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機場跑道系統(tǒng)動力學(xué) 版權(quán)信息
- ISBN：9787030729040
- 條形碼：9787030729040 ; 978-7-03-072904-0
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊數(shù)：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>
機場跑道系統(tǒng)動力學(xué) 內(nèi)容簡介
本書系統(tǒng)闡述了機場跑道系統(tǒng)動力學(xué)理論及其在跑道設(shè)計與評價中的應(yīng)用。本書共九章，主要內(nèi)容包括機場跑道系統(tǒng)動力學(xué)的學(xué)術(shù)思想與基本原理，機場跑道系統(tǒng)動力學(xué)模型與求解方法、虛擬樣機-有限元聯(lián)合仿真方法，滑跑激振和著陸沖擊作用下飛機-跑道的動力學(xué)響應(yīng)及其實測、感知技術(shù)，機場跑道系統(tǒng)動力效應(yīng)分析與表達，以及機場跑道系統(tǒng)動力學(xué)在道面結(jié)構(gòu)設(shè)計和性能評價中的應(yīng)用。
機場跑道系統(tǒng)動力學(xué) 目錄
目錄
前言
第1章 機場跑道系統(tǒng)動力學(xué)導(dǎo)論 1
1.1 機場跑道系統(tǒng)及其動力學(xué)特征 1
1.2 機場跑道系統(tǒng)動力學(xué)的基本概念 2
1.3 機場跑道系統(tǒng)動力學(xué)的學(xué)術(shù)思想 6
1.4 機場跑道系統(tǒng)動力學(xué)的研究方法 6
第2章 機場跑道系統(tǒng)動力學(xué)的基本原理 8
2.1 機場跑道系統(tǒng)的動力學(xué)組成 8
2.1.1 跑道結(jié)構(gòu)子系統(tǒng) 8
2.1.2 飛機子系統(tǒng) 10
2.1.3 環(huán)境子系統(tǒng) 11
2.2 機場跑道系統(tǒng)動力學(xué)作用 14
2.2.1 飛機荷載作用 14
2.2.2 環(huán)境作用 16
2.3 機場跑道系統(tǒng)動力學(xué)參數(shù) 16
2.4 機場跑道系統(tǒng)動力學(xué)關(guān)鍵影響因素 18
2.4.1 非線性因素 18
2.4.2 非均勻因素 20
2.5 機場跑道系統(tǒng)動力學(xué)分析原理 21
參考文獻 24
第3章 機場跑道系統(tǒng)動力學(xué)模型與求解方法 25
3.1 機場跑道系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的離散化 25
3.2 機場跑道系統(tǒng)動力學(xué)模型的建立 26
3.2.1 動力學(xué)運動方程建立方法 26
3.2.2 飛機子系統(tǒng)非線性振動模型 27
3.2.3 跑道結(jié)構(gòu)子系統(tǒng)非線性振動模型 32
3.2.4 飛機-跑道相互作用系統(tǒng)非線性模型 35
3.3 機場跑道系統(tǒng)動力學(xué)模型參數(shù)取值 37
3.3.1 跑道結(jié)構(gòu)的常規(guī)參數(shù)取值 37
3.3.2 飛機的常規(guī)參數(shù)取值 37
3.3.3 飛機-跑道相互作用系統(tǒng)的動力學(xué)參數(shù)取值 39
3.4 機場跑道系統(tǒng)動力學(xué)模型求解方法 45
3.4.1 確定性振動分析求解方法 45
3.4.2 隨機振動分析求解方法 48
3.4.3 機場跑道系統(tǒng)振動分析求解方法比選 51
參考文獻 51
第4章 機場跑道系統(tǒng)動力學(xué)虛擬樣機-有限元聯(lián)合仿真方法 54
