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基于COMSOL Multiphysics的路表瞬态动水压力数值仿真分析申爱琴;宋攀;郭寅川;李鹏【摘要】针对积水路面行车轮胎产生动水压力易导致水损害和车辆打滑的问题,探索车辆产生滑水风险的速度和路面材料受动水冲刷的损伤过程,以奥迪A4L和陕汽重卡德龙F3000两种型号的车为主要研究对象,运用AH-E型传感器在水泥混凝土路面上实测二者在不同行驶速度下的动水压力;基于COMSOL Multiphysics软件平台建立轮胎-水膜-道面相互作用的流固耦合数值模型,对动水压力的影响因素进行规律性分析,并计算滑水风险速度.结果表明:动水压力随水膜厚度、行车速度和车辆轴载的增加而增大;轮胎-水膜-道面相互作用区域划分为正动水压力区和负动水压力区,二者共同作用,对路面材料产生较强的动水冲刷;随着路表水膜厚度的增加,汽车发生滑水风险的速度不断减小,相同速度下小车比卡车更易发生滑水风险.【期刊名称】《华南理工大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2018(046)011【总页数】10页(P92-101)【关键词】道路工程;动水压力;流固耦合;有限元;AH-E型传感器【作者】申爱琴;宋攀;郭寅川;李鹏【作者单位】长安大学特殊地区公路工程教育部重点实验室,陕西西安710064;长安大学特殊地区公路工程教育部重点实验室,陕西西安710064;长安大学特殊地区公路工程教育部重点实验室,陕西西安710064;路易斯安那州立大学路易斯安那州交通研究中心,美国路易斯安那州巴吞鲁日 70803;长安大学特殊地区公路工程教育部重点实验室,陕西西安710064【正文语种】中文【中图分类】U41路表动水压力的存在已经成为学者的共识,路表瞬态动水对路面混凝土的损伤伴随着车辆荷载作用而产生,两种效应共同作用必将造成路面混凝土耐久性严重劣化,从而严重影响沥青路面裂缝扩展和渗透性,直接诱发路面的水损害[1- 2].同时,路表动水压力对行车安全的影响也不容忽视,其会导致轮胎产生动力滑水,出现“水漂”现象,诱发交通安全事故[3- 4].为此,国内外学者对路表动水压力流固耦合问题进行了大量研究.董强柱等[5]运用计算流体动力学(CFD)技术中的Fluent软件建立了基于流体体积函数(VOF)的两相流计算模型,对不同轮胎花纹深度、水膜厚度和行车速度下的动水压力进行了分析;Zhang等[6]采用有限元(FE)模拟软件建立了轮胎-路面-流体3D有限元模型，来计算不同水膜厚度和运行速度下的动水压力,并定量分析了其对车辆在水面上的横向旋转角度和稳定性的影响;董斌等[7]以汽车回力195/60R14型轮胎作为研究对象,建立了轮胎的三维有限元模型来计算其加载变形量,并结合Fluent软件模拟轮胎在不同速度下所受到的动水压力;王国林等[8]针对汽车轮胎滑水现象,采用VOF模型进行了数值模拟计算;蔡靖等[9]采用Fluent软件建立了轮胎-水膜-道面三者的三维模型来计算、分析飞机轮胎的滑水风险;李少波等[10]借助电磁式流体压力传感器测量路表动水压力,得到了动水压力与行车速度的回归关系式;陈昊[11]运用光纤光栅压力传感器和LS-DYNA软件建立动水压力分析模型，对不同速度下路表动水压力的实测值和计算值进行了分析.此外,Lei等[12]运用光纤Bragg光栅(FBG)传感器测量路表动水压力,揭示了不同速度下最大正、负压力的变化规律;Kumar等[13]利用Abaqus软件对轮胎滑水现象进行了分析;Cho等[14]指出，临界滑水速度与行驶路面的积水厚度、轮胎和路面间的摩擦系数以及轮胎花纹形式有关;Wang等[15]通过建立二维和三维轮胎模型,利用有限元方法对汽车轮胎滑水速度及其影响因素进行了分析;Horne等[16]采用试验手段首次提出了滑水速度试验数据模型及NASA滑水公式;Fwa等[17- 18]运用ANINA 软件建立了道面-水膜-轮胎相互作用的三维有限元模型,并将仿真分析结果与Horne等[16]的试验数据进行了对比.现有研究中,有限元模型对轮胎与水膜相互接触之间的耦合作用鲜有涉及,这与实际情况不符;对轮胎-水膜-道面相互作用区域动水压力的分布规律,以及动水压力对路面的挤压与抽吸形成的循环动水冲刷加载作用过程,目前也鲜有提及.现场试验受限于路面瞬态动水压力的多重影响因素,比如水膜厚度、车辆轴载、行车速度、轮胎花纹等,且使用的几种传感器往往存在尺寸偏大、采集频率较低、不耐高温、不防水等缺点,试验过程中还存在对路面结构扰动较大、传感器易损坏、传感器与路面贴合差等问题.有鉴于此,文中综合考虑路表动水压力各影响因素,对已有现场试验方法进行优化设计,优选AH-E型传感器并为其开发设计了配套模具,以此来弥补现有试验的不足,并运用COMSOL Multiphysics软件进行有限元数值仿真,通过把实测值与模拟值相结合进行互相验证的方式来研究路表瞬态动水压力,继续完善路表瞬态动水压力理论,得到了不同条件下路表瞬态动水压力的发展趋势和分布规律,以期为路面车辆滑水风险分析和路表动水对道路混凝土损伤方面的研究提供参考.1 路表动水压力现场测试路表动水压力的大小受多重因素影响,因此,文中结合数值仿真结果和现有研究成果优选了传感器,并针对试验场道路条件对路表动水压力测试方法进行了新的探究,设计了一种科学、合理的现场测试方法,以此获得更加精确的动水压力数据,并为动水压力多点测量积累经验.1.1 路表动水压力传感器的设计针对现有路表动水压力测量所用传感器的固有缺陷,结合现场试验,笔者所在课题组自主设计了更适应现场测试条件的路表动水压力传感器,包括高频动态压力变送器及其配套模具,其示意图如图1所示,主要物理参数见表1.高频动态压力变送器通过螺纹与上部构件固定,随上部构件一起内嵌入圆筒中,电缆从槽口引出.传感器购自南京爱尔传感科技公司.该传感器配套选用USB3200数据采集卡及数据采集软件USB3200H(北京阿尔泰科技公司生产)进行现场数据采集,采集频率为20 kHz,满足试验采集频率要求.