道路模拟装置及激光路面断面测试系统设计（本科毕业论文设计）.doc
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道路模拟装置及激光路面断面测试系统设计（本科毕业论文设计）,摘要随着公路交通的不断发展，路面平整度受到越来越广泛的关注。平整的路面能为车辆提供快速、安全、舒适和经济的行车环境，同时减少车辆对路面的损坏，提高路面的使用性能，延长路面的使用寿命。不平整的路面不仅影响乘车的舒适性，降低行车速度，加速车辆零部件的损坏，增加车辆的...
内容介绍
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道路模拟装置及激光路面断面测试系统设计（本科毕业论文设计）
摘 要
随着公路交通的不断发展，路面平整度受到越来越广泛的关注。平整的路面能为车辆提供快速、安全、舒适和经济的行车环境，同时减少车辆对路面的损坏，提高路面的使用性能，延长路面的使用寿命。不平整的路面不仅影响乘车的舒适性，降低行车速度，加速车辆零部件的损坏，增加车辆的运营费用，而且导致车辆振动，激发车辆产生动态作用力，引起路面的应力、应变响应，反过来又增加路表面的不平整度，加剧路面的破损。
本课题研究平整度对路面结构的影响以及路面与车辆相互作用关系这两方面的内容，力图把路面平整度对路面使用性能的影响深刻揭露出来，为交通部门路面标准的设定和汽车研究单位汽车设计参考提供依据。
本论文从时域和频域的角度对公路路面表面特性进行了研究，得出了三种典型路面的功率谱密度。首先，设计了用于路谱研究的路面模拟实验台。其次，以路面行车方向实测不平度为系统输入，数值模拟了匀速下三种路面的高程变化的激励信号，为路面长期性能研究建立路面性能模型提供了依据。 最后，采用柯立——杜开法得到了三种典型路面功率谱密度曲线，并对路面位移功率谱进行了分级、对比。
关键词：国际平整度指数；路面平整度；路面功率谱密度；
ABSTRACT
With the development of highway, pavement roughness has been more and more concerned. Smooth pavements not only provide vehicles with a fast, safe, comfortable and economical traveling environment, but also can decrease the destruction of vehicles to pavements, improve the pavement performance and extend the pavement's life. On the contrary, roughness pavements make travel uncomfortable, reduce vehicle velocity, accelerate the damage of vehicle parts and increase vehicle operating cost. Furthermore, pavement roughness induces vehicle vibration which causes dynamic loads on pavement structure. The dynamic loads arise structure responses such as strain and stress which roughen pavements inversely and deteriorate pavement surface.
What is the influence of pavement roughness to the structure of the road surface and how to discover the reciprocity between road and vehicles is studied in this paper. We strive to exposure the effect pavement roughness brings into to the performance of road surface, which give a reference to the establishment of the road standards for department of traffic and the design of vehicles for motor-manufactory.
This paper carried on a research to the highway road surface characteristic from the angle of time domain and frequency domain and gained the power spectral density of three typical model road. Firstly, the road surface simulation equipment used to investigate pavement spectral was designed. Secondly, regarding the pavement roughness in the traveling direction as the system input, we simulated the exciting signal of the height of pavement surface irregularities under a uniform velocity, which pave the way to the following long-term research and the establish of the capability-model. Finally, the method Cooley-Tukey was used to attain the power spectral density curve of three typical model road .
