一種飛機多輪荷載作用下瀝青道面高溫抗剪性能評價系統及方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及飛機多輪荷載作用下瀝青道面高溫抗剪性能評價系統及方法。
【背景技術】
[0002]目前，機場瀝青道面高溫性能普遍采用公路工程領域的車轍試驗進行評價，以公路設計標準軸載0.7MPa，和單輪荷載作用形式作為高溫性能的評價指標和方法。然而，近年來，各大飛機制造廠商均致力于大型民用客機技術的研制，空客380、波音787等新一代大飛機(New Generat1n Large Aircraft,NGLA)不斷問世，為了承受新一代大飛機的巨大重量，其起落架構型與以往的機型相比有較大差別，例如A380-800飛機，最大起飛重562噸，主起落架由兩側起落架和中起落架組成，其中側起落架各6個輪子，中起落架各4個輪子，主起落架的輪子數目達20個，平均輪壓達1.5MPa，由此可見，以公路工程荷載特點為基礎的瀝青混合料高溫性能評價方法難以體現飛機多輪重載特點，進而造成機場瀝青道面高溫性能無法合理評價，阻礙了機場瀝青道面材料設計的發展。
[0003]從結構形式及材料使用上，機場瀝青道面與高等級公路類似，但機場瀝青道面結構特點使機場瀝青跑道在實際應用過程中存在一些較高等級公路更為嚴重的問題，如跑道端部及滑行等待、轉彎位置的輪轍問題十分突出。機場道面輪轍的發生直接影響到機場的安全運營一一大大增加了飛機輪胎、渦輪發動機和機身破壞的可能性，也增大了飛機滑跑時偏離軌道的概率。
[0004]剪切破壞是機場瀝青道面加鋪層在高溫條件下出現的最主要破壞形式，因此，提出飛機多輪荷載作用下瀝青道面高溫抗剪性能評價方法是十分必要和有意義的。
[0005]綜上，目前機場瀝青道面高溫性能評價延用公路工程的相關評價方法，未考慮飛機多輪荷載作用下瀝青道面高溫抗剪破壞，導致評價精度低，所以需針對瀝青道面主導高溫破壞形式，提供一種飛機多輪荷載作用下瀝青道面高溫抗剪性能評價方法。
【發明內容】
[0006]本發明的目的是要解決目前機場瀝青道面高溫性能評價延用公路工程的相關評價方法，未考慮飛機多輪荷載作用下瀝青道面高溫抗剪破壞，導致評價精度低的問題，而提供一種飛機多輪荷載作用下瀝青道面高溫抗剪性能評價系統及方法。
[0007]上述的發明目的是通過以下技術方案實現的:
[0008]—種飛機多輪荷載作用下瀝青道面高溫抗剪性能評價系統，其特征在于，所述的飛機多輪荷載作用下瀝青道面高溫抗剪性能評價系統由底座平臺、貫入軸、螺母、升降桿和荷載特征調節圓盤組成；
[0009]升降桿一端與荷載特征調節圓盤相連，另一端與材料試驗機相連；貫入軸的一端分別通過荷載特征調節圓盤上的4個通孔，分別用螺母將通過4個通孔的貫入軸進行固定，貫入軸的另一端分別固定在瀝青混合料試件的上表面，瀝青混合料試件的下表面固定在底座平臺上。
[0010]一種飛機多輪荷載作用下瀝青道面高溫抗剪性能評價方法具體是按照以下步驟進tx的:
[0011 ]步驟一、將待測試的瀝青混合料試件進行干燥至恒重；
[0012]步驟二、將步驟一干燥至恒重后的瀝青混合料試件放入達到試驗溫度的控溫箱中恒溫4-8小時，使瀝青混合料試件內部溫度達到試驗溫度；
[0013]其中，試驗溫度是預先設置的；
[0014]步驟三、根據測試機型輪徑比和軸徑比確定荷載特征調節圓盤上4個通孔的位置，將4根貫入軸的一端分別插入荷載特征調節圓盤上4個通孔的位置，并運用螺母將4根貫入軸分別固定在荷載特征調節圓盤上;升降桿一端與荷載特征調節圓盤相連，另一端與MTS或UTM相連，MTS為材料試驗機，UTM為萬能試驗機；
[0015]步驟四、根據測試機型輪徑比和軸徑比確定校準墊片圓心位置及直徑，制作校準墊片及校準墊片的四個通孔;將校準墊片放到恒溫后的瀝青混合料試件的上表面，瀝青混合料試件的上表面邊緣與校準墊片的邊緣對準，貫入軸另一端對準校準墊片的四個通孔，撤下校準墊片，恒溫后的瀝青混合料試件的下表面固定在底座平臺上；
[0016]步驟五、啟動MTS或UTM，通過MTS或UTM帶動升降桿運動對瀝青混合料試件施加力，直至瀝青混合料試件破壞，記錄貫入深度-貫入荷載曲線；
[0017]步驟六、將步驟五獲得的貫入深度-貫入荷載曲線中的貫入深度-貫入荷載除以4根貫入軸與瀝青混合料試件上表面的總接觸面積，獲得4根貫入軸作用時的貫入深度-貫入荷載曲線；
