基于CDEM-MPM耦合的软地面车辆侵入规律研究

程鹏达; 冯春; 常宁东; 周俊; 朱心广

doi:10.37188/OPE.20233105.0707

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基于CDEM-MPM耦合的软地面车辆侵入规律研究

车辆通行评估 | 更新时间：2023-03-22

- 基于CDEM-MPM耦合的软地面车辆侵入规律研究
- Research on soft ground vehicle intrusion law based on CDEM-MPM coupling model
- 光学精密工程 2023年31卷第5期页码：707-718
- 作者机构：
  
  1.中国科学院力学研究所，北京 100190
  2.中国科学院大学工程科学学院，北京 100049
- 作者简介：
  
  [ "程鹏达（1983-），男，甘肃天水人，助理研究员，2012年于上海大学获得博士学位，主要从事流体-结构-岩土体多场耦合模型和地下工程灾害防治技术研究。E-mail： pdcheng@imech.ac.cn" ]
  [ "冯春（1982-），男，浙江富阳人，硕士，高级工程师，2009年于中国科学院研究生院获得工程力学硕士学位，主要从事连续-非连续耦合数值分析方法（CDEM）、复杂结构与岩土体耦合作用机理、车辆及冲击载荷下路面结构变形破裂特征等方面的研究。E-mail：fengchun@imech.ac.cn" ]
- 基金信息：
  
  国家重点研发计划项目(2018YFC1505504);中国科学院青年创新促进会项目(2018024);钱学森实验室太空探索实验培育项目(TKTSPY-2020-05-01)
- DOI：10.37188/OPE.20233105.0707
  中图分类号： TP391.4;TH691.9
- 收稿日期：2022-07-27，
  
  修回日期：2022-08-30，
  
  纸质出版日期：2023-03-10
- 稿件说明：
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程鹏达,冯春,常宁东等.基于CDEM-MPM耦合的软地面车辆侵入规律研究[J].光学精密工程,2023,31(05):707-718.

CHENG Pengda,FENG Chun,CHANG Ningdong,et al.Research on soft ground vehicle intrusion law based on CDEM-MPM coupling model[J].Optics and Precision Engineering,2023,31(05):707-718.
程鹏达,冯春,常宁东等.基于CDEM-MPM耦合的软地面车辆侵入规律研究[J].光学精密工程,2023,31(05):707-718. DOI： 10.37188/OPE.20233105.0707.

CHENG Pengda,FENG Chun,CHANG Ningdong,et al.Research on soft ground vehicle intrusion law based on CDEM-MPM coupling model[J].Optics and Precision Engineering,2023,31(05):707-718. DOI： 10.37188/OPE.20233105.0707.

摘要

载荷装备通过软土地面会引起了软土地面的变形，车轮侵入软土的深度是软土地面装备通行性评估的重要参数。本文提出了连续-非连续单元法（Continuum-discontinuum Element Method， CDEM）与物质点法（Material Point Method， MPM）耦合的数值计算方法，建立了车轮-软土地面耦合模型，模拟了车轮和软土地面相互作用过程，定量分析车轮载重、软土弹性模量、软土强度参数（黏聚力、摩擦角）与软土表面压应力、侵入深度等参数之间的关系，获得车轮侵入软土深度的变化规律。研究表明：软土侵入深度与车轮载重接近线性正相关，相对改变量约为179%；与弹性模量非线性负相关，相对改变量约为23%；与强度参数非线性负相关，相对改变量约为164%。当车轮载重一定时，非线性变化的车轮侵入深度对软土强度参数更敏感。建立强度参数（黏聚力、摩擦角）和侵入深度变化的三维关系，可为软土地面装备通行性评估中现场待测的关键参数提供理论依据。

Abstract

Vehicles with varying loads deform soft-soil grounds， and the depth of their wheel intrusion is a crucial parameter for evaluating vehicle trafficability on soft soil. This study introduces a novel method that combines the Continuum-Discontinuum Element Method （CDEM） and Material Point Method （MPM） to create a coupling model of wheel and soft-soil interaction and simulate their interaction process. The model analyzes the relationship between different variables， including the wheel load； elastic modulus， strength parameters （cohesion and friction angle）， and surface stress of the soft soil； and intrusion depth， to quantify the law of wheel intrusion depth on soft soil. The results indicate that the intrusion depth positively correlates with the wheel load， with a relative variation of approximately 179%， and negatively correlates with the elastic modulus and strength parameters in a non-linear manner， with relative variations of approximately 23% and 164%， respectively. When the wheel load is constant， the intrusion depth is more sensitive to the strength parameters of the soft soil. The three-dimensional relationship established between the strength parameters and intrusion depth provides a theoretical foundation for key parameter measurements in evaluating vehicle trafficability on soft soil.

关键词

Keywords

references

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