带贮罐类重型车辆建模与操纵稳定性研究

针对带贮罐类重型车辆在转弯或紧急避障时液体晃动与车体运动相互耦合作用引发的侧翻危险,考虑液体质心横向移动产生附加力矩及晃动阻尼影响的基础上,基于参数化的等效单摆模型,运用拉格朗日方程法建立了该类车辆的侧倾动力学模型.利用文中所建立的理论方法,进一步研究该类车辆分别在阶跃转向与双移线两种常见工况下,随着充液比的变化,贮罐液体晃动与车辆侧向运动状态量的耦合效应对车辆操纵稳定性和行驶稳定性的影响.仿真结果表明:阶跃转向时液体晃动对侧倾角和侧倾角速度影响较大,从而降低车辆的侧翻阈值;双移线时液体晃动主要加剧车辆侧倾角速度的波动,使得车辆的横向摆振明显;罐内液体充液比分别为0.5、0.8时,随着车速增大,车辆表现出先摆振后失稳,而后发生侧翻,且充液比越大,工况复杂的更易发生侧翻,将严重影响道路交通安全.     

危化品车辆罐内液体晃动特性分析

对某款危化品车辆在过弯过程中的罐内液体横向晃动动力学特性进行仿真分析,考虑了不同的运输介质、横向防波板安装位置对液体横向晃动造成的影响.以某实际圆柱形罐体为研究对象,通过Solidworks三维软件建立罐体的三维模型,用Fluent设置模拟条件,设置充液比为50％,在相同侧向加速度下,经仿真分析得出液体晃动程度与运输介...     

具有浮动轮的汽车车身自由振动的计算

在建立力学模型的基础上讨论带浮轮汽车底盘弹簧等效刚度系数的计算。利用一般振动理论对力学模型加以分析,并由此导出计算汽车车身自由振动的固有频率公式。     

基于液固双向耦合的罐式半挂车侧翻阈值辨识

为了研究动态条件下液体晃动对于罐式半挂车侧倾稳定性的影响,基于Trucksim和Fluent建立了液固双向耦合仿真模型,并推导了其瞬时液体质心运动轨迹求解方程,在双移线工况下针对不同充液比、不同车速得出侧向力和侧倾力矩变化曲线,分析了液固耦合变化规律;利用微元法思想提取了液体质心,得出了不同充液比下罐内液体质心运动轨迹变化规律,并选取车辆侧倾角和侧向加速度作为侧翻阈值指标对罐式半挂车在该工况下的侧翻阈值进行辨识。结果表明:在充液比较低时,液体晃动对罐式半挂车侧倾稳定性影响占主导地位,且在充液比0.6左右时其侧翻阈值最低,在较高充液比范围液体总质量对车辆侧倾稳定性影响较大。研究结果可为后续罐体优化设计及防侧翻控制策略开发提供理论参考。     

基于液固耦合的圆柱贮箱内液体防晃特性研究

考虑贮箱内液体与防晃板的液固耦合效应,采用商业有限元软件ADINA,分别建立了形状为中竖板、十字竖板、水平环和漏斗式板等4种不同类型防晃挡板的充液贮箱有限元模型.通过模态分析、自由晃动和强迫晃动等数值模拟计算,分别研究了不同类型防晃板对圆柱贮箱内液体晃动固有频率、晃动阻尼、晃动力和晃动力矩等晃动特性的影响.结果表明:由于环形防晃板更能有效的抑制贮箱内液体的晃动效应,同时能降低晃动固有频率,故实际工程中可优先考虑设置环形防晃板,有利于提高充液耦合系统的动力学性能和控制稳定性,对实际工程具有一定的理论参考价值.     

基于等效晃动模型的液罐车防侧翻控制策略

为提高公路液罐车行驶稳定性,减少由其侧翻引起的事故,将液罐内液体货物的晃动等效为单摆运动,结合3自由度车辆模型建立了液罐车等效晃动动力学模型,并提出了基于差动制动的液罐车防侧翻控制策略。通过Trucksim/Simulink联合仿真,比较了不同车速、阶跃工况下,装载等质量的液体货物与固体货物的液罐车的状态变量数值大小,由此证明液体晃动对车辆运动的影响;比较了液罐车在阶跃工况与鱼钩工况下有、无主动控制情况时的状态变量值,证明了本文防侧翻控制策略的有效性。     

重型罐车内液体晃动参数化数学模型辨识

液罐车在转向或制动过程中贮箱内的液体晃动会给车辆操纵稳定性及行驶安全性带来极大的隐患.针对此类现象,对贮箱内液体建立不含阻尼项的等效单摆模型,基于此模型推导出作用在贮箱体上带有参数的力和力矩的表达式;利用数值仿真软件对计算结果进行数据拟合,得到等效模型参数的等效值,使等效力学模型实现了参数化.通过不同工况下利用CFD仿真软件进行的大量数值仿真分析,表明CFD仿真软件与使用本文辨识方法得到的晃动力与晃动力矩结果对比吻合度较高,从而说明了使用本文所提出的方法获得的等效力学模型具有较高的准确度.     