4.1 飛機虛擬樣機動力學(xué)仿真方法 54
4.1.1 ADAMS/Aircraft平臺 54
4.1.2 飛機虛擬樣機建模 56
4.1.3 整機模型裝配與仿真 70
4.2 大型三維有限元道基-道面數(shù)值模型 73
4.2.1 道面結(jié)構(gòu)力學(xué)模型 73
4.2.2 單元類型及網(wǎng)格密度 74
4.2.3 模型尺寸及邊界條件 77
4.2.4 剛性道面的接縫傳荷模型 78
4.2.5 層間接觸模型 80
4.3 飛機-跑道空間耦合動力學(xué)聯(lián)合仿真 82
參考文獻 84
第5章 滑跑激振作用下的飛機-跑道動力學(xué)響應(yīng) 86
5.1 跑道全斷面不平整數(shù)據(jù)采集 86
5.1.1 國內(nèi)跑道不平整數(shù)據(jù)實測 87
5.1.2 國外跑道不平整數(shù)據(jù)收集 89
5.2 跑道三維隨機不平整頻譜模型 91
5.2.1 功率譜密度 91
5.2.2 相干函數(shù)coh 95
5.2.3 三維不平整空間域模型重構(gòu) 98
5.3 基于虛擬激勵法的飛機-跑道動力響應(yīng)解析 101
5.3.1 非線性系統(tǒng)模型的統(tǒng)計線性化 101
5.3.2 不考慮升力作用的飛機動力學(xué)響應(yīng) 104
5.3.3 考慮升力作用的飛機動力學(xué)響應(yīng) 109
5.3.4 跑道的動力學(xué)響應(yīng)分析 112
5.4 飛機-跑道動力學(xué)響應(yīng)的數(shù)值仿真分析 114
5.4.1 數(shù)值仿真模型 114
5.4.2 飛機的動力學(xué)響應(yīng)分析 115
5.4.3 跑道的動力學(xué)響應(yīng)分析 120
參考文獻 123
第6章 著陸沖擊作用下的飛機-跑道動力學(xué)響應(yīng) 125
6.1 飛機著陸沖擊過程 125
6.2 飛機著陸沖擊的接觸力分析 126
6.2.1 豎向荷載 126
6.2.2 縱向荷載 128
6.2.3 側(cè)向荷載 129
6.3 基于ADAMS/Aircraft的飛機-跑道動力學(xué)響應(yīng)數(shù)值分析 129
6.3.1 著陸過程仿真分析 129
6.3.2 剛性道面的動力學(xué)響應(yīng)分析 131
6.4 基于時變法的飛機-跑道動力學(xué)響應(yīng)解析 133
6.4.1 時變法計算模型 133
6.4.2 飛機和跑道的動力學(xué)響應(yīng)分析 134
參考文獻 137
第7章 機場跑道系統(tǒng)動力響應(yīng)的實測與感知 139
7.1 基于足尺加速加載試驗的動力響應(yīng)感知 139
7.1.1 足尺加速加載設(shè)備 139
7.1.2 足尺加速加載試驗方案 141
7.1.3 復(fù)合道面瀝青層的加速加載試驗實測動力響應(yīng) 143
7.1.4 有限元模擬動力響應(yīng)的驗證 147
7.2 基于FWD的動力響應(yīng)測試方法 148
7.3 智能跑道現(xiàn)場動力感知系統(tǒng) 150
7.3.1 上海浦東國際機場四跑道性狀感知系統(tǒng) 150
7.3.2 成都天府國際機場智能跑道系統(tǒng) 153
7.3.3 北京首都國際機場跑道協(xié)同預(yù)警平臺 155
7.4 飛機振動響應(yīng)實測 159
7.4.1 飛機駕駛模擬器的振動數(shù)據(jù) 159
7.4.2 實機滑跑振動數(shù)據(jù)采集 161
參考文獻 162
第8章 機場跑道系統(tǒng)動力效應(yīng)分析與表達 164
8.1 飛機荷載的動力作用與靜力作用 164
8.1.1 激振動力作用 164
8.1.2 沖擊動力作用 169
8.2 動力學(xué)參數(shù)分析 170
8.2.1 質(zhì)量參數(shù)分析 170
