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路面结构有限元模型路面结构是指由路面层、基层和基础层组成的道路构造形式。
在道路工程中，为了评估路面结构的性能和可靠性，通常采用有限元模型进行分析和设计。
有限元模型是一种数值计算方法，它将复杂的结构分割为许多小的单元，通过对每个单元进行力学分析，再将它们组合起来得到整体的力学响应。
在路面结构中，有限元模型可以用来分析路面层、基层和基础层的受力和变形情况。
在建立路面结构的有限元模型时，需要考虑路面层的材料特性、厚度、强度等因素。
一般来说，路面层通常由沥青混凝土或水泥混凝土构成，具有较高的强度和耐久性。
基层则通常由碎石、砂石等材料构成，用来分散和承受车辆荷载。
基础层则是路面结构的基础，通常由土壤或石料填充而成，用来分散和承受基层的荷载。
通过有限元模型分析路面结构，可以评估其受力性能和变形情况。
在实际道路工程中，需要考虑不同车辆类型和荷载条件对路面结构的影响。
通过有限元模型，可以预测路面结构在不同荷载条件下的变形和破坏情况，从而提供合理的设计和施工建议。
在有限元模型中，还可以考虑不同的边界条件和加载方式。
例如，可以模拟车辆在路面上行驶的荷载作用，分析路面结构在动态荷载下的响应。
此外，还可以考虑温度、湿度等环境因素对路面结构的影响，分析路面结构在不同环境条件下的变形和破坏情况。
有限元模型可以帮助工程师优化路面结构的设计和施工方案。
通过对不同参数和材料的分析，可以找到最经济和可靠的路面结构形式。
此外，还可以评估不同维修和养护策略对路面结构的影响，提出合理的维修和养护建议，延长路面结构的使用寿命。
有限元模型是评估路面结构性能和可靠性的重要工具。
通过建立准确的有限元模型，可以分析路面结构在不同荷载和环境条件下的受力和变形情况，提供合理的设计和维修建议，确保道路的安全和可持续性发展。
2020/12车辆工程与技术丨Vehicle engineering and technology140车时代AUTO TIME 目前，对不平路面时域激励模型的建模方法主要有滤波白噪声法、三角级数法、逆傅里叶变换法等[1]。
三角级数法的基本原理是路面激励利用若干正、余弦波进行叠加而成，由于三角波的相位随机性，故可建立任意功率谱密度的路面模型。
三角级数法是一种高保真的频域模型转换方法，能够生成满足国家标准的随机路面激励[2]。
因此，本文采用三角级数法来构建随机路面不平度模型。
1三角级数路面激励模型建立1.1 路面的功率谱密度路面功率谱密度表示路面不平度能量在空间频域的分布[3]，按照国标GB7031-86《车辆振动输入―路面平度表示方法》[4]，路面不平度位移功率谱密度拟合表达式采用下式：()()00wq q n G n G n n −=（1）式（1）中：0n 为参考频率，100.1m n −=；()0q G n 为路面不平度系数，3m ；w 为频率指数，一般为2。
1.2 三角级数法基本原理设路面高程为平稳、遍历的均值为零的高斯过程[5]。
随机信号可以通过离散傅里叶变换分解为一系列不同频率的正弦波，谱密度等于由带宽划分的这些正弦波幅值的平方。
在空间频率谱密度为()q G n ，利用平稳随机过程的平均功率的频谱展开性质，路面不平度的方差2z σ为：()212n z q n G n dnσ=∫ （2）将区间（1n ,2n ）划为n 个区间，取每个小区间的中心频率()1,2,mid i n i n −=…,处的谱密度值()q mid i G n −代替()q G n 在整个小区间内的值，则离散化后近似为：()21nz q mid i i i G n n σ−=≈⋅∆∑ （3）小区间内要找到具有频率mid i n −且标准差为：()q mid i i G n n −⋅∆，则正弦波函数为：()()2sin 2q mid i i mid i i G n n n t πθ−−⋅∆⋅+将对应于各个小区间的正弦波函数叠加起来，可得路面随机输入：()()()12sin 2nq mid i i mid i i i q t G n n n t πθ−−==⋅∆⋅+∑（4）1.3 路面建模设空间频率范围为-1-10.011m 2.83m n <<[6]，车速为20m/s，利用三角级数构建C 级路面。
3d模型路面的建模标准