罐式半挂车侧倾稳定性动态耦合仿真

针对传统罐式半挂车液固耦合困难的问题,采用等效机械摆模型模拟圆柱罐体内的液体晃动,利用Trucksim多自由度车辆模型,实现了物理学摆模型与Trucksim模型之间的数据交互。突破了以往只能在恒定加速度下进行流体仿真研究的局限性,建立了基于动态特性的罐式半挂车侧倾稳定性模型。通过Trucksim-Matlab/Simulink联合仿真,在不同工况条件下研究了变充液比情况下罐内液体晃动所带来的冲击效应对罐式半挂车整车侧倾稳定性的影响。在实时动态条件下探讨了不同充液比时,侧向加速度侧翻阈值的变化情况。结果表明:罐式半挂车辆在充液比为0.6左右时侧翻阈值最低,其液体冲击效应在车辆完成规定动作过程中以及完成规定工况后均影响明显。     

中间支撑轴向运动微梁的横向振动研究

首先基于Euler梁模型和修正偶应力理论,利用虚功原理建立中间支撑轴向运动微梁横向自由振动控制方程,采用有限差分法对控制方程进行离散化,结合两端简支的边界条件导出系统广义复特征方程;然后计算并分析轴向运动微梁横向振动固有频率随轴向运动速度、梁厚度、预应力等参数的变化,将部分结果与经典理论所得结果进行了对比,给出了特定参数下的前两阶模态函数,据此说明弹簧刚度及布置位置对系统振动的影响;最后导出计算临界速度的离散方程,讨论了预应力和弹簧刚度对临界速度的影响.结果表明:轴向速度增大则固有频率降低;材料内秉特征尺寸参数对梁的振动特性影响显著;各阶固有频率随着轴向预应力的增大而增大;预应力增大导致临界速度增大;弹簧对固有频率和临界速度的影响不仅与弹簧刚度有关,而且与布置位置有关.     

正弦激励下矩形容器内液体晃动特性研究

为了获得容器内液体的晃动特性,采用数值模拟方法对正弦激励下矩形容器的晃动过程进行研究。通过用户自定义函数实现速度的加载,给定容器的刚体运动,通过计算结果与实验数据的对比验证数值方法的准确性;探究不同激励对矩形容器壁面受力及液面变化作用机制,揭示外部激励频率、激励幅值对液体晃动特性的影响规律。结果表明:一般情况下,液体晃动频率接近于外界激励频率,而当激励频率超过液体固有频率时,晃动频率会小于激励频率;液体晃动频率与外界激励幅值无关,晃动幅度随激励幅值的增大而增大;使外界激励频率远离液体固有频率,可有效抑制液体晃动,达到减震的目的。该结论对非线性激励下载液容器内液体晃动动态响应的预测、保证储液系统的安全运行具有重要的参考价值。     

刚性储罐基底隔震的动力反应

为了降低水平地震激励下圆柱形储罐的地震响应,假定储罐罐壁为刚性运动,液体为理想流体,同时考虑液体自由表面的晃动影响,依据储罐内液体满足的边界条件和势流体理论,给出了动水压力、基底剪力和倾覆力矩的理论表达.利用相同激励下原型罐和等效力学模型罐基底剪力和弯矩等效原则,给出了刚性储罐晃动波高、基底剪力和弯矩的简化表达,建立了...     

液体静压转台系统动力学分析及参数影响

为了控制液体静压转台系统的振动,将液体静压转台系统承载力进行了泰勒展开,从而将非线性油膜力等效简化为弹簧阻尼器系统,建立了液体静压转台系统的有限元模型,并对系统进行模态分析和谐响应分析,研究了油腔几何参数对系统动力学特性的影响,探讨了油腔数目、材料弹性模量、等效油膜刚度及等效油膜阻尼等参数对系统动位移的影响.结果表明:随着油腔外半径、初始油膜厚度和油腔深度的增大,系统的固有频率值将减小;封油边宽度增大,系统固有频率则增大.根据油腔布局的不同可以看到:4油腔系统的动位移最小,16油腔系统的动位移最大,系统在低频范围的动位移比高频范围大.材料弹性模量、等效油膜刚度和等效油膜阻尼对动位移有显著影响.该研究为液体静压转台系统的动态设计和提高转台的加工精度提供了参考依据.     

车辆-钢轨-钢弹簧浮置板道床耦合系统振动特性分析

根据分析动力学原理,建立了列车-轨道结构耦合系统模型。采用ANSYS软件对系统进行了模态分析和谐响应分析,得到了系统的固有频率和振型。根据振动理论得到了地基反力和力传递率幅频特性曲线。以Sperling指标为依据,对乘车舒适度进行了评价分析。进一步研究了不同钢弹簧刚度和阻尼情况下,乘车舒适度和地基反力的变化规律。结果表明:钢弹簧刚度越大,乘车舒适性越好,传至地基的反力越大;钢弹簧阻尼越大,乘车舒适性越好,传至地基的反力也越小。     