[0018]計算貫入深度-貫入荷載曲線中彈性拐點到破壞拐點間的彈性工作段線段斜率，并以此指標作為評價多輪荷載作用下瀝青道面高溫抗剪切破壞的指標。
[0019]發明效果
[0020]采用本發明的一種飛機多輪荷載作用下瀝青道面高溫抗剪性能評價系統及方法，是在傳統瀝青混合料單軸貫入試驗基礎上，考慮飛機多輪荷載的疊加效應而開發的一種室內小型評價系統和方法，其可合理、準確評估機場瀝青道面在飛機多輪荷載作用下的高溫抗剪切性能，可用于機場瀝青混合料高溫抗剪切性能的評價，也將為公路工程瀝青路面多輪疊加荷載作用下性能的準確評估奠定基礎。由實施例2中圖9可以看出，采用本發明試驗方法，即四點貫入試驗得到的貫入強度為4.1MPa，而傳統的未考慮多輪荷載疊加作用得到的貫入強度則為8.3MPa，單軸貫入試驗與四點貫入試驗結果的顯著差異體現了飛機多輪荷載疊加作用對瀝青道面的影響。因此，采用本試驗方法評價瀝青道面在飛機多輪荷載作用下的瀝青道面高溫抗剪能力更合理，評價精度可提高51%，解決了以往以公路瀝青路面評價方法導致的評價準確率低的問題，對于改善目前機場瀝青道面高溫性能評價方法匱乏的現狀具有重要的經濟效益和社會意義。
【附圖說明】
[0021 ]圖1為測試裝置示意圖，xSx軸，y為y軸，Az軸；
[0022]圖2為測試裝置示意圖；
[0023]圖3為荷載特征調節圓盤示意圖，A380為空中客車A380型飛機的簡寫，B777為美國波音公司波音777型飛機的簡寫，單位為mm;
[0024]圖4為A380機型校準墊片示意圖，x為X軸，ySy軸；
[0025]圖5為測試裝置實物圖；
[0026]圖6為AC20瀝青混合料貫入深度-貫入應力曲線圖
[0027]圖7為貫入試驗過程中集料傾角的變化圖；
[0028]圖8為輪轍試驗過程中集料傾角的變化圖；
[0029]圖9為試件開裂方向示意圖；
[°03°]圖10為試件Mises應力疊加云圖，S，mises應力是一種基于屈服準則的等效應力，Avg: 75 %為在計算軟件輸出文件中對節點計算的設置，可忽略。
【具體實施方式】
[0031]【具體實施方式】一、結合圖1、圖2和圖5說明本實施方式，一種飛機多輪荷載作用下瀝青道面高溫抗剪性能評價系統，其特征在于，所述的飛機多輪荷載作用下瀝青道面高溫抗剪性能評價系統由底座平臺1、貫入軸2、螺母3、升降桿4和荷載特征調節圓盤5組成；
[0032]升降桿4一端與荷載特征調節圓盤5相連，另一端與材料試驗機相連;貫入軸2的一端分別通過荷載特征調節圓盤5上的4個通孔，分別用螺母3將通過4個通孔的貫入軸2進行固定，貫入軸2的另一端分別固定在瀝青混合料試件的上表面，瀝青混合料試件的下表面固定在底座平臺I上;所述多輪為大于等于I小于等于12，所述高溫為大于等于75°C小于等于80。。。
[0033]荷載特征調節圓盤上的通孔，可實現不同飛機機型輪距/軸距的準確模擬:其中上下最外四個圓孔模擬A380飛機輪徑比和軸徑比而得到的孔位，上下內側四個圓孔模擬B777飛機輪徑比和軸徑比而得到的孔位，上下左右的長條型圓孔可模擬任意輪徑比/軸徑比飛機的起落架荷載，如圖3。材料試驗機(MTS)內的底座平臺用于放置和固定試件，以開展試驗；
[0034]【具體實施方式】二、本實施方式與【具體實施方式】一不同的是，所述貫入軸2與瀝青混合料試件的上表面之間分別設置直徑為30_的圓形橡膠片。
[0035]【具體實施方式】三、本實施方式與【具體實施方式】一或二不同的是，所述荷載特征調節圓盤5上周向均勻設置4個通孔。
[0036]【具體實施方式】四、一種飛機多輪荷載作用下瀝青道面高溫抗剪性能評價方法，其特征在于，一種飛機多輪荷載作用下瀝青道面高溫抗剪性能評價方法具體是按照以下步驟進行的:
[0037]步驟一、將待測試的瀝青混合料試件進行干燥至恒重，瀝青混合料由機場瀝青道面用瀝青混合料按工程要求比例拌制而成；
[0038]步驟二、將步驟一干燥至恒重后的瀝青混合料試件放入達到試驗溫度的控溫箱中恒溫4-8小時，使瀝青混合料試件內部溫度達到試驗溫度；
[0039]其中，試驗溫度是預先設置的；
[0040]步驟三、根據測試機型輪徑比和軸徑比確定荷載特征調節圓盤5上4個通孔的位置(在實際使用過程中，需要技術人員首先明確不同機型的輪徑比和軸徑比；依據確定的輪徑比和軸徑比，在荷載調節圓盤上量取相應的位置，并