建模标准是根据具体的需求和要求而定的，但以下是一些常用的建模标准，适用于3D路面建模：
1. 尺寸准确性：确保模型的尺寸与实际路面相符。
可以通过参考现有的地理数据或测量实际路面来获得准确的尺寸。
2. 拓扑结构：路面模型应该具有合理的拓扑结构，以便在渲染和动画过程中获得更好的效果。
避免不必要的多边形和复杂的几何形状，同时确保模型具有足够的细节来呈现真实感。
3. 材质和纹理：为路面模型选择适当的材质和纹理，以使其看起来更加真实。
考虑路面的材质类型（如沥青、水泥等），并使用合适的纹理图像来增强细节和质感。
4. 真实度：努力使模型尽可能地与实际路面相似。
注意路面的特征，如边界线、标记、坑洼、裂缝等，并在模型中予以准确再现，以增加真实感。
5. 可编辑性和优化：确保模型易于编辑和修改，并尽可能减少模型的多边形数量，以提高渲染和动画性能。
6. 兼容性：最好使用广泛支持的3D文件格式（如.obj、.fbx等），以便在不同的软件中导入和使用路面模型。
当然，以上只是一些常见的建模标准，具体的要求可能因项目而异。
为了获得最佳效果，还应该参考相关行业标准和最佳实践。
文章修改说明编辑同志：您好！根据专家审稿反馈的意见，对文章进行了认真修改，主要包括以下几个方面：1）按照专家的要求，对一些概念进行了解释和补充2）第一稿中有图3和图4，定稿时删除了，编号忘记重新编排，已作更正；3）认真对照专家反馈的原稿，逐条进行了修改；4）参考一些出版的文献，对关键词进行了适当调整（找不到Ei的主体词表）；5）恢复了作者信息等；6）在补充参考文献英文题目的同时，对参考文献进行了梳理，更换了几篇较新文献。
7）修改稿和论文出版承诺书将于近日寄出。
1基于Matlab/Simulink的随机路面建模及不平度仿真*陈杰平1，2 陈无畏1祝辉1朱茂飞1（1.合肥工业大学机械汽车学院，合肥230009；2.安徽科技学院工学院，凤阳233100 ）[摘要] 本文在认真分析路面空间频率功率谱密度、时间频率功率谱密度与方差之间关系的基础上，建立了路面随机信号生成模型，在不同车速情况下进行了进行仿真，生成了B和C级随机路面时间激励信号。
利用功率谱密度和方差分析，对所建立模型的仿真结果与路面分级标准认真比较分析，证明建立的模型产生的随机信号的功率谱和方差值与国家规定的路面等级标准一直，结果准确可靠，可以为车辆控制研究提供可靠的激励信号。
关键词：路面不平度随机激励功率谱密度时域模型仿真中图分类号：U 461.4; U 467 文献标识码：AA Modeling & Simulation Research on Stochastic Road surfaceIrregularity Based on Matlab/SimulinkChen Jieping1,2 Chen Wuwei1Zhu Hui1Zhu Maofei1（ 1. The Faculty of Mech.&Vehicle of Hefei University of Technology, Hefei,230009, China2. The Faculty of Eng. of Anhui Science and Technology University, Fengyang ,233100, China）AbstractIn the time domain analysis of vehicle ride comfort, the veracity of the input excitation signals is related to the simulation result directly. The random road model were constructed by MA TLAB/Simulink, based on the study of the relation about stochastic road space & time frequency power spectral density (PSD) and PSD & root-mean-square (RMS). The stochastic excitation signals were produced, and the vertical displacement of the B & C level uneven road