橡胶弹簧隔振特性及其影响因素研究

针对工程机械和轨道交通中的振动隔离问题,以橡胶弹簧隔振系统为研究对象,采用理论推导、仿真分析和试验验证相结合的方法,研究了橡胶弹簧的隔振特性及其影响因素.建立了橡胶弹簧的本构方程,提出了橡胶弹簧隔振特性的理论计算方法,进行了橡胶材料的力学特性试验,并结合橡胶弹簧隔振系统的有限元模型,通过仿真分析得出如下结论:橡胶弹簧的隔振特性随激励频率、隔振系统质量、橡胶弹簧刚度和阻尼的变化而变化,且其绝对传递率随橡胶弹簧刚度和阻尼的增加而增大,随隔振系统质量的增大而减少,当激励频率小于28.3rad/s时,绝对传递率随激励频率的增加而增大,当激励频率为28.3rad/s时,绝对传递率达到最大值,当激励频率大于28.3rad/s时,绝对传递率随激励频率的增大而减少.     

车-液耦合动力学建模及液体响应成分对操纵性的影响

针对液罐车辆不同工况下车-液耦合动态响应特性及对整车影响的研究少、液体晃动简化建模理论不足的问题,根据描述液体模型的差异,本文结合液体模型和车辆操纵模型建立了4种液罐车辆动力学模型:1等质量刚体模型;2准静态液体模型;3横向等效单摆模型;4数值液体模型。通过对比不同工况类型和不同工况激烈程度下4种模型的响应差异,分析了不同情况下液体晃动各种响应成分被激发的程度及其对车辆操纵响应的影响,从而确定了不同工况时车-液耦合程度,并给出了建立合理简化模型的建议,为建立液体简化模型和进行液罐车稳定性主动控制奠定基础。     

对接机构综合试验台运动模拟器的固有频率

利用凯恩方程建立了运动模拟器的多刚体动力学模型,导出了系统的广义质量矩阵,然后把运动模拟器的液压缸等效成液压弹簧,推导了系统的广义刚度矩阵,进而建立了运动模拟器的固有频率方程,并对固有频率方程的准确性进行了验证。最后,利用该方程分析了对接机构综合试验台运动模拟器的固有频率特性,为运动模拟器的设计和调试提供了依据。     

充液航天器液体晃动问题解析求解方法研究

为给出微重力条件下Cassini贮箱液体晃动问题的解析求解方法,首先以静平衡液面为基准点线性化液体晃动方程,然后利用特征函数展开法、变分原理及Ritz法等方法,将微重力下自由晃动问题的求解转变为求解矩阵方程的特征值问题.从而利用给出的计算公式求得液体自由晃动的振型和固有频率.因此,通过求解两步矩阵特征值问题,即可解决微重力条件下Cassini贮箱液体晃动问题.     

应用瑞利-里滋法分析储箱内液体晃动模态

将瑞利-里滋法进一步拓展到储箱内液体晃动的模态分析中,结合瑞利商给出储箱内带自由液面液体晃动基频的计算方程,使得瑞利-里滋计算模态的方法得到进一步的扩展,同时对液体晃动基频计算提出更为有效的计算方法.此外,应用有限元程序ADINA,对圆柱形储箱内带自由液面的晃动频率和模态进行数值模拟.研究了液面半径和深度对液体晃动固有频率和模态的影响.模拟得出的结论与瑞利商和里滋法的计算结论基本相符,从而验证了所提出的瑞利-里滋法解析解的有效性.所给出的解析方法适合任意储箱内液体晃动的模态分析.     

储液容器内液体晃动问题的动力学建模与模拟

基于声学模型算法,流体采用声学单元,自由液面"削皮"成膜单元,两者使用弹簧单元连接,建立矩形储液罐三维晃动数学模型.以ABAQUS软件平台,编制相应的分析程序,分析了液体晃动的特征频率、模态,并将其与解析解对比.结果表明:应用本文方法具有较高度,计算结果与理论值吻合较好,为研究储液罐晃动动力特性分析提供了一种新的分析方法.然后,分析了矩形储液罐在不同液体高宽比时,其晃动频率与液体深度、宽度的关系,并从中获得矩形储液晃动的一般规律.     

立式储罐基底隔震的基本理论

鉴于目前储罐基底的隔震研究大都是在Haroun模型的基础上进行的.本文以储罐基底隔震为基础,从储罐的晃动、刚性运动、液固耦联弹性运动出发,根据储罐结构所满足的速度势和边界条件,选择合理的势函数,研究储罐动水压力、波高、基底剪力和弯矩的动响应理论表达.利用相同激励下原型罐和等效力学模型罐基底剪力和弯矩等效原则,求出储罐分析力学模型的等效质量及相对质心高度,建立了隔震三质点控制体系简化分析的力学模型,给出了储罐抗震设计参数波高、基底剪力和弯矩简化分析表达.由Harmilton原理出发,考虑晃动和罐——液耦联振动周期相差较大,将两者作为不耦联运动,建立了隔震体系的运动方程.并对2×104m3和15×104m3储罐隔震和非隔震地震响应进行了时程分析研究,结果表明,基底隔震体系起到了很好的隔震效应.