8.2.2 動態(tài)模量參數(shù)分析 172
8.2.3 阻尼系數(shù)參數(shù)分析 173
8.3 材料非線性因素的分析 175
8.3.1 瀝青混凝土的黏彈性 175
8.3.2 土基及粒料的非線性 178
8.4 非均勻因素的分析 181
8.4.1 層間接觸的非均勻 181
8.4.2 道基支撐的非均勻 184
8.4.3 多輪疊加的非均勻 185
8.5 溫度因素的分析 187
8.6 機場跑道系統(tǒng)動力效應(yīng)表達 189
參考文獻 190
第9章 機場跑道系統(tǒng)動力學(xué)的應(yīng)用 191
9.1 隨機激勵下道基空間變形 191
9.1.1 隨機激勵下道基空間變形計算方法 191
9.1.2 隨機激勵下道基空間變形特征 193
9.2 基于動力行為的剛性道面空間累積損傷 197
9.2.1 基于動力作用下空間累積損傷的剛性道面設(shè)計原理 197
9.2.2 累積損傷橫向分布 201
9.2.3 累積損傷縱向分布 202
9.3 考慮飛機空間振動的跑道平整度評價方法 203
9.3.1 跑道平整度評價模型 203
9.3.2 跑道平整度評價指標(biāo) 206
9.4 基于剛性道面板振動的板底脫空評價 207
9.5 基于鄰板振動感知的接縫傳荷能力評價 211
參考文獻 214
后記 216
前言
第1章 機場跑道系統(tǒng)動力學(xué)導(dǎo)論 1
1.1 機場跑道系統(tǒng)及其動力學(xué)特征 1
1.2 機場跑道系統(tǒng)動力學(xué)的基本概念 2
1.3 機場跑道系統(tǒng)動力學(xué)的學(xué)術(shù)思想 6
1.4 機場跑道系統(tǒng)動力學(xué)的研究方法 6
第2章 機場跑道系統(tǒng)動力學(xué)的基本原理 8
2.1 機場跑道系統(tǒng)的動力學(xué)組成 8
2.1.1 跑道結(jié)構(gòu)子系統(tǒng) 8
2.1.2 飛機子系統(tǒng) 10
2.1.3 環(huán)境子系統(tǒng) 11
2.2 機場跑道系統(tǒng)動力學(xué)作用 14
2.2.1 飛機荷載作用 14
2.2.2 環(huán)境作用 16
2.3 機場跑道系統(tǒng)動力學(xué)參數(shù) 16
2.4 機場跑道系統(tǒng)動力學(xué)關(guān)鍵影響因素 18
2.4.1 非線性因素 18
2.4.2 非均勻因素 20
2.5 機場跑道系統(tǒng)動力學(xué)分析原理 21
參考文獻 24
第3章 機場跑道系統(tǒng)動力學(xué)模型與求解方法 25
3.1 機場跑道系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的離散化 25
3.2 機場跑道系統(tǒng)動力學(xué)模型的建立 26
3.2.1 動力學(xué)運動方程建立方法 26
3.2.2 飛機子系統(tǒng)非線性振動模型 27
3.2.3 跑道結(jié)構(gòu)子系統(tǒng)非線性振動模型 32
3.2.4 飛機-跑道相互作用系統(tǒng)非線性模型 35
3.3 機場跑道系統(tǒng)動力學(xué)模型參數(shù)取值 37
3.3.1 跑道結(jié)構(gòu)的常規(guī)參數(shù)取值 37
3.3.2 飛機的常規(guī)參數(shù)取值 37
3.3.3 飛機-跑道相互作用系統(tǒng)的動力學(xué)參數(shù)取值 39
3.4 機場跑道系統(tǒng)動力學(xué)模型求解方法 45
3.4.1 確定性振動分析求解方法 45
3.4.2 隨機振動分析求解方法 48
3.4.3 機場跑道系統(tǒng)振動分析求解方法比選 51
參考文獻 51
第4章 機場跑道系統(tǒng)動力學(xué)虛擬樣機-有限元聯(lián)合仿真方法 54
