基本信息
- 項目名稱:
- 基于有限元分析的粘彈性瀝青路面永久變形可視化預(yù)測系統(tǒng)
- 小類:
- 信息技術(shù)
- 大類:
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介:
- 本作品在ABAQUS GUI二次開發(fā)的基礎(chǔ)之上,實現(xiàn)瀝青路面車轍預(yù)估系統(tǒng)的自定制用戶程序的開發(fā)。利用開發(fā)的參數(shù)化GUI用戶平臺,可以快速準確實現(xiàn)瀝青路面的有限元建模,并完成所有相關(guān)計算分析,得到研究人員所需的車轍橫斷面圖以及凹陷和隆起變形數(shù)據(jù)。以方便公路工程技術(shù)人員對不同地區(qū)公路的材料和結(jié)構(gòu)進行設(shè)計,同時方便公路管理人員制定出合理的策略對道路交通情況進行控制。
- 詳細介紹:
- 本系統(tǒng)基于有限元分析法,采用python語言實現(xiàn),對ABAQUS有限元分析軟件進行二次開發(fā),利用ABAQUS的二次開發(fā)接口及python語言,對ABAQUS支持瀝青公路研究方面功能進行強化的同時,固定其中的有效參數(shù),便于研究人員對瀝青路面的車轍進行研究和預(yù)測,更合理地設(shè)計瀝青路面。 本系統(tǒng)主要包括三大步驟: 步驟一、選擇影響瀝青路面車轍形成和發(fā)展的主要因素,并將瀝青路面車轍影響因素參數(shù)化,從而建立基于力學(xué)參數(shù)的瀝青路面車轍預(yù)估模型,最后將模型轉(zhuǎn)換為ABAQUS的內(nèi)核腳本。 步驟二、利用ABAQUS GUI Toolkit配合python語言從最基礎(chǔ)的平臺上開發(fā)自主性的GUI界面。 步驟三、結(jié)合步驟一中模型的內(nèi)核腳本和步驟二中自主開發(fā)的GUI界面自定制一套應(yīng)用程序,從而實現(xiàn)專門針對粘彈性瀝青路面永久變形的有限元分析預(yù)測。
作品專業(yè)信息
設(shè)計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標
- 設(shè)計目的 車轍是我國高等級公路瀝青路面的主要損壞類型之一,如何防治瀝青路面的車轍成為也是道路科技工作者一項重要研究課題。本作品的設(shè)計目的就是研究一套能幫助公路方面的研究、管理和一般技術(shù)人員,快速、方便且準確地,專門針對瀝青路面的車轍情況進行預(yù)估的系統(tǒng),根據(jù)瀝青路面車轍預(yù)測結(jié)果,輔助公路工程技術(shù)人員進行瀝青路面的優(yōu)化設(shè)計,同時指導(dǎo)瀝青路面養(yǎng)護管理,從而減少車轍的產(chǎn)生,延長公路的使用壽命。 創(chuàng)新點 (1)實現(xiàn)瀝青混合料的粘彈性參數(shù)用于瀝青路面永久變形預(yù)測; (2)建立基于ABAQUS有限元軟件分析的可視模塊化預(yù)測系統(tǒng),大大簡化一般有限元分析過程的復(fù)雜過程; (3)實現(xiàn)了對瀝青路面的變形過程進行預(yù)測,以便公路技術(shù)人員對現(xiàn)有路面設(shè)計方案進行有效的調(diào)整; (4)本系統(tǒng)為公路管理人員管理公路提供一個有效的途徑,公路管理人員可以利用本系統(tǒng)計算出在公路的損害最低的情況下公路的最大交通量和車輛時速等有效參數(shù),指導(dǎo)瀝青路面養(yǎng)護管理。
科學(xué)性、先進性