图1 传感器及其细部Fig.1 The designed sensor and its details表1 传感器性能参数Table 1 Performance parameters of the sensor传感器型号量程采样频率范围精度信号输出端电压螺纹接口尺寸AE-H0～1MPa0-20kHz±0.5%满量程三线制,0-5V直流电24VM20×1.5mm1)1)表示螺纹直径为20 mm，螺距为1.5 mm.1.2 现场试验现场试验场地的汽车跑道为双向单车道水泥混凝土路面，路面平整度好，路表刻有横向矩形槽，槽深为2～3 mm，槽宽为3 mm，槽间距为20 mm.路表构造磨损程度大，水泥净浆几乎被磨光，露出下层水泥砂浆层，表面粗糙度良好.通过在行驶的路段上埋设动水压力传感器,并在其上覆一定厚度的水膜,改变车辆类型和行驶速度进行反复加载试验,以获得不同条件下的瞬态路表动水压力.传感器埋设的具体步骤如下:在测试路段上将组装好的传感器放置在预先开孔的水泥混凝土路面的测孔中,利用钢片和细沙对传感器进行调平,使上部构件表面与路面水平,传感器与测孔中间的空隙用细砂和砾石填充,以此保证传感器在试验过程中处于稳定不倾斜状态. 试验前用细沙和黄油在传感器周围形成围堰,通过螺纹调整高频动态压力变送器离路面板平面的距离,在传感器上部洒水以形成符合厚度要求的水膜层,确保车辆每次驶过测孔时传感器周围路面一直处于饱水状态,且每次试验过程控制在5 min以内,以防止水分损失.现场试验中水膜厚度确定为8 mm,该值具有广泛的代表性[19- 20].传感器安置完毕之后,将引线顺着预留的槽口引出,与蓄电池、采集卡、电脑依次连接.试验中选用两种具有代表性的车型作为加载工具,分别为小型轿车和自卸式运输车.其中小型轿车(小车)的型号为奥迪A4L,整车整备质量为2.0 t,轮胎规格为225/55 R16 Y,胎压为0.25 MPa;自卸式运输车(卡车)的型号为陕汽重卡德龙F3000,整车整备质量为12.1 t,轮胎规格为12R22.5,胎压为0.7 MPa;两种车型轮胎的平均花纹深度均为5 mm.路表动水压力测试示意如图2所示.一切就绪后,驾驶员驾驶汽车以不同速度通过探测点,其中小型轿车测试动水压力的车速区间为20～120 km/h,间隔梯度为20 km/h,自卸式运输车测试动水压力的车速区间为20～80 km/h,间隔梯度为10 km/h.试验过程中,同一条件下进行多次重复试验以满足误差要求,并取其中的最大值,保证试验数据准确可靠.图2 路表动水压力测试示意图Fig.2 Schematic diagram for the measurement of dynamic water pressure on road surface2 仿真模型的建立2.1 汽车轮胎-水膜-道面的相互作用过程汽车轮胎-水膜-道面相互作用时,轮胎、水膜与道面的接触作用长度可分为图3所示Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ共4个区域.图3 轮胎水膜相互作用示意图Fig.3 Schematic diagram of the interaction of tire with water film区域Ⅰ为轮胎-水膜-道面相互作用区域中的完全上浮区,此区域的特点是轮胎与道面不接触,两者之间的相互作用以水为介质进行传递,轮胎在水膜上处于漂浮状态;区域Ⅱ为动水压力激发区,此区域的特点是轮胎与道面部分接触,是轮胎-水膜-道面相互作用的核心区域,此区域动水压力最大[21];区域Ⅲ为接触作用区,此区域的特点是轮胎与道面完全接触,仅剩部分轮隙还存在水流;区域Ⅳ为真空倒吸区,此区域的特点是轮胎与道面脱离不接触,在轮下形成真空负压.2.2 轮胎压缩变形量及三维模型2.2.1 轮胎压缩变形量由于轮胎是多种材料组成的复合体,在较小应力作用下具有高度的变形能力,匈牙利学者Komandi[22]提出了轮胎变形δ(cm)的经验公式：(1)式中:δ为轮胎的压缩变形量;c1为与轮胎设计有关的参数,对于斜交轮胎c1=1.15,而对于子午线轮胎c1=1.5;W为轮胎上的荷载;D为轮胎外径;Sa为轮胎宽度;P为轮胎内压;Ka=15×10-3×Sa+0.42.根据式(1),文中仿真试验涉及的两种轮胎的变形量为小车：0.757 5≈0.68(cm);卡车：0.877 2≈2.74(cm).2.2.2 三维实体模型将坐标原点设在轮胎接地中心,取实际轮胎尺寸建立轮胎实体模型,并对轮胎花纹进行合理简化.道面为刚性平面,轮胎胎面单元固定于道面上,道面上方为一层厚8 mm的水膜.具体模型如图4所示.图4 小车与卡车的轮胎-水膜-道面相互作用三维模型Fig.4 3D models of tire-water film-pavement surface interaction for both the sedan and the truck2.3 基于COMSOL Multiphysics软件的三维有限元分析模型所建模型为车辆驶过积水路面时轮胎与自由水相互作用下的路面瞬态动水压力分析模型,其实质是流固耦合(FSI)模型.考虑到模型的复杂性和分析计算的合理简化,在处理轮胎与水膜接触的问题时,将轮胎模型作为参照物,水膜与轮胎相互接触使水膜由自由的静态水转变为与车辆具有相同速度的路表动水,并相对于轮胎和道面运动,其运动速度为轮胎转动的线速度,汽车匀速行驶时为行车速度.考虑到轮胎在接地后承受车辆自身荷载发生竖向变形,接地面积近似为矩形,为模拟轮胎接地状态,忽略轮胎胎面在动水压力作用下发生的变形,将图4所示轮胎、水膜和道面模型进行布尔运算,取液面以下为研究对象,得到图5所示的计算流体域有限元分析模型.模型中水膜为不可压缩流动,水流物理状态模拟采用湍流模型,具体是基于RANS的k-ε双方程模型[23- 24].计算流体域的流场边界由流场入口、流场出口、壁函数边界以及流固耦合边界组成,具体是把水膜和轮胎的接触区域定义为流固耦合边界,轮胎前方的水膜壁定义为速度入口边界,轮胎后方的水膜壁和水膜顶部界面出口定义为标准大气压的压力出口,保持二者和大气相通,路面转化为固定壁边界条件,壁函数运用沙砾粗糙度模型，平行于轮胎侧壁的水膜壁定义为移动壁,即无摩擦的壁,使其不影响水膜的流动.初始时刻整个流场域内充满空气.水的体积分数为0.