4.1 飛機虛擬樣機動力學(xué)仿真方法 54
4.1.1 ADAMS/Aircraft平臺 54
4.1.2 飛機虛擬樣機建模 56
4.1.3 整機模型裝配與仿真 70
4.2 大型三維有限元道基-道面數(shù)值模型 73
4.2.1 道面結(jié)構(gòu)力學(xué)模型 73
4.2.2 單元類型及網(wǎng)格密度 74
4.2.3 模型尺寸及邊界條件 77
4.2.4 剛性道面的接縫傳荷模型 78
4.2.5 層間接觸模型 80
4.3 飛機-跑道空間耦合動力學(xué)聯(lián)合仿真 82
參考文獻 84
第5章 滑跑激振作用下的飛機-跑道動力學(xué)響應(yīng) 86
5.1 跑道全斷面不平整數(shù)據(jù)采集 86
5.1.1 國內(nèi)跑道不平整數(shù)據(jù)實測 87
5.1.2 國外跑道不平整數(shù)據(jù)收集 89
5.2 跑道三維隨機不平整頻譜模型 91
5.2.1 功率譜密度 91
5.2.2 相干函數(shù)coh 95
5.2.3 三維不平整空間域模型重構(gòu) 98
5.3 基于虛擬激勵法的飛機-跑道動力響應(yīng)解析 101
5.3.1 非線性系統(tǒng)模型的統(tǒng)計線性化 101
5.3.2 不考慮升力作用的飛機動力學(xué)響應(yīng) 104
5.3.3 考慮升力作用的飛機動力學(xué)響應(yīng) 109
5.3.4 跑道的動力學(xué)響應(yīng)分析 112
5.4 飛機-跑道動力學(xué)響應(yīng)的數(shù)值仿真分析 114
5.4.1 數(shù)值仿真模型 114
5.4.2 飛機的動力學(xué)響應(yīng)分析 115
5.4.3 跑道的動力學(xué)響應(yīng)分析 120
參考文獻 123
第6章 著陸沖擊作用下的飛機-跑道動力學(xué)響應(yīng) 125
6.1 飛機著陸沖擊過程 125
6.2 飛機著陸沖擊的接觸力分析 126
6.2.1 豎向荷載 126
6.2.2 縱向荷載 128
6.2.3 側(cè)向荷載 129
6.3 基于ADAMS/Aircraft的飛機-跑道動力學(xué)響應(yīng)數(shù)值分析 129
6.3.1 著陸過程仿真分析 129
6.3.2 剛性道面的動力學(xué)響應(yīng)分析 131
6.4 基于時變法的飛機-跑道動力學(xué)響應(yīng)解析 133
6.4.1 時變法計算模型 133
6.4.2 飛機和跑道的動力學(xué)響應(yīng)分析 134
參考文獻 137
第7章 機場跑道系統(tǒng)動力響應(yīng)的實測與感知 139
7.1 基于足尺加速加載試驗的動力響應(yīng)感知 139
7.1.1 足尺加速加載設(shè)備 139
7.1.2 足尺加速加載試驗方案 141
7.1.3 復(fù)合道面瀝青層的加速加載試驗實測動力響應(yīng) 143
7.1.4 有限元模擬動力響應(yīng)的驗證 147
7.2 基于FWD的動力響應(yīng)測試方法 148
7.3 智能跑道現(xiàn)場動力感知系統(tǒng) 150
7.3.1 上海浦東國際機場四跑道性狀感知系統(tǒng) 150
7.3.2 成都天府國際機場智能跑道系統(tǒng) 153
7.3.3 北京首都國際機場跑道協(xié)同預(yù)警平臺 155
7.4 飛機振動響應(yīng)實測 159
7.4.1 飛機駕駛模擬器的振動數(shù)據(jù) 159
7.4.2 實機滑跑振動數(shù)據(jù)采集 161
參考文獻 162
第8章 機場跑道系統(tǒng)動力效應(yīng)分析與表達 164
8.1 飛機荷載的動力作用與靜力作用 164
8.1.1 激振動力作用 164
8.1.2 沖擊動力作用 169
8.2 動力學(xué)參數(shù)分析 170
8.2.1 質(zhì)量參數(shù)分析 170
