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基本信息
- 項(xiàng)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(cè)系統(tǒng)
- 來(lái)源：
- 第十二屆“挑戰(zhàn)杯”省賽作品
- 小類：
- 信息技術(shù)
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡(jiǎn)介：
- 本作品在ABAQUS GUI二次開(kāi)發(fā)的基礎(chǔ)之上，實(shí)現(xiàn)瀝青路面車轍預(yù)估系統(tǒng)的自定制用戶程序的開(kāi)發(fā)。利用開(kāi)發(fā)的參數(shù)化GUI用戶平臺(tái)，可以快速準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)瀝青路面的有限元建模，并完成所有相關(guān)計(jì)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(duì)不同地區(qū)公路的材料和結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，同時(shí)方便公路管理人員制定出合理的策略對(duì)道路交通情況進(jìn)行控制。
- 詳細(xì)介紹：
- 本系統(tǒng)基于有限元分析法，采用python語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)，對(duì)ABAQUS有限元分析軟件進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，利用ABAQUS的二次開(kāi)發(fā)接口及python語(yǔ)言，對(duì)ABAQUS支持瀝青公路研究方面功能進(jìn)行強(qiáng)化的同時(shí)，固定其中的有效參數(shù)，便于研究人員對(duì)瀝青路面的車轍進(jìn)行研究和預(yù)測(cè)，更合理地設(shè)計(jì)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(yǔ)言從最基礎(chǔ)的平臺(tái)上開(kāi)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(kāi)發(fā)的GUI界面自定制一套應(yīng)用程序，從而實(shí)現(xiàn)專門針對(duì)粘彈性瀝青路面永久變形的有限元分析預(yù)測(cè)。
作品專業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 設(shè)計(jì)目的 車轍是我國(guó)高等級(jí)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(xiàng)重要研究課題。本作品的設(shè)計(jì)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(zhǔn)確地，專門針對(duì)瀝青路面的車轍情況進(jìn)行預(yù)估的系統(tǒng)，根據(jù)瀝青路面車轍預(yù)測(cè)結(jié)果，輔助公路工程技術(shù)人員進(jìn)行瀝青路面的優(yōu)化設(shè)計(jì)，同時(shí)指導(dǎo)瀝青路面養(yǎng)護(hù)管理，從而減少車轍的產(chǎn)生，延長(zhǎng)公路的使用壽命。 創(chuàng)新點(diǎn) （1）實(shí)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(cè)； （2）建立基于ABAQUS有限元軟件分析的可視模塊化預(yù)測(cè)系統(tǒng)，大大簡(jiǎn)化一般有限元分析過(guò)程的復(fù)雜過(guò)程； （3）實(shí)現(xiàn)了對(duì)瀝青路面的變形過(guò)程進(jìn)行預(yù)測(cè)，以便公路技術(shù)人員對(duì)現(xiàn)有路面設(shè)計(jì)方案進(jìn)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(gè)有效的途徑，公路管理人員可以利用本系統(tǒng)計(jì)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(shí)速等有效參數(shù)，指導(dǎo)瀝青路面養(yǎng)護(hù)管理。
科學(xué)性、先進(jìn)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(diǎn)： （1） 模擬性能強(qiáng)。本系統(tǒng)充分利用了ABAQUS提供的各種類型的材料模型庫(kù)和強(qiáng)大的有限元建模能力和數(shù)值分析能力，對(duì)于高度非線性問(wèn)題，用戶通過(guò)準(zhǔn)確的定義參數(shù)就能很好的控制數(shù)值計(jì)算結(jié)果。 （2） 計(jì)算精確。通過(guò)利用ABAQUS的求解器，可以精確地完成復(fù)雜的有限元分析計(jì)算。 （3） 操作簡(jiǎn)單。通過(guò)我們開(kāi)發(fā)的圖形用戶界面，用戶只需要簡(jiǎn)單的鼠標(biāo)和鍵盤操作，即可完成以前需要專業(yè)人員花費(fèi)大量時(shí)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(shí)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(dòng)直觀，路面車轍變形預(yù)測(cè)結(jié)果一目了然。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 本作品于2011年4月獲長(zhǎng)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(jìng)賽特等獎(jiǎng)。 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(xiàn)中未見(jiàn)與本項(xiàng)目查新點(diǎn)相同的文獻(xiàn)報(bào)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(chǎng)演示
使用說(shuō)明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說(shuō)明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- 本系統(tǒng)基于有限元分析法，采用python語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)，對(duì)ABAQUS有限元分析軟件進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，利用ABAQUS的腳本接口及python語(yǔ)言，對(duì)ABAQUS支持瀝青公路研究方面功能進(jìn)行強(qiáng)化的同時(shí)，固定其中的有效參數(shù)，便于研究人員對(duì)瀝青路面的車轍進(jìn)行研究和預(yù)測(cè)。按照我國(guó)高速公路網(wǎng)建設(shè)規(guī)劃，今后若干年，我國(guó)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(kuò)建，所以提高瀝青路面的設(shè)計(jì)質(zhì)量和養(yǎng)護(hù)質(zhì)量意義重大，也是我國(guó)公路建設(shè)和管理部門孜孜以求的目標(biāo)，所以本作品成果具有良好的推廣應(yīng)用前景，對(duì)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(jì)系統(tǒng)，例如HPDS路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(jiǎn)單方便，但是該系統(tǒng)沒(méi)有強(qiáng)大的前后處理能力和強(qiáng)大的分析計(jì)算能力，考慮因素不全面，表現(xiàn)形式不夠直觀，通用性和實(shí)用性差。 ABAQUS有限元分析程序擁有強(qiáng)大的非線性處理能力和豐富的粘彈性材料單元庫(kù)，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(guó)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(guó)國(guó)家協(xié)作公路研究計(jì)劃（NCHRP）項(xiàng)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(lái)，我國(guó)同濟(jì)大學(xué)、東南大學(xué)以及長(zhǎng)安大學(xué)等高校科研單位采用ABAQUS有限元軟件研究瀝青路面在加速加載試驗(yàn)中的動(dòng)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(qiáng)大，結(jié)果明晰，計(jì)算精確，用途相當(dāng)廣泛，但是ABAQUS有限元分析軟件使用過(guò)程太過(guò)于復(fù)雜，學(xué)習(xí)周期長(zhǎng)，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(wèn)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(fèi)了很多寶貴的科研時(shí)間。 因此，ABAQUS有限元軟件在應(yīng)用中的不足是很顯而易見(jiàn)的，發(fā)揮其分析功能的優(yōu)勢(shì)，在其基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)簡(jiǎn)單直觀、易于操作的瀝青路面車轍預(yù)估系統(tǒng)尤為必要。
