Weryfikacja modeli skończenie elementowych w analizie statycznej konstrukcji nawierzchni drogowych podatnych. [Cz. I] Pionowe oddziaływanie koła pojazdu

• Autorzy: Nagórski, R. , Nagórska, M.

Warianty tytułu

EN

Verification of FEM models for the static analysis of road pavements. [Part I] The vertical impact of standard wheel

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Praca dotyczy zastosowań MES w analizie statycznej nawierzchni drogowej podatnej przy wykorzystaniu powszechnie stosowanego modelu mechanicznego (mechanistycznego) nawierzchni tj. liniowo sprężystej półprzestrzeni warstwowej. Jako obciążenie nawierzchni przyjęto prostopadłe do powierzchni jezdni oddziaływanie standardowego koła pojazdu, modelowane obciążeniem równomiernie rozłożonym na powierzchni kołowej. Celem pracy jest weryfikacja różnego typu modeli skończenie elementowych, sformułowanych na podstawie powyższego modelu mechanicznego w odniesieniu do typowego (reprezentatywnego) układu warstw nawierzchni. Weryfikację tę przeprowadzono między innymi poprzez porównania wyników obliczeń za pomocą programu ABAQUS/Standard z rezultatami obliczeń, otrzymanych z wyjściowego modelu z wykorzystaniem metod analitycznych za pomocą programu VEROAD. Sformułowano wnioski dotyczące optymalnego doboru parametrów modeli MES, w tym tak istotnych jak rozmiary obszarów podlegających podziałowi na elementy skończone (wyodrębnionych z nieograniczonej półprzestrzeni stanowiącej model nawierzchni) i warunki brzegowe na ich granicach. Przyjęte założenia i uzyskane wyniki skonfrontowano z analogicznymi w pracach innych autorów.

EN

The paper deals with FEM application to the analysis of a road flexible pavement based on the mechanistic model in the form of the layered linearly elastic half-space. The loading representing the wheel - pavement interaction is described as a static load uniformly distributed over the circular area of the pavement surface. The aim of this study is to verify finite element models formulated on the basis of the above mechanical model in the reference to the typical (representative) structure of layer of the pavement. The verification is performed, among others, through comparison between the numerous data calculated with use of ABAQUS/Standard program for the proposed finite element models and the results calculated using VEROAD program which applies analytical methods of solving the formulated problem. The conclusions and recommendations are formulated for the optimal choice of important modeling parameters such as the size of volume modeled by finite elements, boundary conditions on border of the volume, size and type of finite elements. The assumptions and the results are compared with those from the works of other authors.

Słowa kluczowe

PL

nawierzchnia drogowa; analiza statyczna; weryfikacja modeli MES; koło; oddziaływanie pionowe

EN

road pavement; static analysis; verification of FEM models; wheel; vertical impact

• Czasopismo: Prace Naukowe Politechniki Warszawskiej. Budownictwo
• Rocznik: 2014
• Tom: z. 158
• Strony: 3--52
• Opis fizyczny: Bibliogr. 34 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Nagórski, R.

• Zakład Mechaniki Teoretycznej i Mechaniki Nawierzchni Komunikacyjnych, Instytut Dróg i Mostów, Wydział Inżynierii Lądowej

autor

Nagórska, M.

• Zakład Mechaniki Teoretycznej i Mechaniki Nawierzchni Komunikacyjnych, Instytut Dróg i Mostów, Wydział Inżynierii Lądowej