图5 小车与卡车轮胎的流体域模型Fig.5 Fluid filed models of tire respectively for the sedan and the truck建模所用参数分为3类,其中密度等常用物理参数可通过试验测算获得,流固耦合场相关参数、力学性能参数则是通过参考已有成果、规范及模型算例进行修正或直接应用,具体见表2.表2 模型物理参数Table 2 Physical parameters of the model参数取值密度/(kg·m-3)C40混凝土:2486;水:1000湍流动能/(m2·s-2)0.005动力黏度/(Pa·s)1.002×10-3湍流耗散率/(m2·s-3)0.005弹性模量/MPaC40:32500等效砂样粗糙高度/mm0.6泊松比0.25本构模型的建立和求解过程中所运用到的方程为[25- 27]欧拉描述——流体流动方程：)ufluid=·[-pI+μ(ufluid+(ufluid)T)]+F,ρ·ufluid=0.式中,ρ为流体密度,t为时间,ufluid为流体速度矢量, μ为流体动力黏度,T为温度,F 为外力,p为压力,I为单位矩阵.拉格朗日描述——结构力学方程：·σ=Fv.式中,v为速度向量,σ为应力.综合上述控制方程,考虑各物理参数间的相互作用关系,文中运用COMSOL Multiphysics软件的网格自适应法(ALE，也称任意拉格朗日-欧拉方法)与偏微分方程的弱解形式解法,结合分离式求解器,在理论上给出最真实的结果.通过现场试验与模型的相互对比,验证模型的合理性.在此基础上,对不同条件下的路面瞬态动水压力状况进行分析,探索不同条件下路面瞬态压力的大小及分布变化.3 结果及讨论3.1 仿真结果分析为保证模拟精度,模拟结果应为一个合适的准稳态解.运用前述模型计算了相同水膜厚度下(取为8 mm)小车和卡车两种车型在不同行驶速度下的路面瞬态动水压力,其中两种车型的轮胎花纹不同.小车与卡车在部分行驶速度下的轮胎周围相分布和压力分布的数值仿真结果分别如图6和7所示,图中采用色彩面划分不同的动态水域速度,用管线划分不同的动水压力.图6 小车的数值仿真结果(尺寸单位：mm)Fig.6 Numerical simulation results of thesedan(Size unit:mm)图7 卡车的数值仿真结果(尺寸单位：mm)Fig.7 Numerical simulation results of the truck(Size unit:mm)由图6和7的数值仿真结果可知,水流在轮胎前沿区域产生了正激波,此区域内的水流速度损失较大,形成的动水压力也较大.动水压力的形成区域取决于车轮轮胎与水膜的接触区域,接触区域越大动水压力作用区域越大.在水膜与轮胎的接触过程中,水流先于轮胎最前沿处分离,进而经轮胎花纹缝隙渠化和轮胎侧壁逐渐被释放,压力逐渐减小.取轮胎行进方向为正方向,正压力仅仅在整个接触作用区域的前约2/3的部分产生,约在此区域前1/3处达到最大值,负压力则约在此区域后1/3的部分形成,而轮胎侧壁区域的动水压力较小,远小于轮胎前沿区域的动水压力.卡车轮胎花纹为向上的波浪花纹会使流体域内的水流方向产生一定偏向.3.2 仿真与试验合理性分析将实测的相同水膜厚度下(取为8 mm)小车行驶速度分别为60和120 km/h时路面测点处的瞬态动水压力与仿真所得的小车计算模型中对应点的动水压力变化走势绘成图8所示曲线,可以看出,仿真所得数据的变化趋势和范围与试验结果大体一致,模拟曲线较实测曲线更平顺,这与测量精准度和轮胎花纹被简化有关.对比两种速度下的实测与模拟结果可知,瞬态动水压力的变化趋势大体相同,压力曲线变化区间基本一致.小车的实测与模拟所得最大值的最大变化幅度分别为11%和4%.可见,模拟计算数据和实测值相差较小,验证了小车计算模型的合理性和可靠性.图8 小车试验测点处动水压力的实测与模拟结果Fig.8 Measured and simulated dynamic water pressure at test point of the sedan将实测的相同水膜厚度下(取为8 mm)卡车行驶速度分别为60和80 km/h时的路面瞬态动水压力与模型仿真结果绘成图9所示曲线,可以看出,仿真所得数据的变化趋势、范围与实测结果相近,模拟曲线较实测曲线更平顺,这与测量精准度有关.对比两种速度下的实测与模拟结果可知,瞬态动水压力的变化趋势大体相同,压力曲线变化区间基本一致.卡车的实测与模拟所得最大值的最大变化幅度分别为13%和6%.卡车计算模型计算值与试验所得结果之间未见较大偏差,故卡车计算模型同样合理可靠.图9 卡车试验测点处动水压力的实测与模拟结果Fig.9 Measured and simulated dynamic water pressure at test point of the truck结合图8和9中小车与卡车的动水压力的实测值与计算值变化曲线进一步分析可知,瞬态动水压力及其曲线的变化速率非恒定.在整个接触过程中,瞬态动水压力经历了类似于正弦波曲线的发展变化过程,即从零增大到正压力峰值后逐渐减小到负压力峰值,最后又到零.其中正压力的最大值出现在整个过程的前1/3的时间内,而负压力的最大值出现在整个过程的后1/3的时间内,而且动水压力在开始时刻产生突增,之后其变化速率相对平缓.正压力约出现在整个过程的前2/3的时间内,负压力约出现在整个过程的后1/3的时间内,两者的最大值的绝对值之比约为3∶1.在水膜厚度不变的条件下,两种车型下的瞬态动水正、负压力的分布和变化规律相近,且满足误差检验.运用上述数值仿真模型进一步计算了水膜厚度为8 mm时两种车型在多种行驶速度下的动水压力,其峰值变化曲线如图10所示.两种车型的实测和模拟值最大相差分别为21%、34%.可见在水膜厚度不变的条件下,实测和模拟数据相差较小,这进一步验证了所建数值仿真模型的合理性以及试验的科学性、可行性.该模型可运用于路面瞬态动水压力的相关研究,以此获得不同条件下的路面瞬态动水压力的最准确解.图10 不同速度下小车与卡车的动水压力峰值变化曲线Fig.10 Variation curves of dynamic water peak pressure of the sedan and the truck at different speeds通过计算可得知,当路面水膜厚度恒定、汽车行驶过积水路面时,车轮-水膜-路面三者之间相互作用形成的瞬态动水压力随行驶速度的增加而增大.3.3 不同条件下的瞬态动水压力对比运用上文验证过的数值仿真模型计算相同水膜厚度(取为8 mm)、不同行驶速度下两种车型的路面瞬态动水压力,其正、负峰值汇总如图11所示.