一种飞机多轮荷载作用下沥青道面高温抗剪性能评价系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及飞机多轮荷载作用下沥青道面高温抗剪性能评价系统及方法。
【背景技术】
[0002]目前，机场沥青道面高温性能普遍采用公路工程领域的车辙试验进行评价，以公路设计标准轴载0.7MPa，和单轮荷载作用形式作为高温性能的评价指标和方法。然而，近年来，各大飞机制造厂商均致力于大型民用客机技术的研制，空客380、波音787等新一代大飞机(New Generat1n Large Aircraft,NGLA)不断问世，为了承受新一代大飞机的巨大重量，其起落架构型与以往的机型相比有较大差别，例如A380-800飞机，最大起飞重562吨，主起落架由两侧起落架和中起落架组成，其中侧起落架各6个轮子，中起落架各4个轮子，主起落架的轮子数目达20个，平均轮压达1.5MPa，由此可见，以公路工程荷载特点为基础的沥青混合料高温性能评价方法难以体现飞机多轮重载特点，进而造成机场沥青道面高温性能无法合理评价，阻碍了机场沥青道面材料设计的发展。
[0003]从结构形式及材料使用上，机场沥青道面与高等级公路类似，但机场沥青道面结构特点使机场沥青跑道在实际应用过程中存在一些较高等级公路更为严重的问题，如跑道端部及滑行等待、转弯位置的轮辙问题十分突出。机场道面轮辙的发生直接影响到机场的安全运营一一大大增加了飞机轮胎、涡轮发动机和机身破坏的可能性，也增大了飞机滑跑时偏离轨道的概率。
[0004]剪切破坏是机场沥青道面加铺层在高温条件下出现的最主要破坏形式，因此，提出飞机多轮荷载作用下沥青道面高温抗剪性能评价方法是十分必要和有意义的。
[0005]综上，目前机场沥青道面高温性能评价延用公路工程的相关评价方法，未考虑飞机多轮荷载作用下沥青道面高温抗剪破坏，导致评价精度低，所以需针对沥青道面主导高温破坏形式，提供一种飞机多轮荷载作用下沥青道面高温抗剪性能评价方法。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是要解决目前机场沥青道面高温性能评价延用公路工程的相关评价方法，未考虑飞机多轮荷载作用下沥青道面高温抗剪破坏，导致评价精度低的问题，而提供一种飞机多轮荷载作用下沥青道面高温抗剪性能评价系统及方法。
[0007]上述的发明目的是通过以下技术方案实现的:
[0008]—种飞机多轮荷载作用下沥青道面高温抗剪性能评价系统，其特征在于，所述的飞机多轮荷载作用下沥青道面高温抗剪性能评价系统由底座平台、贯入轴、螺母、升降杆和荷载特征调节圆盘组成；
[0009]升降杆一端与荷载特征调节圆盘相连，另一端与材料试验机相连；贯入轴的一端分别通过荷载特征调节圆盘上的4个通孔，分别用螺母将通过4个通孔的贯入轴进行固定，贯入轴的另一端分别固定在沥青混合料试件的上表面，沥青混合料试件的下表面固定在底座平台上。
[0010]一种飞机多轮荷载作用下沥青道面高温抗剪性能评价方法具体是按照以下步骤进tx的:
[0011 ]步骤一、将待测试的沥青混合料试件进行干燥至恒重；
[0012]步骤二、将步骤一干燥至恒重后的沥青混合料试件放入达到试验温度的控温箱中恒温4-8小时，使沥青混合料试件内部温度达到试验温度；
[0013]其中，试验温度是预先设置的；
[0014]步骤三、根据测试机型轮径比和轴径比确定荷载特征调节圆盘上4个通孔的位置，将4根贯入轴的一端分别插入荷载特征调节圆盘上4个通孔的位置，并运用螺母将4根贯入轴分别固定在荷载特征调节圆盘上;升降杆一端与荷载特征调节圆盘相连，另一端与MTS或UTM相连，MTS为材料试验机，UTM为万能试验机；
[0015]步骤四、根据测试机型轮径比和轴径比确定校准垫片圆心位置及直径，制作校准垫片及校准垫片的四个通孔;将校准垫片放到恒温后的沥青混合料试件的上表面，沥青混合料试件的上表面边缘与校准垫片的边缘对准，贯入轴另一端对准校准垫片的四个通孔，撤下校准垫片，恒温后的沥青混合料试件的下表面固定在底座平台上；
[0016]步骤五、启动MTS或UTM，通过MTS或UTM带动升降杆运动对沥青混合料试件施加力，直至沥青混合料试件破坏，记录贯入深度-贯入荷载曲线；
[0017]步骤六、将步骤五获得的贯入深度-贯入荷载曲线中的贯入深度-贯入荷载除以4根贯入轴与沥青混合料试件上表面的总接触面积，获得4根贯入轴作用时的贯入深度-贯入荷载曲线；
