(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210482645.8 (22)申请日 2022.05.05 (71)申请人 东南大学 地址 210018 江苏省南京市玄武区四牌楼 2 号 (72)发明人 马涛　范剑伟　朱雅婧　顾临皓　 朱宇　 (74)专利代理 机构 南京经纬专利商标代理有限 公司 32200 专利代理师 王美章 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G06F 30/13(2020.01) G06F 111/04(2020.01) (54)发明名称 一种用于道路动态弯沉盆计算的有限元模 型尺寸优化方法 (57)摘要 本发明公开了一种用于道路动态弯沉盆计 算的有限元模型尺寸优化方法， 包括以下步骤： S1： 构建用于道路动态 弯沉盆计算的有限元模型 ； S2： 模拟获取第i动态弯 沉盆 和第i弯沉 时域曲线 ； S3： 计算弯沉 盆与时域曲线差 值； S4： 放大模型尺寸放大至 ,模 拟获取第i+1动态弯沉盆 和第i+1弯沉时 域曲线 ； S5： 计算弯沉盆差值 值 与弯沉时域曲线差 值； S6： 重复步骤S1 至S5， 直至满足模型优化标准。 本发明一种用于 道路动态弯沉盆计算的有 限元模型尺寸优化方 法， 能为道路动态弯沉盆模拟所用的有限元模型 尺寸优化 提供标准 化的方法。 权利要求书2页 说明书6页 附图1页 CN 114936490 A 2022.08.23 CN 114936490 A 1.一种用于道路动态弯沉盆计算的有限元模型尺寸优化方法， 其特征在于： 本方法分 为以下6步： S1： 构建用于道路动态 弯沉盆计算的有限元模型Mi； S11： 最初构建的用于道路动态弯沉盆计算的有限元模型记作M1， 后续构建的模型依次 记作M2， M3，……； 所构建的各模型Mi(i＝1， 2， 3 ……)均满足以下要 求： 道路模型 从上到下分为多层， 各层 道路模型选择弹性材 料或粘弹性材 料， 并设置各层道路模型的密度、 泊松比与阻尼比； S12： 在建模时， 弹性材料设置模量， 粘弹性材料设置Prony级数表征其模量特性， 各层 位之间的粘结状态设为完全粘结或存在一定的滑动， 当各层位之 间的粘结状态设置为存在 一定的滑动时， 用摩擦系数表征； S13： 建模时， 车辆荷载施加于有限元模型的上表面， 荷载区域设置为矩形； S14： 在模拟时， 矩形荷载区域以指定的速度沿有限元模型上表面的纵向对称轴直线前 进， 前进过程中矩形荷载区域关于有限元模型上表面的纵向对称轴始终保持左右对称状 态； 有限元模型的各侧面与 底面均设置完全约束状态， 有限元模型上表面不设置约束 条件， 道路有限元模型的各层厚度根据实际设置； S2： 模拟获取第i动态 弯沉盆di(x)和第i弯沉时域曲线di′(t)； S3： 计算弯沉 盆与时域曲线差值d ‑d′i， diff； S4： 放大模型尺寸至Mi+1， 模拟获取第i+1动态弯沉盆di+i(x)和第i+1弯沉时域曲线di+1′ (t)； S5： 通过步骤S2获得的第i动态弯沉盆di(x)和步骤S4获得的第i+1动态弯沉盆di+i(x)计 算弯沉盆差值di， i+1， diff； 通过步骤S2获得的第i弯沉时域曲线di′(t)和步骤S4获得的第i+1 弯沉时域曲线di+1′(t)计算弯沉时域曲线差值d ′i， i+1， dif f； S6： 重复步骤S1至S5， 直至满足模型优化标准， 所述模型优化标准是： 若弯沉盆与时域曲线差值d ‑d′i， diff、 弯沉盆差值di， i+1， diff与弯沉时域曲线差值 d′i， i+1， dif f值满足式(1)， 则Mi模型的尺寸 为所建立道路有限元模型的优化尺寸； 若不满足式(1)， 则构建Mi+1模型， 重新进行 上述步骤S2至S6， 2.