不同水膜厚度、相同行驶速度下两种车型的路面瞬态动水正压力峰值计算结果如图12所示.对比不同条件下的动水压力可知,在相同行驶速度下,卡车产生的最大瞬态动水正、负压力约是小车的1.3倍左右.路面最大瞬态动水正、负压力均与行驶速度、水膜厚度和车辆轴载成正相关关系.图11 相同水膜厚度下动水压力峰值与车速的关系Fig.11 Relationship between dynamic waterpeak pressure and vehicle speed under the same water film thickness图12 相同车速下动水压力峰值与水膜厚度的关系Fig.12 Relationship between dynamic waterpeak pressure and water film thickness under the same vehicle speed由前文可知，在整个轮胎-水膜-道面相互作用区域内会同时存在正压力区和负压力区,且产生的动水压力较大，若路面为多孔材料,动水则会先被压入路面材料孔隙中再被抽吸出来,一压一吸,在路面材料内部形成动水环流,产生较强的动水冲刷循环作用.动水冲刷循环作用不仅会加剧胶凝材料与集料之间的剥蚀,同时会对混凝土内部微裂隙产生一个扩展的作用,严重影响混凝土的耐久性,在水泥混凝土路面耐久性设计中,应对路表动水压力进行充分考虑.4 轮胎滑水分析综合分析现场实测和数值仿真所得动水压力曲线可知,路面瞬态动水压力的正压力出现在轮胎-水膜-道面三者接触区域前沿水流不能溢出的区域,动水压力对轮胎形成提升作用,当提升力较大时,则会产生滑水风险.有研究[13]指出:当动水压力等于轮胎内部压力或者水膜对轮胎的升力等于轮胎载重荷载时,就会发生滑水现象.运用上述数值仿真模型计算小车与卡车在不同水膜厚度下的滑水风险速度,结果如图13所示.通过计算可知,相同水膜厚度下,小车发生滑水风险的速度比卡车要低得多.在一定水膜厚度范围内,随着路面水膜厚度的增加,能够使汽车发生滑水风险的速度不断减小.当小车行驶速度为130 km/h时,路面水膜厚度为3 mm就发生滑水风险,而卡车行驶速度低于100 km/h时,路面水膜厚度超过15 mm才会发生滑水风险.图13 不同水膜厚度下的滑水风险速度Fig.13 Velocity of water skiing under different water film thickness5 结论(1)基于COMSOL Multiphysics软件平台建立的动水压力流固耦合分析模型可用于动水压力的分析和研究;AH-E传感器及其配套设备可以用于精确测量路面瞬态动水压力,试验结果合理可靠.(2)动水压力-时间曲线类似于正弦波曲线,即会经历从零增大到正压力峰值后逐渐减小到负压力峰值最后到零的变化过程,且轮胎-水膜-道面三者接触区域内前约2/3的部分为正压力区,后约1/3的部分为负压力区,正、负压力之比约为3∶1.(3)路面瞬态动水正、负压力的大小均随水膜厚度、行车速度和车辆轴载的增加而变大,而压力分布规律与水膜厚度、行驶速度无关,与轮胎花纹关系密切.(4)汽车产生滑水风险的速度与路面水膜厚度呈负相关.当小车行驶速度为130km/h时,路面水膜厚度为3 mm就会发生滑水风险,而卡车行驶速度低于100km/h时,路面水膜厚度超过15 mm才会发生滑水风险.参考文献：【相关文献】[1] 钱振东,张勐,许静.动水压力对钢桥面环氧沥青铺装裂缝扩展影响 [J].郑州大学学报(工学版),2016,37(6):48- 52.QIAN Zhendong,ZHANG Meng,XU Jing.The influence of hydrodynamic pressure on the propagation of steel bridge deck epoxy asphalt concrete pavement crack [J].Journal of Zhengzhou University(Engineering Science Edition),2016,37(6):48- 52.[2] 姜旺恒.沥青路面水损坏机理及动水压力试验应用研究 [D].广州:华南理工大学,2008.[3] 季天剑,高玉峰,陈荣生.轿车轮胎动力滑水分析 [J].交通运输工程学报,2010,10(5):57- 60.JI Tian-jian,GAO Yu-feng,CHEN Rong-sheng.Dynamic hydroplaning analysis of car tire [J].Journal of Traffic and Transportation Engineering,2010,10(5):57- 60.[4] 季天剑,黄晓明,刘清泉.部分滑水对路面附着系数的影响 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车辆与道路／桥梁耦合随机动力分析及优化车辆与道路/桥梁耦合系统随机动力清晰化验证与灵活优化工作结果，将直接决定日后我国交通事业长期可持续发展进程，不过目前我国在此类结构单元下的改造优势却不太乐观。
单纯拿车辆振动与路面不平整程度关联验证评估工作来讲，内部技术人员通常会将核心注意力自然地投射到时间历程之上，获取的概率、随机动力结果必然不够精准，最终严重制约车辆行驶安全质量。
面对此类状况，笔者决定联合车辆与道路/桥梁耦合系统内部动力规则加以科学验证解析，同时联合以往弊端调查结果进行关键性优化方案制定，希望在一类以随机振动灵敏程度为核心的动力优化方式辅助范畴下，能够为后续相关施工活动提供更加坚实的安全技术保障。
标签：车辆；道路/桥梁；耦合；随机动力；优化解析0 引言随着中国特色社会主义事业体系架构不断完善，有关交通领域内的车辆道路/桥梁耦合随机动力分析成果开始不断革新。
但是毕竟我国计算机信息处理技术发展起步较晚，施工管理主体在处理多元化数据信息期间力有不逮。
结合以往我国特定区域车辆和道路/桥梁耦合动力评估和优化工作流程加以客观论证，因为当中穿插目标、约束等多种函数，致使后期灵敏度分析流程遭受百般限制，即便是目前较为流行的最小二乘法、摄动法，面对此类困境基本束手无策。