8.2.2 動態(tài)模量參數(shù)分析 172
8.2.3 阻尼系數(shù)參數(shù)分析 173
8.3 材料非線性因素的分析 175
8.3.1 瀝青混凝土的黏彈性 175
8.3.2 土基及粒料的非線性 178
8.4 非均勻因素的分析 181
8.4.1 層間接觸的非均勻 181
8.4.2 道基支撐的非均勻 184
8.4.3 多輪疊加的非均勻 185
8.5 溫度因素的分析 187
8.6 機場跑道系統(tǒng)動力效應(yīng)表達 189
參考文獻 190
第9章 機場跑道系統(tǒng)動力學(xué)的應(yīng)用 191
9.1 隨機激勵下道基空間變形 191
9.1.1 隨機激勵下道基空間變形計算方法 191
9.1.2 隨機激勵下道基空間變形特征 193
9.2 基于動力行為的剛性道面空間累積損傷 197
9.2.1 基于動力作用下空間累積損傷的剛性道面設(shè)計原理 197
9.2.2 累積損傷橫向分布 201
9.2.3 累積損傷縱向分布 202
9.3 考慮飛機空間振動的跑道平整度評價方法 203
9.3.1 跑道平整度評價模型 203
9.3.2 跑道平整度評價指標(biāo) 206
9.4 基于剛性道面板振動的板底脫空評價 207
9.5 基于鄰板振動感知的接縫傳荷能力評價 211
參考文獻 214
后記 216
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機場跑道系統(tǒng)動力學(xué) 節(jié)選
第1章 機場跑道系統(tǒng)動力學(xué)導(dǎo)論 飛機滑跑、起降等地面運動的動力特征明顯，且速度快、重量大、起落架構(gòu)型復(fù)雜的新一代大型飛機進一步強化了對跑道的動力作用，進而產(chǎn)生傳統(tǒng)靜力學(xué)難以分析解釋的跑道結(jié)構(gòu)問題。因此，機場跑道系統(tǒng)動力學(xué)充分考慮機場跑道系統(tǒng)的動力學(xué)特征，將道基-道面-荷載-環(huán)境視為相互關(guān)聯(lián)的整體大系統(tǒng)，以飛機輪胎-跑道道面相互作用和環(huán)境作用為紐帶，綜合考察不同跑道結(jié)構(gòu)、不同飛機運動、不同環(huán)境條件下各子系統(tǒng)之間的動力相互作用和動力行為。系統(tǒng)動力學(xué)的研究方法主要包括理論模型解析、計算機數(shù)值仿真和現(xiàn)場實測感知等。 1.1 機場跑道系統(tǒng)及其動力學(xué)特征 跑道是支撐飛機起降、滑跑的基礎(chǔ)平臺，包括道基-道面整體結(jié)構(gòu)，一般分為面層、基層、底基層、墊層和土基等結(jié)構(gòu)層。跑道在服役期間，承受頻繁的飛機荷載作用以及溫度、濕度等環(huán)境的循環(huán)作用。因此，道基-道面-荷載-環(huán)境共同構(gòu)成相互關(guān)聯(lián)的整體大系統(tǒng)。 飛機在跑道上的運動行為包括起飛和降落兩個階段。在起飛階段，包括以下動作。①轉(zhuǎn)彎/掉頭：由滑行道轉(zhuǎn)向跑道準(zhǔn)備起飛。②低速制動：飛機在跑道等待起飛時滑跑控制。③加速起飛滑跑：飛機在跑道上加速準(zhǔn)備起飛。④中斷起飛-高速制動：飛機由于未能獲得足夠的起飛速度，緊急制動。⑤起飛滑跑抬前輪：飛機即將脫離跑道，前輪抬起。在降落階段，包括以下動作。①著陸接地沖擊：飛機航行結(jié)束，由跑道著陸。②高速制動：飛機降落，滑跑降低速度。③低速滑跑：飛機在跑道上滑跑駛向滑行道。④轉(zhuǎn)彎：飛機脫離跑道轉(zhuǎn)向滑行道。顯然，這些運動行為會不同程度地對跑道道面產(chǎn)生動力作用。 填料的濕化變形、飛機荷載作用導(dǎo)致的永久變形、道基的不均勻沉降以及道面錯臺、凹陷等病害都會引起跑道的不平整。大型飛機滑跑速度高達360km/h，跑道不平整會對高速滑跑飛機產(chǎn)生激振效應(yīng)，造成飛機振動顛簸。