact energies of concrete are measured. The results show that polypropylene fiber in concrete can reduce the shrinkage and delay the first crack, improve the impact resistance obviously, and improve the compressive strength slightly. Expansive agent can compensate the shrinkage and reduce cracks of concrete pavement markedly, and improve the mechanical properties of concrete pavement slightly. The study provides recommendations for cracking control of airport concrete pavement in the future.     

跑道路面描述的数学模型

跑道路面不平度y(s)的测量结果往往以数字序列{y_n}的形式给出。本文首先引入了ARMA模型分析方法,提出了路面不平离散序列{y_n}的频域与空间域模型。在离散模型的基础上,继而导出了路面不平y(s)的频域与空间域模型,这些模型不仅能很好地表征路面不平特性,而且便于对由路面不平产生的结构振动进行分析。     

道面宽度对机场跑道多年冻土地基温度场的影响

基于ABAQUS有限元及其二次开发平台,建立了多年冻土地区机场沥青道面地基温度场分析模型,对不同宽度道面地基温度场进行对比分析,同时对地基温度场影响范围、地基最大融化深度进行研究。结果表明:机场道面宽度对地基温度场影响明显,在相同时间条件下,随着道面宽度的增加,地基融土核最高温度不断上升融土核面积不断扩大,且椭圆形融土核中部越来越饱满;外界温度对5 m深度内地基温度影响显著,随着深度的增加影响越来越小,达到一定深度后地基温度基本保持不变;不同道面宽度地温沿水平方向温度变化呈"Z"形分布,越接近道肩处温度变化越明显,同时道面对天然冻土的影响范围约为距道肩20 m内;道面中心处融深随宽度的增加呈现两个阶段上升趋势,且道中融深明显大于道肩融深,道肩融深受机场道面宽度影响很小。基于此建立了道中地基融深受道面宽度影响的变化规律,为多年冻土区机场建设提供相应的理论依据。     

大空隙透水铺装基层碎石抗压碎性能的试验和计算

为满足高渗透性透水铺装基层的应用需求,设计了3种大空隙率的碎石与砂石基层连续级配以及3种不同单粒级级配,试验测试了不同级配集料的压碎值,分析了相应的影响机理和压碎前后的粒径含量变化。试验结果表明：饱水后压碎值的升高幅度与细集料含量成正相关;混掺7.1%的砂可提高碎石的抗压碎能力;大粒径碎石对压碎值的减小效果随粒径的增大而降低。提出了压碎值的临界粒径理论及其推论,发现将9.5 mm以上粒径含量控制在59.6%以上,最大粒径控制在19~26.5 mm,可有效改善大空隙碎石的压碎值;提出了压碎值的分界粒径假设、等价粒径含量折减转化概念以及系列压碎值计算模型,57个算例的平均误差小于2.4%,该模型可进一步用于具有无单一粒径特征的连续级配、间断级配和单粒级级配且最小粒径不小于2.36 mm的不同材料大空隙碎石的压碎值估算,显著提高了透水铺装道路基层大空隙碎石级配的设计效率。     

基于国际平整度指数IRI的飞机动载系数分析

为分析道面不平整引起的动载作用，研究了国际平整度指数(International roughness index,IRI)与道 面功率谱密度 (Power spectral density,PSD)的关系，并通过建立四分之一飞机振动模型，分析了飞机作用于道面上的动载特性，建立了基于概率的经空气动力修正后的动载系数分析模型，最后以某机型为例对动载系数影响因素进行讨论。结果表明：动载系数随速度增加呈先增大后减小的趋势；道面 平整度等级是影响飞机对道面动力作用的最关键因素；飞机重量与升力影响因子(Lift impact factor,LIF)呈非线性关系，因此动载系数随飞机重量的增加呈非线性变化；飞机高速滑行时动载系数随飞机重量变化的离散程度较大，此时随飞机重量增加，飞机对道面的动力作用增大；动载系数随机轮轮胎 刚度、机身缓冲系统阻尼及刚度的增加近似呈线性变化，机身缓冲系统阻尼增大，动载系数 则减小；机轮轮胎刚度及机身缓冲系统刚度增大，动载系数则增大。