因此，联合上述一切状况，进行车辆和道路/桥梁耦合系统随机动力优化分析关键性问题整理说明，绝对是迎合交通事业安定和谐发展诉求的最佳途径。
1 探究车辆和道路/桥梁耦合运动规则的必要条件整理结合以往实践调查经验整理解析，在特定区域车辆与道路/桥梁耦合体系架构之下，车辆行驶动作便可被视为一类较为复杂的多自由角度振动单元，为了尽量维持内部随机动力优化解析流程的简易程度，技术人员有必要提前作出以下规范准备。
首先，将处于行驶过程中的车辆车身视为常规钢体结构，至于前桥、后桥等自然过渡转化成为集中质量。
其次，认定此类车辆左向、右向轮胎在同一时间内所承受的路面不平整激励功率不存在任何偏差迹象，特殊状况下会在受激励时间方面出现些许偏差迹象。
autosar中busoff代码机制1. 引言1.1 概述在现代汽车电子系统中，CAN（Controller Area Network）总线被广泛应用于各种功能模块之间的通信。
然而，由于环境干扰、硬件故障或软件错误等原因，CAN节点可能会进入无效状态，并引发Busoff事件。
Busoff事件指的是当一个节点发送连续出错的CAN帧达到一定次数后，该节点将被认为是无效的，并被自动断开与总线网络的连接。
1.2 文章结构本文将重点介绍Autosar中关于Busoff代码机制的实现方式以及其主要优势和应用场景。
首先，我们将概述Busoff事件的基本概念和处理机制。
接下来，我们将详细讨论Autosar中实现Busoff代码机制的方法和技术。
然后，我们将探讨这一机制所带来的主要优势，并展示几个典型的应用场景示例。
最后，我们将给出示例代码并对其算法进行解析。
1.3 目的本文旨在提供有关Autosar中Busoff代码机制的全面理解和详细解释。
读者可以通过阅读本文了解如何应对CAN节点进入无效状态时可能遇到的问题，并学习如何利用Autosar提供的Busoff代码机制来解决这些问题。
此外，本文还将展望该机制未来的改进方向和可能存在的挑战，以促进相关领域的进一步研究和发展。
2. Autosar中的Busoff代码机制2.1 Busoff事件概述在汽车电子系统中，Controller Area Network (CAN) 是一种常用的通信协议。
当CAN总线上发生错误导致通信中断时，称为Busoff事件。
Busoff事件可能是由于硬件故障、网络拥塞或其他不可预见的原因引起的。
2.2 Busoff处理机制Autosar（Automotive Open System Architecture）提供了一种灵活且强大的处理Busoff事件的机制。
该机制可确保当CAN总线出现问题时，系统能够快速识别并采取相应的措施。
首先，在发生Busoff事件时，Autosar通过监视CAN控制器接收和发送消息计数器来检测错误状态。
随着物流产业的发展，对社会交通基础性作用的要求日渐提升。
交通优势度作为衡量区域交通基础设施对外联络性的集成性指标，在物流产业效率的度量中发挥着巨大优势。
物流产业是一个集仓储、运输、信息等多产业的复合型服务体系，需要不同区域内交通基础设施的有效构建对其做以支撑，进而依据二者间的耦合关系，在完善物流产业发展的同时，因地制宜的推动既定区域经济的长效稳定发展。
一、物流产业效率（一）测度模型依据物流产业效率中的投入产出指标，应用数据包络分析技术，构建一个相对效率的线性规划模型，其中投入指标包括物流固定资产投资、载货车辆拥有数、物流园区数量、物流业从业人员数量等；产出指标包含人均国内生产总值、物流业增加值、货物周转量、旅客周转量、快递业务量等。
依据以上指标进行综合运算，可以更为精准的构建一个物流产业效率模型。
在实际测算的过程中，为保证物流服务产能的最大化，在物流产业规模收益可变的情况下，构建测度模型以进行物流产业效率的评价。
（二）分析（1）综合效率。
通过测算，我国物流产业的综合效率处于较高的水平，其均值为0.845，为最优水平的84.5%。
其中北京、大连、上海、杭州、宁波、长沙、海口、贵阳、拉萨、西宁、银川等11个城市的物流产业综合效率超过53%，其余有23个城市的物流产业综合效率为63.9%；11个城市在60%到80%之间，占总数的30.6%；2个城市低于数据包络分析有效性60%，占总数的5.6%。
中部地区的综合效率均值为0.875，西部地区的综合效率均值为0.792。
因此，物流产业综合效率在不同区域间存在着较大差异[1]。
（2）规模效率。
物流产业规模效率好的城市数相较于纯技术效率最优的城市数明显减少，持平于综合效率最优的城市数，物流产业规模效率平均为0.941。
按照模型属性可以看出，数据包络分析有效的主要城市，其规模效率同样适用。
在规模无效的25个城市中，哈尔滨、南昌、济南、兰州4个城市处于规模收益递增阶段，表明增加要素投入可以带动物流产业综合效率的提高；石家庄处于规模收益不变阶段；其余城市处于规模收益递减阶段，表明增加要素投入并不能提高其综合效率。
文章编号：1000-4750(2021)02-0187-11基于元胞自动机微观模拟的随机车流与桥梁耦合振动数值研究周军勇，苏建旭，齐 飒(广州大学土木工程学院，广东，广州 510006)摘 要：将经典车桥耦合振动理论与最新提出的多轴单元胞自动机(MSCA)微观车流荷载模拟方法进行融合，形成了一种精细化的随机车流与桥梁耦合振动数值分析方法。
介绍了该研究所采用的车桥耦合振动理论及模型；提出了MSCA 实现车桥动力分析的思路和方法，并进行了程序开发；通过具有实测时程动态挠度的工程算例，验证MSCA 实现车桥耦合动力分析的准确性；将MSCA 用于随机车流激励下某斜拉桥的动力效应分析中，论证基于MSCA 的随机车流与桥梁耦合振动分析程序的可靠性。
研究结果表明：工程算例很好地证明了该文所提方法和模型在进行车桥耦合分析的准确性，最大误差仅为11.6%；斜拉桥在随机车流作用下的静力与动力时程挠度分析显示，两者具有很好的一致性，随着路面粗糙度等级提升两者差异更加显著，说明了该模型和方法在开展随机车流与桥梁耦合振动分析的可靠性。
该研究进一步拓展了MSCA 在随机车流激励下分析桥梁各类动态响应的能力，为该方法程序在实桥监测与评估的应用提供了基础。