Keywords：Pavement roughness; International Roughness Index; Pavement
power spectral density;
目 录
摘 要 I
ABSTRACT II
1 绪 论 - 1 -
1．1课题的提出及意义 - 1 -
1．1．1 平整度对舒适性的影响 - 1 -
1．1．2 平整度对安全性的影响 - 1 -
1．1．3 平整度对经济性能的影响 - 1 -
1．1．4 平整度对路面性能的影响 - 2 -
1．2 车辆与路面相互作用系统的国内外研究现状 - 2 -
1．2．1 美国的LTPP计划 - 2 -
1．2．2 欧洲的PARIS研究 - 3 -
1．2．3 国内的研究 - 3 -
1．3 本课题研究的内容 - 4 -
2 路面平整度 - 5 -
2．1 路面平整度的定义 - 5 -
2．2 国际平整度指数 - 5 -
2．2．1 基本概念 - 5 -
2．2．2 计算模型 - 6 -
3功率谱密度 - 9 -
3．1 各态历经性随机振动的特性 - 9 -
3．1．1 随机过程 - 9 -
3．1．2平稳随机过程 - 9 -
3．1．3各态历经性随机平稳过程 - 10 -
3．2 快速傅立叶变换 - 11 -
3．2．1傅立叶变换 - 11 -
3．2．2 傅立叶积分 - 12 -
3．2．3 离散傅立叶变换 - 12 -
3．2．4 快速傅立叶变换 - 12 -
3．3 功率谱密度的计算 - 18 -
3．3．1 功率谱密度的含义 - 18 -
3．3．2 功率谱密度 - 20 -
3．4路面功率谱密度 - 21 -
3．4．1 空间频率 - 21 -
3．4．2 路面空间功率谱密度 - 21 -
3．4．3 路面功率谱的平滑 - 22 -
3．4．4 路面功率谱密度表示方法和分级标准 - 24 -
4.实验台架的设计及加工 - 27 -
4．1 实验台设计的目的 - 27 -
4．2 实验台设计原理 - 27 -
4．2．1 方案设计 - 27 -
4．2．2 机构设计 - 28 -
4．2．3 模拟路面设计 - 29 -
4．3 实验台主要部件尺寸参数的确定 - 29 -
4．4 三维绘图软件PRO/E绘制零件图 - 29 -
4．5 实验台架的加工及组装 - 31 -
5 实验系统与实验结果分析 - 33 -
5．1 模拟路面信号的采集 - 33 -
5．1．1 实验原理 - 33 -
5．1．2 实验仪器 - 33 -
5．1．3 实验参数设置及实验步骤 - 34 -
5．2 实验结果及分析 - 35 -
5．2．1 高通滤波器的设计 - 35 -
5．2．2 原始数据分析 - 37 -
5．2．3高通滤波 - 38 -
5．2．4 路面功率谱密度 - 42 -
5．2．5路面功率谱的分级 - 44 -
6 结论 - 47 -
7致谢 - 48 -
参考文献 - 49 -
摘 要
随着公路交通的不断发展，路面平整度受到越来越广泛的关注。平整的路面能为车辆提供快速、安全、舒适和经济的行车环境，同时减少车辆对路面的损坏，提高路面的使用性能，延长路面的使用寿命。不平整的路面不仅影响乘车的舒适性，降低行车速度，加速车辆零部件的损坏，增加车辆的运营费用，而且导致车辆振动，激发车辆产生动态作用力，引起路面的应力、应变响应，反过来又增加路表面的不平整度，加剧路面的破损。
本课题研究平整度对路面结构的影响以及路面与车辆相互作用关系这两方面的内容，力图把路面平整度对路面使用性能的影响深刻揭露出来，为交通部门路面标准的设定和汽车研究单位汽车设计参考提供依据。
本论文从时域和频域的角度对公路路面表面特性进行了研究，得出了三种典型路面的功率谱密度。首先，设计了用于路谱研究的路面模拟实验台。其次，以路面行车方向实测不平度为系统输入，数值模拟了匀速下三种路面的高程变化的激励信号，为路面长期性能研究建立路面性能模型提供了依据。 最后，采用柯立——杜开法得到了三种典型路面功率谱密度曲线，并对路面位移功率谱进行了分级、对比。
关键词：国际平整度指数；路面平整度；路面功率谱密度；
ABSTRACT
With the development of highway, pavement roughness has been more and more concerned. Smooth pavements not only provide vehicles with a fast, safe, comfortable and economical traveling environment, but also can decrease the destruction of vehicles to pavements, improve the pavement performance and extend the pavement's life. On the contrary, roughness pavements make travel uncomfortable, reduce vehicle velocity, accelerate the damage of vehicle parts and increase vehicle operating cost. Furthermore, pavement roughness induces vehicle vibration which causes dynamic loads on pavement structure. The dynamic loads arise structure responses such as strain and stress which roughen pavements inversely and deteriorate pavement surface.
