[发明专利]拉杆及传力杆三向应力的有限元生成方法、设备及介质

说明书

本发明涉及道路工程的应力模拟技术领域，公开了一种拉杆及传力杆三向应力的有限元生成方法、设备及介质，所述方法包括：根据预设的基准参数，构建路面结构的三维有限元模型；计算三维有限元模型的接缝刚度；根据接缝刚度，计算三维有限元模型的弹簧刚度；根据弹簧刚度，在三维有限元模型中构建板侧面节点之间的弹簧连接以初步模拟拉杆及传力杆的连接形式；将板侧面节点之间的弹簧连接转换为连接器连接以进一步模拟拉杆及传力杆，并生成拉杆及传力杆的三向应力。采用本发明，可分析出行车道横缝处纵向传力杆、路肩横缝处纵向传力杆及行车道‑路肩水泥板纵缝处横向拉杆的三向应力，便于对水泥路面结构受力的深入分析，优化拉杆及传力杆的设计。

技术领域

本发明涉及道路工程的应力模拟技术领域，尤其涉及一种拉杆及传力杆三向应力的有限元生成方法、一种计算机设备及一种计算机可读存储介质。

背景技术

在进行水泥路面结构力学计算时，为了获取较为准确的有限元数值计算结果，水泥板与水泥板横缝之间的传力杆及纵缝之间的拉杆的模拟尤为重要。

目前，模拟水泥板拉杆及传力杆的方法主要有以下三种：

一、采用弹簧单元模拟。本方法需要通过公式计算得到各个节点位置的弹簧刚度，模拟准确，但手动添加工作量较大，且有限元程序中的弹簧只能输出沿弹簧方向的应力，若是想分析水泥板拉杆、传力杆在不同工况下的三向（行车方向、深度方向及横断面方向）应力情况，则无能为力。

二、设置虚拟填缝料。本方法可以避免受力过程中两侧单元刺入问题，但虚拟填缝材料的各项模拟参数难以确定，有限元设置非常复杂，且涉及的非线性接触问题常因收敛性而无法得到计算结果。

三、定义两个水泥板接触面关系为粘结滑移状态。但本方法难以通过室内试验方法而确定准确的刚度参数，同时，层间问题也属于接触问题，非线性接触问题也常因收敛性而无法得到计算结果。

因此，现有的方法均无法准确地模拟水泥板拉杆及传力杆，不利于对水泥路面结构受力的深入分析，及拉杆、传力杆的优化设计。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种拉杆及传力杆三向应力的有限元生成方法、计算机设备及计算机可读存储介质，可分析出行车道横缝处纵向传力杆、路肩横缝处纵向传力杆及行车道-路肩水泥板纵缝处横向拉杆的三向应力。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种拉杆及传力杆三向应力的有限元生成方法，包括：根据预设的基准参数，构建路面结构的三维有限元模型；计算所述三维有限元模型的接缝刚度；根据所述接缝刚度，计算所述三维有限元模型的弹簧刚度； 根据所述弹簧刚度，在所述三维有限元模型中构建板侧面节点之间的弹簧连接以初步模拟拉杆及传力杆的连接形式，其中，所述板侧面节点之间的弹簧采用所述弹簧刚度；将所述板侧面节点之间的弹簧连接转换为连接器连接以进一步模拟拉杆及传力杆，并生成拉杆及传力杆的三向应力，所述三向应力是指行车方向应力、深度方向应力及横断面方向应力。

作为上述方案的改进，所述计算三维有限元模型的接缝刚度的步骤包括：计算混凝土对传力杆支承的剪切刚度；计算传力杆自身的剪切弹簧刚度；根据所述剪切刚度与剪切弹簧刚度，计算传力杆的组合剪切刚度；根据所述组合剪切刚度，计算接缝单位长度的刚度。