关键词：桥梁工程；车桥耦合；随机车流模拟；多轴单元胞自动机；数值分析中图分类号：U441+.2 文献标志码：A doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.04.0239NUMERICAL INVESTIGATION ON RANDOM TRAFFIC-BRIDGE COUPLED VIBRATION USING CELLULAR AUTOMATON-BASED MICROSCOPIC SIMULATIONZHOU Jun-yong , SU Jian-xu , QI Sa(College of Civil Engineering, Guangzhou University, Guangdong, Guangzhou 510006, China)Abstract: A numerical delicacy method for random traffic-bridge coupled vibration analysis is proposed.Incorporating the classical vehicle-bridge interaction theory, it is a newly established multi-axle single-cell cellular automaton (MSCA)-based microscopic traffic load simulation approach. The utilized equations and models in the classical vehicle-bridge interaction theory are introduced. The concepts and routes of the realization of MSCA for vehicle-bridge coupled dynamic analysis are proposed, and the relevant code program is developed.An engineering example with measured time-history dynamic deflections is utilized to verify the accuracy of the vehicle-bridge interaction analysis by MSCA. MSCA is used to analyze the dynamic load effects of a cable-stayed bridge under the excitation of random traffic loads, to demonstrate the reliability of the proposed approach. The results indicate that MSCA has good accuracy in vehicle-bridge coupling analysis. The maximum error in the engineering example is 11.6%. The static and dynamic time-history deflections of the cable-stayed bridge under random traffic loads show that they have good consistency, and the difference between them becomes more significant along with the increase in the pavement roughness grade. These prove the reliability of the proposed model and method in the random traffic-bridge coupled vibration analysis. This study forwards MSCA's ability to收稿日期：2020-04-19；修改日期：2020-07-29基金项目：国家自然科学基金项目(51808148)；广东省自然科学基金项目(2019A1515010701)；广州市科技计划项目(201904010188)通讯作者：周军勇(1990−)，男，江西人，讲师，博士，主要从事桥梁工程研究(E-mail: ***************.cn ).作者简介：苏建旭(1994−)，男，广东人，硕士生，主要从事桥梁工程研究(E-mail: ****************);齐 飒 (1994−)，女，河南人，硕士生，主要从事桥梁工程研究(E-mail: ***************).第 38 卷第 2 期Vol.38 No.2工 程 力 学2021年2 月Feb.2021ENGINEERING MECHANICS187analyze various types of dynamic load effects of bridges under the excitation of random traffic flow, which provides more applications of MSCA in monitoring and evaluation of real bridges.Key words: bridge engineering; vehicle-bridge interaction; random traffic simulation; multi-axle single-cell cellular automaton; numerical investigation车桥耦合振动特性是桥梁在移动车辆荷载作用下结构响应行为的重要表征，不仅可以揭示桥梁结构参数、力学行为和损伤特性[1]，还能反演移动车辆荷载特性[2]，是桥梁工程领域一直以来的研究热点[3 − 4]。