這種振動顛簸不僅影響乘客舒適性，加速飛機機械部件疲勞損傷，還影響飛行員對飛機的操縱，嚴重威脅飛行安全。同時，飛機的振動反過來又將增加對道面的沖擊作用，加速跑道結(jié)構(gòu)的動力破壞和不平整度劣化，縮短道面的服役壽命。 飛機荷載獨*的運行行為和道面不平整特性決定了跑道動力學(xué)破壞問題，溫度、濕度等環(huán)境的循環(huán)作用則加劇了這種動力破壞。由于熱脹冷縮效應(yīng)，道面會因溫度差產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，引起跑道道面的翹曲變形；濕度隨大氣降水和蒸發(fā)以及地下水位的變化而發(fā)生波動，道基和粒料層的模量也相應(yīng)地出現(xiàn)循環(huán)變化。無論是溫度內(nèi)應(yīng)力還是濕度造成的材料力學(xué)參數(shù)的變化，都會與飛機荷載動力作用產(chǎn)生疊加效應(yīng)，進而加劇跑道結(jié)構(gòu)的動力破壞。 1.2 機場跑道系統(tǒng)動力學(xué)的基本概念 1.動力問題和靜力問題 動力問題不同于靜力問題主要體現(xiàn)在以下兩個方面：①動載隨著時間變化，需求出歷程時間范圍內(nèi)的所有解，而靜載只有一個解。②動力作用下結(jié)構(gòu)會產(chǎn)生變化的加速度（大小或方向隨著時間快速變化），這些變化的加速度會形成與其方向相反的慣性力；同時，結(jié)構(gòu)在運動過程中會發(fā)生能量耗散，變化的速度又產(chǎn)生與其相反的阻尼力。所以，整個結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的內(nèi)力不僅要抵抗動力作用，還要平衡慣性力和阻尼力。因此，動力問題的外因是隨著時間變化的動載，內(nèi)因是結(jié)構(gòu)存在慣性力和阻尼力，并且以慣性力為主。 動力問題和靜力問題*顯著的差異在于結(jié)構(gòu)是否能夠抵抗慣性力。也就是說，如果慣性力為定值或為0，整個動力問題就退化為靜力問題，如下列三種情況。①加速度為0：如飛機停在道口，這時荷載是靜力的，其大小用重力來表征。②加速度值很。杭铀俣戎岛苄(dǎo)致慣性力可以忽略不計，這時動力問題與靜力問題分析結(jié)果相差很小，如微風(fēng)吹過整個跑道結(jié)構(gòu)，整個跑道結(jié)構(gòu)基本沒有加速度，這時動力分析的意義不大。③加速度值比較大，但是變化很小，如飛機以恒定加速度爬升，這時慣性力其實是恒力。由此可見，若動載對結(jié)構(gòu)的影響與靜載相差甚微，這種情況仍然屬于靜力問題。 2.動載與移動荷載 作用在結(jié)構(gòu)上的荷載，常常按照結(jié)構(gòu)的反應(yīng)特點、荷載的作用位置進行分類。按照結(jié)構(gòu)的反應(yīng)特點可分為靜載和動載兩類。對于跑道結(jié)構(gòu)，靜載是使跑道結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的加速度可以忽略不計的荷載，如跑道自身的重力等。反之，動載是大小、方向或作用點隨著時間變化很快的荷載，這里的快慢可以用是否產(chǎn)生顯著的加速度來判斷。顯著與否的判斷標(biāo)準(zhǔn)是運動加速度所引起的慣性力與荷載相比是否可以忽略，如地震作用、不平整激振作用和沖擊作用。 按照荷載作用位置可分為固定荷載和移動荷載兩類。固定荷載是指作用位置不變的荷載，如停在跑道等待區(qū)的飛機自身重力等；移動荷載是指可以在結(jié)構(gòu)上自由移動的荷載，如起降飛機的胎壓等。 因此，動力學(xué)中的動載與移動荷載不是同一個概念，動載既可以是移動荷載，也可以是固定荷載；移動荷載可能是靜載，也可能是動載。 3.動力作用與靜力作用的區(qū)別 為了將動力作用與靜力作用產(chǎn)生的區(qū)別進行直觀比較，這里將跑道整體結(jié)構(gòu)簡化為具有質(zhì)量m、剛度k和阻尼c的單自由度系統(tǒng)，飛機荷載假設(shè)為單點作用p（t），此時跑道結(jié)構(gòu)模型如圖1.1所示。 