- 與現(xiàn)有技術(shù)相比,本系統(tǒng)在操作及應(yīng)用層面有如下特點: (1) 模擬性能強。本系統(tǒng)充分利用了ABAQUS提供的各種類型的材料模型庫和強大的有限元建模能力和數(shù)值分析能力,對于高度非線性問題,用戶通過準確的定義參數(shù)就能很好的控制數(shù)值計算結(jié)果。 (2) 計算精確。通過利用ABAQUS的求解器,可以精確地完成復(fù)雜的有限元分析計算。 (3) 操作簡單。通過我們開發(fā)的圖形用戶界面,用戶只需要簡單的鼠標和鍵盤操作,即可完成以前需要專業(yè)人員花費大量時間和精力才能完成的復(fù)雜工作,大大節(jié)省了工程技術(shù)人員寶貴的科研時間。 (4) 結(jié)果明晰。直接將瀝青路面結(jié)構(gòu)、路面結(jié)構(gòu)內(nèi)剪應(yīng)力分布、永久變形虛擬圖形和數(shù)據(jù)等內(nèi)容以圖形形式展現(xiàn),表現(xiàn)形式生動直觀,路面車轍變形預(yù)測結(jié)果一目了然。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 本作品于2011年4月獲長安大學(xué)第七屆“挑戰(zhàn)杯”大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽特等獎。 本作品于2011年4月14日,經(jīng)教育部科技查新工作站(G01)查新鑒定,在檢索到的文獻中未見與本項目查新點相同的文獻報道。
作品所處階段
- 中試階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 專利轉(zhuǎn)讓
作品可展示的形式
- 磁盤 現(xiàn)場演示
使用說明,技術(shù)特點和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預(yù)測
- 本系統(tǒng)基于有限元分析法,采用python語言實現(xiàn),對ABAQUS有限元分析軟件進行二次開發(fā),利用ABAQUS的腳本接口及python語言,對ABAQUS支持瀝青公路研究方面功能進行強化的同時,固定其中的有效參數(shù),便于研究人員對瀝青路面的車轍進行研究和預(yù)測。按照我國高速公路網(wǎng)建設(shè)規(guī)劃,今后若干年,我國還將修筑大量的高速公路,另外,早期修建的高速公路也面臨著大修與改擴建,所以提高瀝青路面的設(shè)計質(zhì)量和養(yǎng)護質(zhì)量意義重大,也是我國公路建設(shè)和管理部門孜孜以求的目標,所以本作品成果具有良好的推廣應(yīng)用前景,對防治路面病害、減少維修,提高投資效益具有重要意義。
同類課題研究水平概述
- 現(xiàn)有的路面結(jié)構(gòu)設(shè)計系統(tǒng),例如HPDS路面結(jié)構(gòu)設(shè)計系統(tǒng),盡管它擁有良好的用戶界面,功能齊全,并且數(shù)據(jù)輸入采用可視化、全屏幕的窗口輸入方式,操作簡單方便,但是該系統(tǒng)沒有強大的前后處理能力和強大的分析計算能力,考慮因素不全面,表現(xiàn)形式不夠直觀,通用性和實用性差。 ABAQUS有限元分析程序擁有強大的非線性處理能力和豐富的粘彈性材料單元庫,因此目前在瀝青路面車轍以及瀝青混合料永久變形模擬分析中應(yīng)用廣泛。美國普渡大學(xué)、加州大學(xué)伯克利分校等相關(guān)高校以及美國國家協(xié)作公路研究計劃(NCHRP)項目均采用ABAQUS有限元分析軟件模擬分析瀝青路面在車輛荷載作用下的車轍變形。近年來,我國同濟大學(xué)、東南大學(xué)以及長安大學(xué)等高??蒲袉挝徊捎肁BAQUS有限元軟件研究瀝青路面在加速加載試驗中的動態(tài)響應(yīng)、荷載形式、瀝青路面材料以及瀝青路面結(jié)構(gòu)與瀝青路面車轍的關(guān)系,并根據(jù)ABAQUS的模擬分析結(jié)果建立了瀝青路面車轍預(yù)估模型。 雖然ABAQUS有限元分析軟件模擬分析功能非常強大,結(jié)果明晰,計算精確,用途相當廣泛,但是ABAQUS有限元分析軟件使用過程太過于復(fù)雜,學(xué)習(xí)周期長,掌握難度大,在公路研究方面,涉及到路面結(jié)構(gòu)模型建立、材料模型選擇以及材料參數(shù)和交通參數(shù)輸入等復(fù)雜的問題,尤其是其繁瑣的操作方法,讓很多研究人員頭痛不已,浪費了很多寶貴的科研時間。 因此,ABAQUS有限元軟件在應(yīng)用中的不足是很顯而易見的,發(fā)揮其分析功能的優(yōu)勢,在其基礎(chǔ)上開發(fā)簡單直觀、易于操作的瀝青路面車轍預(yù)估系統(tǒng)尤為必要。