GB/T 21437.2—2008/ISO 7637-2：2004GB/T 21437.2—2008/ISO 7637-2：2004(2008-02-15发布2008-09-01实施)道路车辆由传导和耦合引起的电骚扰前言GB/T 21437《道路车辆由传导和耦合引起的电骚扰》包括三个部分：——第1部分：定义和一般描述；——第2部分：沿电源线的电瞬态传导；——第3部分：除电源线外的导线通过容性和感性耦合的电瞬态发射。
本部分为GB/T 21437的第2部分，等同采用ISO 7637—2：2004《道路车辆由传导和耦合引起的电骚扰第2部分：沿电源线的电瞬态传导》制定。
编辑性修改为：在表1中对UA、UB加注。
本部分附录A、附录C、附录D为规范性附录，附录B、附录E、附录F为资料性附录。
本部分由国家发展与改革委员会提出。
本部分由全国汽车标准化技术委员会归口。
本部分起草单位：中国汽车技术研究中心。
本部分参加起草单位：上海大众汽车有限公司、信息产业部电信传输研究所、长沙汽车电器研究所。
本部分主要起草人：徐立、刘欣、刘新亮、邹东屹、胡梦蛟、林艳萍。
道路车辆由传导和耦合引起的电骚扰第2部分：沿电源线的电瞬态传导Road vehicles—Electrical disturbances from conduction and coupling—Part 2:Electrical transient conduction along supply lines only(ISO 7637—2：2004，IDT)--------------------------------------------------------------------------------1范围本部分规定了安装在乘用车及12V电气系统的轻型商用车或24V电气系统的商用车上设备的传导电瞬态电磁兼容性测试的台架试验，包括瞬态注入和测量。
本部分还规定了瞬态抗扰性失效模式严重程度分类。
章采用随机振动的虚拟激励法，将轨道不平顺激励转化为虚拟激励，并利用MATLAB软件自编程序，采用数值方法分离迭代求解系统的虚拟响应，进而求得列车与桥梁子系统随机响应的时变功率谱和标准差，据此分析了系统的随机振动特性。
关键词：非平稳随机振动 车桥耦合系统 虚拟激励法1.列车—桥梁耦合系统动力学方程1.1桥梁子系统运动方程采用平面梁单元法对桥梁结构进行离散，桥梁子系统运动方程见式（1）。
（1）式（1）中：平面梁单元节点有3个自由度，，-梁单元节点的轴向位移；-竖向位移；-面内转角；-质量矩阵；-阻尼矩阵；-刚度矩阵；-外力矩阵。
1.2车辆子系统运动方程车辆—桥梁垂向耦合振动系统模型如图1所示。
图1中：k 1、c 1分别为转向架与轮对之间一系悬挂的弹簧刚度和阻尼系数；k 2、c 2分别为车体与转向架之间二系悬挂的弹簧刚度和阻尼系数。
l t 与l c 分别为车辆轴距之半、车辆定距之半。
车辆具有10个自由度，分别为：z t 1、βt 1-前转向架沉浮运动和点头运动；z t 2、βt 2-后转向架的沉浮运动和点头运动；z c 、βc -车体的沉浮运动和点头运动；z w 1~z w 4-4个轮对的沉浮运动。
车辆子系统的运动方程见式（2）。
（2）式（2）中：假定轮对与轨道密贴接触，则车辆有6个独立的自由度，T，-质量矩阵、-阻尼矩阵、-刚度矩阵、-外力矩阵。
1.3车辆-桥梁耦合系统动力学方程假定轮对与轨道密贴接触，由车辆子系统与桥梁子系统的位移协调关系，得到系统的动力学方程如式（3）所示。
（3）其中：式（3）中：、、——桥梁子系统的质量、阻尼和刚度矩阵，均包含列车车轮作用；、-桥梁子系统和车辆子系统相互作用的刚度、阻尼子矩阵；其余参数的含义同前。
与分别为耦合系统所受到的轨道不平顺随机激励和重力作用下的确定性激励，分别表示如式（4）。
（4）式（4）中：-车体质量；-转向架质量；-轮对质量；-将轨道不平顺转化为系统等效节点荷载的矩阵；-将轨道不平顺一阶导数转化为系统等效节点荷载的矩阵；-将轨道不平顺二阶导数转化为系统等效节点荷载的矩阵；-考虑车轮间距引起的轮轨接触点处轨道不平顺随机激励时图1 车辆—桥梁垂向耦合系统模型4/ 珠江水运·2018·05滞性的矩阵；-第i个车轮所受的作用力向桥梁子系统有限元模型平面梁单元节点分解时所用的分解向量。
车-桥耦合振动对大纵坡桥梁的影响分析叶鹏飞打毛国辉打俞博2(1.江西省天驰高速科技发展有限公司，江西南昌332000)(2.江西省长大桥隧研究设计院有限公司，江西南昌330200)摘要：文章利用Ansys APDL语言二次开发，开发了车-桥耦合振动约束方程法的求解计算程序，并利用该程序分析车辆以匀变速度通过桥梁时,对桥梁纵向振动的影响，并将分析结果与桥梁规范中的汽车制动力进行比较,得出车-桥耦合振动对桥梁纵向位移影响程度。
关键词：车-桥耦合;大纵坡;制动力0前言我国有着广阔的山区，沟壑、山地和高原分布面积大。
为降低桥梁高度和减少工程造价,许多山区公路的桥梁纵坡接近4%,匝道部分纵坡达4%以上。
大纵坡、高墩、大跨度成为山区高速公路桥梁的重要特征。
桥梁在设计时，桥面纵向水平力计算主要依据《公路桥涵设计通用规范》,没有考虑车辆在桥上行加速、减速驶过程中耦合振动对大纵坡桥梁产生的动态影响。
本文基于Ansys平台开发了车-桥耦合振动约束方程分析法,对车辆过桥时车桥耦合振动对桥梁纵向位移的影响程度进行分析。
1桥梁规范中的汽车制动力计算根据《公路桥涵设计通用规范JTGD60-2015》(以下简称桥梁通规)可知,汽车制动力是根据同向行驶汽车活载进行计算确定，计算制动力是汽车活载不考虑冲击系数。
具体规定如下：(1)汽车制动力标准值:根据《桥梁通规》规定的每个车道上的汽车制动力标准值为其对应车道荷载在其对应的加载长度(需要考虑纵向折减)上的荷载总和的10%,对公路-I级荷载汽车制动力标准值不小于165kN,对公路-域级荷载汽车制动力标准值不小于90kN；(2)横向折减系数，根据《桥梁通规》规定同向行驶多车道需要考虑横向折减系数,2车道的汽车制动力标准值应为1车道的2倍,3车道的汽车制动力标准值应为1车道的2.34倍,4车道的汽车制动力标准值应为1车道的2.68倍；(3)制动力作用点：根据《桥梁通规》规定汽车制动力的作用点为桥面以上1.2m处，但是在进行计算墩台时，制动力的作用点可移动至支座铰中心或底座面处;在进行刚构桥、拱桥计算时,制动力的作用点可移动至桥面，但不应考虑因此产生的附加竖向力和力矩；(4)板式支座制动力传递:对于简支梁、桥面连续简支梁、柔性墩台的连续梁排架设置板式橡胶支座，制动力应按照支座和墩台抗推刚度集成进行分配和传递。