整個跑道結(jié)構(gòu)的振動方程可用式（1.1）表示： （1.1） 跑道結(jié)構(gòu)的頻響函數(shù)為 （1.2） 當(dāng)p（t）為靜載作用（圖1.2）時，整個跑道系統(tǒng)表面的位移如式（1.3）所示： （1.3） 當(dāng)p為幅值、角頻率為ω的簡諧荷載時，（圖1.3），此時整個跑道系統(tǒng)的位移如式（1.4）所示： （1.4） 式中，為荷載頻率與系統(tǒng)固有自由振動頻率之比；為系統(tǒng)的阻尼比。 （1.5） （1.6） 那么動載與靜載相比，造成跑道結(jié)構(gòu)表面位移的放大系數(shù)D可表示為 （1.7） 式（1.7）表明，盡管動載的*大值和靜載相同，但是由于動載會造成結(jié)構(gòu)系統(tǒng)存在慣性力，會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的響應(yīng)大不相同。當(dāng)阻尼比=0.1、頻率比取不同值時，放大系數(shù)D的變化曲線如圖1.4所示，放大系數(shù)甚至可達到5倍。 通過以上分析發(fā)現(xiàn)，很小的靜載只能產(chǎn)生很小的靜位移，但如果變成動載，產(chǎn)生的動位移可能很大。結(jié)構(gòu)在動載的作用下，因為慣性產(chǎn)生與靜載不同的運動形式，這是動力學(xué)與靜力學(xué)的*大區(qū)別。當(dāng)然，實際上跑道動載形式不會是簡諧荷載這么簡單，跑道結(jié)構(gòu)也不會是單自由度系統(tǒng)，但這個例子證明了跑道系統(tǒng)動力學(xué)分析的必要性和重要性。 4.確定性動力作用與隨機動力作用 如果動力作用隨時間的變化規(guī)律是完全已知的，在時間軸上能通過特定的函數(shù)刻畫出來，則稱為確定性動力作用，它可以是強振動、脈沖和不規(guī)則振動。任何特定的結(jié)構(gòu)體系在確定性動力作用下的反應(yīng)分析即為確定性分析。與之相對，動力作用隨時間的變化規(guī)律不是完全已知的，在動力分析之前是不可以預(yù)先確定的，但是可以從統(tǒng)計方面進行定義，如它的均值、方差、功率譜等，這種稱為隨機動力作用，它不能進行確定性描述，但是受概率統(tǒng)計規(guī)律所制約，常見的地震作用、風(fēng)荷載、跑道不平整可視為具有隨機性質(zhì)的非確定性動力作用，相應(yīng)的分析方法為非確定性分析方法。 在彈性結(jié)構(gòu)體系中，位移是一個非常關(guān)鍵的中間變量，任意動載作用下結(jié)構(gòu)的反應(yīng)都可以用結(jié)構(gòu)的位移來表示。因此，在確定性動力作用下，通過確定性分析可直接導(dǎo)出結(jié)構(gòu)體系的位移-時間歷程，進而能實現(xiàn)剪力、軸力、應(yīng)力等分析。對于隨機動力作用，通常提供有關(guān)位移的統(tǒng)計資料，通過非確定性分析實現(xiàn)對結(jié)構(gòu)體系位移的統(tǒng)計輸出。這時位移隨時間的變化是不確定的，因此結(jié)構(gòu)的應(yīng)力、內(nèi)力等還需借助特定的非確定性分析方法直接計算，而不是由位移計算。 5.動力學(xué)模型與靜力學(xué)模型 在建立模型的過程中，靜力學(xué)和動力學(xué)考慮的重點是不一樣的（圖1.5），主要體現(xiàn)在以下兩個方面：**個方面是動力學(xué)參數(shù)方面。靜力結(jié)構(gòu)主要關(guān)心結(jié)構(gòu)的剛度、約束、桿件尺寸、截面特性等；動力結(jié)構(gòu)則更關(guān)心結(jié)構(gòu)的質(zhì)量、剛度、阻尼、約束、頻率和振型等。