根据权利要求1所述的一种用于道路动态弯沉盆计算的有限元模型尺寸优化方法， 其特征在于： 步骤S1中： 各层道路模型材料包括沥青混合料、 水泥混凝土、 水泥稳定碎石、 级配碎石以及土， 其 中， 沥青混合料 材料设置为弹性或粘弹性； 水泥混凝 土、 水泥稳定碎石、 级配碎石以及土材 料设置为弹性； 所施加的荷载包括垂直荷载、 水平纵向荷载和水平横向荷载。 3.根据权利要求1所述的一种用于道路动态弯沉盆计算的有限元模型尺寸优化方法， 其特征在于： 步骤S2所述的第i动态弯沉盆di(x)按以下方法获得： 对于模型Mi， 在模拟中的 某一时刻， 将原点设置在矩形荷载区域的中心点， 将矩形荷载区域前进方向设为x轴正方权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114936490 A 2向， 将模型竖直向下方向设为d轴正方向， 构建平面直角坐标系， 当矩形荷载区域的中心点 与模型上表面中心点重合时， 所得到的第i动态弯沉盆di(x)由满足“d≥0”条件的模型上表 面各点组成， 弯沉盆的左右界限分别记为xi， 1(xi， 1＜0)和xi， 2(xi， 2＞0)， 其中di(xi， 1)＝0且di (xi， 2)＝0。 4.根据权利要求1所述的一种用于道路动态弯沉盆计算的有限元模型尺寸优化方法， 其特征在于： 步骤S2所述的第i弯沉时域曲线di′(t)按以下方 法获得： 对 于模型Mi， 选取有限 元模型上表面的中心点， 将模型竖直向下方向设为d ′轴正方向， 设t＝0为中心点处弯沉d ′ 满足“d′≥0”条件的开始时刻， 设t＝ti， max为中心点处弯沉d ′满足条件“d′≥0”的最后时刻， 其中di′(0)＝0， di′(ti， max)＝0。 5.根据权利要求1所述的一种用于道路动态弯沉盆计算的有限元模型尺寸优化方法， 其特征在于： 步骤S3所述的弯沉盆与时域曲线差值d ‑d′i， diff的计算方法如下： 对于结构组 成与材料参数完全相同的路段， 当荷载前进速度为v时， 路面各点的第i动态弯沉盆di(x)取 值应等于将 作为自变量代入第i弯沉时域曲线di′(t)后所得的 取值； 通过公 式(2)定义弯沉盆与时域曲线差值d ‑d′i， diff指标， 表征路面各点的d ′i(x)和 之间 的差异， 6.根据权利要求3所述的一种用于道路动态弯沉盆计算的有限元模型尺寸优化方法， 其特征在于： 步骤S4具体如下： 将步骤S1中所建道路有限元模型Mi的长宽尺寸各放大为原 来的1.2倍， 保持模型各层厚度不变， 将放大后的模型记作Mi+1， 荷载设置保持不变， 根据步 骤S2中第i动态弯沉盆di(x)的计算方法， 基于Mi+1模型， 计算第i+1动 态弯沉盆di+i(x)和第i +1弯沉时域曲线di+1′(t)。 7.根据权利要求1所述的一种用于道路动态弯沉盆计算的有限元模型尺寸优化方法， 其特征在于： 步骤S5中， 通过式(3)计算弯沉 盆差值di， i+1， dif f；· 通过式(4)计算弯沉时域曲线差值d ′i， i+1， dif f； 弯沉盆差值di， i+1， diff值越小， 说明基于Mi模型模拟所得的第i动态弯沉盆di(x)与基于 Mi+1模型模拟所 得的第i+1动态 弯沉盆di+1(x)之间的差异越小； 弯沉时域曲线差值d ′i， i+1， diff值越小， 说明基于Mi模型模拟所得的第i弯沉时域曲线di′ (t)与基于 Mi+1模型模拟所 得的第i+1弯沉时域曲线di+1′(t)之间的差异越小； 权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114936490 A 3