were build by simulation in different vehicle velocity. By PSD & RMS analysis of vertical displacement of simulation result and national standards, the correctness of model can be certificated, it can offer reliable excitation signals for control research of vehicle. It can be proved that the idea & methods of modeling is distinct and practical, and the method has catholicity and can be used in other uneven road. Keywords：Roughness of road surface;Power spectral density (PSD); Random Excitation;Time domain model; Simulation引言以往对汽车平顺性的研究较多的是基于线性系统的假设[1]，采用路面谱输入，利用频域方法直观而方便地建立系统响应的频域模型以获得平顺性分析计算结果，用频域研究路面谱的方法在车辆平顺性研究中发挥了很大作用[2~5]。
GMA市政软件部分第一章新建工程一、进入软件左键单击（后文中“左键单击”都简称为“单击”）电脑屏幕左下角“开始”→将鼠标滑动到“程序”→再滑动到“广联达建设工程造价管理整体解决方案”→再滑动到“广联达BIM市政算量 GMA2014”并单击，稍等片刻屏幕会出现“欢迎使用GMA2014”对话框→单击“新建向导”进入“新建工程：第一步，工程名称”对话框（如图1.1.1）→填写工程名称为“道路工程”→可以选择清单库、定额库，用于套用做法。
→单击“下一步”出现“工程信息”（此对话框和计算没有关系，我们在这里可以不必填写，如图1.1.2）直接进入下一步。
→单击“下一步”出现“编制信息”（此对话框和计算没有关系，我们在这里可以不必填写）需要注意“基准标高”选项，虽与计算无关，但是与观察模型有关，当工程中检查井的设计标高很高，动态观察模型稍微一动就跑的很远时，可以调整此项，调整方法如果检查井的设计标高为210.897，则可以调整为200、210之类的近似标高。
→单击“完成”，进入绘图区界面。
图1.1.1图1.1.2二、图纸管理图1.2.11、添加图纸，电子图纸的格式可以为“*.DWG”、“*.GVD”、“*.CADI”、“*.DXF”左键点击“CAD图纸管理”（如图1.2.1），软件右侧会出现图纸管理窗体→点击窗体下“添加图纸”（如图1.2.2），选择电子图纸所在的文件夹，并选择需要导入的电子图，图纸选择支持单选、拉框多选、按住Shift或Ctrl点击多选，图纸选择完毕之后点击“打开”（如图1.2.3）→此时弹出“请输入原图比例”窗体”（如图1.2.4），可输入实际尺寸与标注尺寸的比→点击确定，图纸导入，界面出现滚动条；图1.2.2图1.2.3图1.2.42、导入pdf文件左键点击“添加图纸”右边的下拉箭头，弹出“导入布局或PDF”（如图1.2.5）→点击“导入布局或PDF”按钮→选择PDF图纸所在的文件夹，并选择需要导入的电子图→在“请选择空间”下拉框中，选择待导入的PDF图中的页码（如图1.2.6）→选择完成后，点击“打开”，可将图纸导入Pdf图纸导入之后，需要调整图纸比例：点击工具栏的“设置比例”功能→按鼠标左键选择第一点，按右键确认或者ESC键取消→按鼠标左键选择第二点，按右键确认或者ESC键取消，此时弹出“输入实际尺寸窗体”→输入所选择线段的实际长度，单位为mm→点击确定，图纸自动调整完毕图1.2.5图1.2.63、导入布局左键点击“添加图纸”右边的下拉箭头，弹出“导入布局或PDF”（如图1.2.5）→点击“导入布局或PDF”按钮→选择图纸所在的文件夹，并选择需要导入的电子图→在“请选择空间”下拉框中，选择待导入的图纸空间（如图 1.2.7）→在“预览视口”中，可预览待导入的视口→在预览窗口选择需导入的视口，点击“打开”即可导入；若想导入多张视口，可在选择视口后点击“添加”，可添加多个视口，最后点击“打开”图1.2.7三、常见问题解答1、图纸无法导入原因1：极远端有图元。