刚柔耦合matlab程序-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述部分：刚柔耦合是一种结构性质复杂的系统，它由刚性部分和柔性部分组成。
刚性部分通常是由硬质材料或刚性结构构成，而柔性部分则由柔软的材质或可弯曲的结构组成。
这种耦合结构的系统具有较好的适应性和灵活性，可以在不同工况下进行动态调整和优化设计。
本文将重点介绍刚柔耦合系统的MATLAB程序设计与实现。
MATLAB 作为一种高效的数值计算和分析环境，为刚柔耦合系统的建模、仿真和优化提供了便利的工具。
本文将详细讲解MATLAB程序的相关概念和操作方法，以及如何将其应用于刚柔耦合系统的研究中。
在刚柔耦合MATLAB程序的设计与实现部分，我们将介绍利用MATLAB进行刚柔耦合系统建模的基本原理和方法。
首先，我们将讲解刚性部分和柔性部分的建模原理，包括刚体的运动学与动力学方程的建立，以及柔性部分的变形和应力分析。
接下来，我们将介绍如何将刚体和柔体进行耦合的方法，包括用约束方程描述两者之间的关系和作用力的传递。
同时，我们还将介绍如何利用MATLAB的优化算法对刚柔耦合系统进行参数优化和动态调整，以使系统达到最佳的性能和效果。
最后，本文将总结刚柔耦合MATLAB程序的设计与实现过程，并阐述其在工程实际应用中的研究意义和潜在影响。
同时，我们还将展望未来刚柔耦合系统的发展方向和可能的研究方向。
通过本文的阅读，读者将能够了解刚柔耦合系统的概念及其与MATLAB程序的关系，掌握相关的建模和仿真方法，以及应用MATLAB 进行参数优化和动态调整的技巧。
希望本文能够为刚柔耦合系统的研究和应用提供一定的参考和指导。
1.2 文章结构文章结构部分将介绍本文的章节划分和各章节的主要内容。
本文共分为三个主要部分，分别是引言、正文和结论。
在引言部分（第一章），首先会对本文的研究主题刚柔耦合进行概述，解释刚柔耦合的概念和背景。
其次，将介绍本文的文章结构，给出每个章节的主要内容。
最后，明确本文的研究目的，即要设计和实现一个刚柔耦合MATLAB 程序。
GB/T 21437.2—2008/ISO 7637-2：2004GB/T 21437.2—2008/ISO 7637-2：2004(2008-02-15发布2008-09-01实施)道路车辆由传导和耦合引起的电骚扰前言GB/T 21437《道路车辆由传导和耦合引起的电骚扰》包括三个部分：——第1部分：定义和一般描述；——第2部分：沿电源线的电瞬态传导；——第3部分：除电源线外的导线通过容性和感性耦合的电瞬态发射。
本部分为GB/T 21437的第2部分，等同采用ISO 7637—2：2004《道路车辆由传导和耦合引起的电骚扰第2部分：沿电源线的电瞬态传导》制定。
编辑性修改为：在表1中对UA、UB加注。
本部分附录A、附录C、附录D为规范性附录，附录B、附录E、附录F为资料性附录。
本部分由国家发展与改革委员会提出。
本部分由全国汽车标准化技术委员会归口。
本部分起草单位：中国汽车技术研究中心。
本部分参加起草单位：上海大众汽车有限公司、信息产业部电信传输研究所、长沙汽车电器研究所。
本部分主要起草人：徐立、刘欣、刘新亮、邹东屹、胡梦蛟、林艳萍。
道路车辆由传导和耦合引起的电骚扰第2部分：沿电源线的电瞬态传导Road vehicles—Electrical disturbances from conduction and coupling—Part 2:Electrical transient conduction along supply lines only(ISO 7637—2：2004，IDT)--------------------------------------------------------------------------------1范围本部分规定了安装在乘用车及12V电气系统的轻型商用车或24V电气系统的商用车上设备的传导电瞬态电磁兼容性测试的台架试验，包括瞬态注入和测量。
本部分还规定了瞬态抗扰性失效模式严重程度分类。
轴耦合道路模拟试验技术关键参数分析李航;周德泉;李开标;陈禹;刘建文【摘要】Based on the 6-dof spindle-coupled road simulation system, the basic principle of the road simulation test is introduced. Researching onthe main parameters of the test system and the vehicle system, the results of pseudo damage calculation and spectrum analysis shows that different control signals, control band, vehicle load and shock absorber temperature have different effects on the test results.%基于6自由度轴耦合道路模拟试验系统,介绍了道路模拟试验的基本原理,通过伪损伤计算、频谱分析等对试验过程中设备系统、车辆系统的主要影响参数进行研究,结果表明不同控制信号、控制频段、车辆载荷、减振器温度对试验结果均有不同程度的影响.【期刊名称】《汽车实用技术》【年(卷),期】2019(000)005【总页数】5页(P74-78)【关键词】道路模拟;迭代参数;控制信号【作者】李航;周德泉;李开标;陈禹;刘建文【作者单位】广州汽车集团股份有限公司汽车工程研究院,广东广州 511434;广州汽车集团股份有限公司汽车工程研究院,广东广州 511434;广州汽车集团股份有限公司汽车工程研究院,广东广州 511434;广州汽车集团股份有限公司汽车工程研究院,广东广州 511434;广州汽车集团股份有限公司汽车工程研究院,广东广州511434【正文语种】中文【中图分类】U467.5道路模拟试验是验证汽车整车和零部件结构可靠性的重要手段，因具有试验周期短、重复性好、可长时间不间断试验等特点备受青睐。