Bibliografia

• [1] Kim YR.: Modeling of Asphalt Concrete, ASCE Press - McGrow-Hill, New York 2009
• [2] Kim M.: Three-dimensional finite element analysis of flexible pavements considering nonlinear pavement foundation behavior, PhD diss., University of Illinois, Urbana 2007
• [3] Chen D.-H., Zaman M., Laguros J., Soltani A.: Assessment of Computer Programs for Analysis of Flexible Pavement Structure. Transportation Research Record 1482 (1995), 123-133
• [4] ABAQU5/Standard User's Manual. Hibbitt, Karlsson & Sorensen, Inc., version 6.6, USA, 2006
• [5] Hopman P.C.: The Visco-Elastic Multilayer Program VEROAD. Heron, Vol. 41, 1996, No 1
• [6] Biezuchow N.J.: Teoria sprężystości i plastyczności. PWN, Warszawa 1957
• [7] Katalog Typowych Konstrukcji Nawierzchni Podatnych i Półsztywnych, IBDM, GDDP, Warszawa 1997
• [8] Burmister D.M.: General theory of stress and displacements in layered soil systems. Appl. Physics 1945
• [9] BISAR 3.0, Shell Bitumen, 1998. Shell International Oil Products BV
• [10] Nilsson R., A viscolelastic approach to flexible pavement design, Licentiate Thesis, Royal Institute of Technology, Department of Infrastructure and Planning, Stockholm 1999, ISSN 1104-683X
• [11] Firlej S.: Mechanika nawierzchni drogowej. Petit s.c., Lublin 2007
• [12] Judycki J., Urbański P.: Ciśnienie opon samochodów ciężarowych w projektowaniu nawierzchni. Drogownictwo 9/2007, 281-285
• [13] Rolla S.: Projektowanie nawierzchni, w serii Biblioteka Drogownictwa. WKL, Warszawa 1987
• [14] Park D.W.: Prediction of Pavement Fatigue and Rutting Life Using Different Tire Types. KSCE Journal of Civil Engineering (2008), 12(5), 297-303
• [15] Zienkiewicz O.C.: Metoda elementów skończonych. Arkady, Warszawa 1972
• [16] Ataman M.: Drgania belek i płyt poprzecznie niejednorodnych na podłożach odkształcalnych wymuszone obciążeniami ruchomymi. Rozprawa doktorska, Wydział Inżynierii Lądowej Politechniki Warszawskiej, OWPW, Warszawa 2010
• [17] Nagórska M.: Wyznaczanie deformacji i naprężeń statycznych w konstrukcji nawierzchni drogowej przy wykorzystaniu MES za pomocą programu ABAQUS. Praca dyplomowa inżynierska, Wydział Inżynierii Lądowej Politechniki Warszawskiej, Warszawa 2010
• [18] Wójcik I.: Opracowanie i weryfikacja modelu skończenie elementowego nawierzchni drogowej. Praca dyplomowa magisterska, Wydział Inżynierii Lądowej Politechniki Warszawskiej, Warszawa 2011
• [19] Nagórski R., Nagórska M.: Weryfikacja modelu skończenie elementowego konstrukcji nawierzchni drogowej podatnej w stanie deformacji statycznej. Sprawozdanie z pracy statutowej 2010 nr 504 G 1081 2620 (21), Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Lądowej, Instytut Dróg i Mostów, Zakład Mechaniki Teoretycznej i Mechaniki Nawierzchni Komunikacyjnych, Warszawa 2011
• [20] Nagórska M.: Wpływ warunków brzegowych na deformację statyczną, wytężenie i trwałość nawierzchni drogowej podatnej. Zastosowanie MES przy wykorzystaniu programu ABAQUS. Praca dyplomowa magisterska, Wydział Inżynierii Lądowej Politechniki Warszawskiej, Warszawa 2012
• [21] Piłat J., Radziszewski P.: Nawierzchnie asfaltowe. WKL, Wyd. II, Warszawa 2007
• [22] Chiroux R.C., Foster W.A. Jr., Johnson C.E., Shoop S.A., Raper R.L.: Three-dimensional finite element analysis of soil interaction with a rigid wheel. Appl. Math. and Comp. (2005), 162 (2), 707-722
• [23] Lacey G., Thenoux G., Rodriguez-Roa F: Three-dimensional finite element model for flexible pavement analyses based on field modulus measurements. The Arabian Journal for Science and Engineering, Vol. 33, Number 1B, pp. 65-76, April 2008
• [24] Kuo C.-M., Chou F.-J.: Development of 3-D finite element model for flexible pavements. Journal of the Chinese Institute of Engineers (2004), 27 (5), 707-717
• [25] Nishiyama T., Bhatti M. A., Lee H. D.: Development of 3-D finite element model to quantify bond level of thin concrete overlay. TRB 2003 Annual Meeting
• [26] Cho Y.-H., Koo H. -M.: A behavior analysis of concrete overlay based on the characteristics of asphalt pavements, Proceedings of 82nd Transportation Research Board Meeting, Washington, D. C., 2003
• [27] Bandeira A.A., Merighi J.V. Fortes R.M.: Finite element model to study structural pavements design - investigation in terms of stresses and strains considering elastoplastic frictional contact mechanics technologies. MAIREPAV5 - The Fifth International Conference on Maintenance and Rehabilitation of Pavements and Technological Control, Park City, Utah, USA, 2007
• [28] Sukumaran B., Chamala N., Willis M., Davis J., Jurewicz S., Kyatham V.: Three dimensional finite element modeling of flexible pavements. 2004 FAA Worldwide Airport Technology Transfer Conference, Atlantic City, New Jersey, USA, 2004
• [29] Gleba M.., Balcerzak M., Kwaśniewski L.: "Transition layer approach for pavement modeling" w Polish-Ukrainian Transactions "Theoretical Foundation of Civil Engineering", vol. 20, pp. 59-66, Ed. Waclaw Szcześniak, OWPW, Warsaw 2012
• [30] Pottinger M. G.: The three-dimensional contact stress field of solid and pneumatic tires. Tire Science & Technology (1992), 20(1)
• [31] Su K., Sun L., Hachiya Y., Maekawa R.: Analysis of shear stress in asphalt pavements under actual measured tire-pavement contact pressure. 6th ICPT, Sapporo, Japan, 2008
• [32] Park D.-W., Epps A. M., Jeong J.-H., Lee S.-T.: Effects of tire inflation pressure and load on predicted pavement strains. The Baltic Journal of Road and Bridge Engineering (2008), 3 (4) (181-186)
• [33] Akbulut H., Aslantas K.: Finite element analysis of stress distribution on bituminous pavement and failure mechanism. Materials and Design (2005), 26 (4), 383-387
• [34] Mulungye R.M., Owende P.M.O., Mellon K.: Finite element modelling of flexible pavements on soft soil subgrades. Materials and Design (2007), 28 (3), 739-756