[0018]计算贯入深度-贯入荷载曲线中弹性拐点到破坏拐点间的弹性工作段线段斜率，并以此指标作为评价多轮荷载作用下沥青道面高温抗剪切破坏的指标。
[0019]发明效果
[0020]采用本发明的一种飞机多轮荷载作用下沥青道面高温抗剪性能评价系统及方法，是在传统沥青混合料单轴贯入试验基础上，考虑飞机多轮荷载的叠加效应而开发的一种室内小型评价系统和方法，其可合理、准确评估机场沥青道面在飞机多轮荷载作用下的高温抗剪切性能，可用于机场沥青混合料高温抗剪切性能的评价，也将为公路工程沥青路面多轮叠加荷载作用下性能的准确评估奠定基础。由实施例2中图9可以看出，采用本发明试验方法，即四点贯入试验得到的贯入强度为4.1MPa，而传统的未考虑多轮荷载叠加作用得到的贯入强度则为8.3MPa，单轴贯入试验与四点贯入试验结果的显著差异体现了飞机多轮荷载叠加作用对沥青道面的影响。因此，采用本试验方法评价沥青道面在飞机多轮荷载作用下的沥青道面高温抗剪能力更合理，评价精度可提高51%，解决了以往以公路沥青路面评价方法导致的评价准确率低的问题，对于改善目前机场沥青道面高温性能评价方法匮乏的现状具有重要的经济效益和社会意义。
【附图说明】
[0021 ]图1为测试装置示意图，xSx轴，y为y轴，Az轴；
[0022]图2为测试装置示意图；
[0023]图3为荷载特征调节圆盘示意图，A380为空中客车A380型飞机的简写，B777为美国波音公司波音777型飞机的简写，单位为mm;
[0024]图4为A380机型校准垫片示意图，x为X轴，ySy轴；
[0025]图5为测试装置实物图；
[0026]图6为AC20沥青混合料贯入深度-贯入应力曲线图
[0027]图7为贯入试验过程中集料倾角的变化图；
[0028]图8为轮辙试验过程中集料倾角的变化图；
[0029]图9为试件开裂方向示意图；
[°03°]图10为试件Mises应力叠加云图，S，mises应力是一种基于屈服准则的等效应力，Avg: 75 %为在计算软件输出文件中对节点计算的设置，可忽略。
【具体实施方式】
[0031]【具体实施方式】一、结合图1、图2和图5说明本实施方式，一种飞机多轮荷载作用下沥青道面高温抗剪性能评价系统，其特征在于，所述的飞机多轮荷载作用下沥青道面高温抗剪性能评价系统由底座平台1、贯入轴2、螺母3、升降杆4和荷载特征调节圆盘5组成；
[0032]升降杆4一端与荷载特征调节圆盘5相连，另一端与材料试验机相连;贯入轴2的一端分别通过荷载特征调节圆盘5上的4个通孔，分别用螺母3将通过4个通孔的贯入轴2进行固定，贯入轴2的另一端分别固定在沥青混合料试件的上表面，沥青混合料试件的下表面固定在底座平台I上;所述多轮为大于等于I小于等于12，所述高温为大于等于75°C小于等于80。。。
[0033]荷载特征调节圆盘上的通孔，可实现不同飞机机型轮距/轴距的准确模拟:其中上下最外四个圆孔模拟A380飞机轮径比和轴径比而得到的孔位，上下内侧四个圆孔模拟B777飞机轮径比和轴径比而得到的孔位，上下左右的长条型圆孔可模拟任意轮径比/轴径比飞机的起落架荷载，如图3。材料试验机(MTS)内的底座平台用于放置和固定试件，以开展试验；
[0034]【具体实施方式】二、本实施方式与【具体实施方式】一不同的是，所述贯入轴2与沥青混合料试件的上表面之间分别设置直径为30_的圆形橡胶片。
[0035]【具体实施方式】三、本实施方式与【具体实施方式】一或二不同的是，所述荷载特征调节圆盘5上周向均匀设置4个通孔。
[0036]【具体实施方式】四、一种飞机多轮荷载作用下沥青道面高温抗剪性能评价方法，其特征在于，一种飞机多轮荷载作用下沥青道面高温抗剪性能评价方法具体是按照以下步骤进行的:
[0037]步骤一、将待测试的沥青混合料试件进行干燥至恒重，沥青混合料由机场沥青道面用沥青混合料按工程要求比例拌制而成；
[0038]步骤二、将步骤一干燥至恒重后的沥青混合料试件放入达到试验温度的控温箱中恒温4-8小时，使沥青混合料试件内部温度达到试验温度；
[0039]其中，试验温度是预先设置的；
[0040]步骤三、根据测试机型轮径比和轴径比确定荷载特征调节圆盘5上4个通孔的位置(在实际使用过程中，需要技术人员首先明确不同机型的轮径比和轴径比；依据确定的轮径比和轴径比，在荷载调节圆盘上量取相应的位置，并