5、路面状况评价指标、检测方法和预估模型（举例说明）。
1）评价指标分为综合性指标和单一性指标两大类综合性指标是对路面使用性能的综合测度，优点是能反映路面总体状况，指标单一，便于比较；缺点是不能确切反映使用性能的局部特征，不便于诊断原委和制定具有针对性的对策。
单一性指标是对路面使用性能诸多局部特征的具体测度，它可以采用多项指标明确地表征路面使用性能各组分的详细情况。
《公路技术状况评定标准》在路面使用性能评价中采用了综合指标和单一指标相结合的方法。
对不同类型的路面，采用了不同的分项技术指标。
其中，沥青路面采用了路面损坏、道路平整度、路面车辙、抗滑性能和结构强度五项技术指标；水泥混凝土路面采用了路面损坏、道路平整度和抗滑性能三项技术指标；砂石路面只采用了路面损坏一项技术指标。
路面使用性能指数（PQI）反映路面的整体使用性能PQI=WPCI PCI+WRQIRQI+WRDIRDI+WSRISRIwPCI 路面损坏（PCI）的权重；wRQI 道路平整度（行驶质量，RQI）的权重；wRDI 路面车辙（RDI）的权重；wSRI 路面抗滑性能（SRI）的权重。
权重与公路等级和路面类型有关。
2）检测方法（1）路面破损检测方法:高速摄影车或其他高效测试设备测试，人工检测（目测或用量尺测）（2）路面平整度的检测方法有：３米直尺法，连续式平整度仪，车载式颠簸累积仪、车载式激光平整度仪；（3）路面车辙测定方法：路面横断面仪法、横断面尺法、激光或超声波车辙仪；（4）路面抗滑性能测定方法：手式铺砂法，电动铺砂仪，激光构造深度仪，摆式仪，磨擦系数测定车测定路面横向力系数。
（5）路面结构强度测定方法：贝克曼梁测，自动弯沉仪，落锤式弯沉仪；3）预估模型（1）路面损坏状况（PCI）包括裂缝、坑槽、沉陷和松散等各种表面破坏和损伤。
路面表面各种类型的损坏通过其对路面使用性能的影响程度加权累积计算换算损坏面积，换算损坏面积与调查面积之比（路面破损率），可直接用来衡量路面的损坏状态，也可通过路面损坏状况指数（PCI）来评价路面表面的技术状况。
《汽车系统动力学》教学大纲一、课程性质与任务1．课程性质：本课程是车辆工程专业的专业选修课。
2．课程任务：本课程要求学生学习和掌握车辆系统的主要行驶性能，如牵引性能、车辆的动态载荷、转向动力学等。
研究路面不平度激励的振动。
了解该领域世界发展及最新成果。
通过学习本课程，掌握汽车动力学分析的一般的理论和方法，为今后汽车系统动力学分析、从事该领域研究、开发奠定基础。
二、课程教学基本要求本课程是研究所有与汽车系统运动有关的学科，其内容可按车辆运动方向分为纵向、垂向和侧向动力学三大部分。
要求学生了解车辆动力学建模的基础理论、轮胎力学及汽车空气动力学基础之外，重点理解受汽车发动机、传动系统、制动系统影响的驱动动力学和制动动力学，以及行驶动力学(垂向)和操纵动力学(侧向)内容。
运用系统方法及现代控制理论，结合实例分析，介绍了车辆动力学模型的建立、计算机仿真、动态性能分析和控制器设计的方法，同时使学生对常用的车辆动力学分析软件有所了解。
成绩考核形式：末考成绩（闭卷考试）（70%）＋平时成绩（平时测验、作业、课堂提问、课堂讨论等）（30％）。
成绩评定采用百分制，60分为及格。
三、课程教学内容绪篇概论和基础理论第一章车辆动力学概述1.教学基本要求让学生了解车辆动力学的历史发展、研究内容和范围、车辆特性和设计方法、术语、标准和法规、发展趋势。
2.要求学生掌握的基本概念、理论、技能通过本章教学使学生了解车辆动力学的历史发展、研究内容和范围、车辆特性和设计方法、发展趋势。
3.教学重点和难点教学重点是车辆动力学的研究内容和范围、车辆特性和设计方法。
教学难点是车辆特性和设计方法。
4.教学内容第一节历史回顾1.车辆动力学的历史发展第二节研究内容和范围1.纵向动力学2.行驶动力学3.操作动力学第三节车辆特性和设计方法1.期望的车辆特性2.设计方法3.汽油机与柴油机速度特性的比较第四节术语、标准和法规1.汽车术语、标准和法规第五节发展趋势1.车辆的主动控制2.多体系统动力学3.闭环系统和主观与客观评价第二章车辆动力学建模方法及基础理论1.教学基本要求让学生了解动力学方程的建立方法、非完整系统动力学、多体系统动力学方法。