What is the influence of pavement roughness to the structure of the road surface and how to discover the reciprocity between road and vehicles is studied in this paper. We strive to exposure the effect pavement roughness brings into to the performance of road surface, which give a reference to the establishment of the road standards for department of traffic and the design of vehicles for motor-manufactory.
This paper carried on a research to the highway road surface characteristic from the angle of time domain and frequency domain and gained the power spectral density of three typical model road. Firstly, the road surface simulation equipment used to investigate pavement spectral was designed. Secondly, regarding the pavement roughness in the traveling direction as the system input, we simulated the exciting signal of the height of pavement surface irregularities under a uniform velocity, which pave the way to the following long-term research and the establish of the capability-model. Finally, the method Cooley-Tukey was used to attain the power spectral density curve of three typical model road .
Keywords：Pavement roughness; International Roughness Index; Pavement
power spectral density;
目 录
摘 要 I
ABSTRACT II
1 绪 论 - 1 -
1．1课题的提出及意义 - 1 -
1．1．1 平整度对舒适性的影响 - 1 -
1．1．2 平整度对安全性的影响 - 1 -
1．1．3 平整度对经济性能的影响 - 1 -
1．1．4 平整度对路面性能的影响 - 2 -
1．2 车辆与路面相互作用系统的国内外研究现状 - 2 -
1．2．1 美国的LTPP计划 - 2 -
1．2．2 欧洲的PARIS研究 - 3 -
1．2．3 国内的研究 - 3 -
1．3 本课题研究的内容 - 4 -
2 路面平整度 - 5 -
2．1 路面平整度的定义 - 5 -
2．2 国际平整度指数 - 5 -
2．2．1 基本概念 - 5 -
2．2．2 计算模型 - 6 -
3功率谱密度 - 9 -
3．1 各态历经性随机振动的特性 - 9 -
3．1．1 随机过程 - 9 -
3．1．2平稳随机过程 - 9 -
3．1．3各态历经性随机平稳过程 - 10 -
3．2 快速傅立叶变换 - 11 -
3．2．1傅立叶变换 - 11 -
3．2．2 傅立叶积分 - 12 -
3．2．3 离散傅立叶变换 - 12 -
3．2．4 快速傅立叶变换 - 12 -
3．3 功率谱密度的计算 - 18 -
3．3．1 功率谱密度的含义 - 18 -
3．3．2 功率谱密度 - 20 -
3．4路面功率谱密度 - 21 -
3．4．1 空间频率 - 21 -
3．4．2 路面空间功率谱密度 - 21 -
3．4．3 路面功率谱的平滑 - 22 -
3．4．4 路面功率谱密度表示方法和分级标准 - 24 -
4.实验台架的设计及加工 - 27 -
4．1 实验台设计的目的 - 27 -
4．2 实验台设计原理 - 27 -
4．2．1 方案设计 - 27 -
4．2．2 机构设计 - 28 -
4．2．3 模拟路面设计 - 29 -
4．3 实验台主要部件尺寸参数的确定 - 29 -
4．4 三维绘图软件PRO/E绘制零件图 - 29 -
4．5 实验台架的加工及组装 - 31 -
5 实验系统与实验结果分析 - 33 -
5．1 模拟路面信号的采集 - 33 -
5．1．1 实验原理 - 33 -
5．1．2 实验仪器 - 33 -
5．1．3 实验参数设置及实验步骤 - 34 -
5．2 实验结果及分析 - 35 -
5．2．1 高通滤波器的设计 - 35 -
5．2．2 原始数据分析 - 37 -
5．2．3高通滤波 - 38 -
5．2．4 路面功率谱密度 - 42 -
5．2．5路面功率谱的分级 - 44 -
6 结论 - 47 -
7致谢 - 48 -
参考文献 - 49 -