以阻尼系數(shù)為例，如果是靜力學(xué)分析，跑道結(jié)構(gòu)的*大位移 只與剛度系數(shù)有關(guān)，而與阻尼系數(shù)沒有關(guān)系[式（1.3）]。但是，在動力學(xué)分析中阻尼比的設(shè)置會使結(jié)果相差數(shù)倍[式（1.7）]。第二個方面是靜力分析中非線性、非均勻效應(yīng)不太敏感，而在動力分析中可能有顯著差異的問題。非線性問題包括材料非線性（不滿足完全彈性假設(shè)）、幾何非線性（不滿足小變形假設(shè)）、邊界非線性（兩個介質(zhì)之間的接觸非線性）。非均勻問題包括飛機復(fù)雜起落架的多輪疊加、道基不均勻支撐、板底局部脫空等。 1.3 機場跑道系統(tǒng)動力學(xué)的學(xué)術(shù)思想 機場跑道系統(tǒng)動力學(xué)的學(xué)術(shù)思想是將跑道結(jié)構(gòu)的道基-道面系統(tǒng)、飛機系統(tǒng)、環(huán)境系統(tǒng)視為整體大系統(tǒng)，將輪胎-道面相互作用和環(huán)境作用作為連接的紐帶，綜合考察飛機不同運動行為、不同環(huán)境因素下整體大系統(tǒng)的動態(tài)運動規(guī)律與相互作用特性。系統(tǒng)動力學(xué)與傳統(tǒng)靜力學(xué)結(jié)果會產(chǎn)生顯著差異，并且系統(tǒng)動力學(xué)更加接近機場跑道實際客觀情況。 機場跑道系統(tǒng)動力學(xué)包括三個要素：動態(tài)激勵輸入、動力結(jié)構(gòu)系統(tǒng)、動態(tài)響應(yīng)輸出。其中，道基-道面-飛機-環(huán)境整個系統(tǒng)的組成是動力的、作用是動力的、參數(shù)是動力的，分析方法也是動力學(xué)的。其內(nèi)涵包括：①道基-道面是整體協(xié)同的結(jié)構(gòu)，兩者相互作用、相互影響。②飛機和跑道兩個子系統(tǒng)的相互作用關(guān)系是動力學(xué)的核心。③飛機荷載作用是獨*的，包括激振作用、沖擊作用、升力作用。④環(huán)境因素是滲透的。溫度、濕度影響跑道結(jié)構(gòu)動力學(xué)參數(shù)，同時風(fēng)對飛機有動力作用，地震波對跑道結(jié)構(gòu)也有動力破壞作用。 機場跑道系統(tǒng)動力學(xué)旨在揭示機場跑道系統(tǒng)在動力作用（包括環(huán)境作用、荷載作用）下的動態(tài)響應(yīng)規(guī)律，為結(jié)構(gòu)動力設(shè)計、評價提供科學(xué)依據(jù)。例如，機場跑道系統(tǒng)動力學(xué)可確定在動載作用下跑道結(jié)構(gòu)可能產(chǎn)生的*大內(nèi)應(yīng)力，以此作為強度設(shè)計的依據(jù)；確定飛機振動、位移、速度和加速度不超過許可值，以此作為跑道平整度的評價依據(jù)。 1.4 機場跑道系統(tǒng)動力學(xué)的研究方法 對動力作用下結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的位移求導(dǎo)兩次后得到加速度，因此慣性力是由結(jié)構(gòu)隨時間變化的位移產(chǎn)生的，反過來位移又受慣性力大小的影響，這個循環(huán)其實是一個相互作用過程；同時，結(jié)構(gòu)體系各個部分所表現(xiàn)出來的位移是不同的，全部慣性力的確定就需要明確每個點的位移和加速度。因此，研究機場跑道系統(tǒng)動力學(xué)的核心是偏微分方程組的描述和解答。實際上，跑道結(jié)構(gòu)和飛機都具有無限自由度，將無限自由度問題轉(zhuǎn)化為有限自由度的過程就是結(jié)構(gòu)離散化。對結(jié)構(gòu)進行合理的離散化也是動力學(xué)問題求解過程中的必要步驟。
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