磁流变阻尼器在工程车辆悬架系统中的应用

为了改善工程车辆的乘坐舒适性和操纵稳定性,针对工程车辆被动式悬架系统存在阻尼固定、变化范围小的缺点,采用磁流变阻尼器,设计了其模糊控制器,建立工程车辆悬架系统的半主动控制模型,并用白噪声信号模拟路面情况进行仿真分析,结果表明:采用模糊控制的磁流变阻尼器的半主动悬架与被动悬架相比,可以有效地降低振动的加速度峰值,减振效果明显。     

基于PSSH电路的悬架系统馈能发电研究

车辆行驶时因路面不平整引起车身振动的能量,可通过悬架系统的阻尼以热能形式耗散. 为了提升车辆系统能源利用率,悬架振动能量回收技术越来越受到关注. 提出了一种针对直线电机的振动能量回收电路——并联同步开关能量回收(parallel synchronous switch harvesting,PSSH)电路,完成了该电路在恒定激振位移下回收功率的理论分析和计算. 对标准能量回收电路、并联同步开关能量回收电路进行仿真比较并进行实验验证. 结果表明,并联同步开关能量回收电路的回收功率与负载的变化无关且始终保持在较高的水平,具有优越的性能.     

多轴大货车对路面的动作用力研究

为研究大型载重货车对路面的动作用力,建立了五自由度三轴货车动力学模型,以路面随机不平度为激扰,研究车辆动载荷和动载系数随路面等级、车速、载重量、悬架参数的变化规律.结果表明:路面等级下降、提高车速都会使三轴货车各轮动载荷和动载系数增大;减小平衡悬架阻尼和增大平衡悬架刚度,则对三轴货车的中间轮和后轮的动载荷影响比较大;提高载重量,车辆各轮对路面的总作用力增大.     

车辆悬架非线性对不平整桥面桥梁耦合振动的影响

针对悬架车辆与桥梁的非线性耦合作用,提出一种新的四自由度非线性悬架半车模型的振动微分方程;采用基于威尔逊-θ法开发的微分方程求解程序求解车辆振动响应;利用有限元方法,得出了不同桥面不平度桥梁在不同车速作用下的挠度动态响应规律。数值分析表明:车辆悬架系统的特性对桥梁动荷载系数影响较大,在文中设定的非线性悬架参数车辆作用下,考虑车辆的非线性悬架系统使得简支梁的动荷载系数显著减小;连续梁的动荷载系数普遍大于相应车速下线性悬架车辆作用下的动荷载系数,尤其在桥面状况较差且货车通常运行的低速时较明显,非线性悬架系统车辆会加剧连续梁耦合振动。     

多传感器的车辆装载状态动态监测方法

为了研究车辆装载状态实时监测方法,建立了路面随机高程激励仿真模型,并将其作为二自由度四参数的1/4车辆振动模型的输入激励。在不同运行工况下用SIMULINK对悬架动态特性进行仿真分析,得到悬架动行程与动载荷具有全局线性关系。基于悬架动态特性分析结果,提出了一种多传感器的车辆装载状态动态监测方法。以解放赛龙Ⅱ重型载货汽车为试验车、MC9S12XEP100单片机为车载终端,设计开发了车辆载荷动态监测预警系统平台,并进行了标定试验。在A等级路面、不同车速的状态下,采用预设货物滑移的方法进行了道路试验。试验结果表明:该方法实现了车辆装载状态的实时监测,为车辆行驶过程中装载状态异常监测预警提供了一种新方法。     

基于模糊PID控制器的麦弗逊悬架联合仿真研究

通过实验测出磁流变阻尼器在不同电流作用下的力与速度关系的阻尼系数特征数据,并将所得阻尼数据导入麦弗逊悬架多体动力学模型;计算簧载质量速度及其变化率作为主动悬架控制的输出量;半主动悬架采用模糊PID复合控制器,用模糊控制策略对PID控制器在给定的参数范围内进行在线实时调整;在MATLAB中搭建悬架系统联合仿真模型。仿真计算结果表明:在各不同车速阶段,采用模糊PID复合控制器均对改善悬架的总体性能有明显作用;且车身垂直加速度、悬架动行程及车轮侧向滑移量在低频阶段改善突出,提升了整车在不同车速范围内的乘坐舒适性与操作稳定性。     

车辆电磁馈能式动力吸振器设计

考虑线圈质量、电感、电阻以及机械振动系统与电磁式能量回收装置之间耦合作用，建立装有簧上电磁馈能式动力吸振器（EMER-DVA）的四分之一车辆动力学模型.基于动力吸振原理及电磁馈能系统动刚度特性获得EMER-DVA参数匹配设计.对比分析传统式动力吸振器（DVA）、EMER-DVA和无DVA车辆的车身振动加速度、悬架动挠度及输出功率的幅频特性，以及在正弦位移、随机位移激励工况下EMER-DVA和无DVA车辆的时域振动特性和振动能量回收性能.结果表明，EMER-DVA使车身振动加速度、悬架动挠度振动传递率在悬架固有频率处分别降低17.8%和8.7%.在C级随机不平路面、不同车速下，车身振动加速度、悬架动挠度均值降低3.2%、2.7%，输出功率、EMER-DVA挠度均值分别为0.98 W、11.8 mm；在D级随机不平路面下，相应参数分别为4.5%、3.1%、2.8 W、21.3 mm.可以看出，EMER-DVA在提高车辆行驶平顺性的同时可以有效回收振动能量.开展EMER-DVA台架振动试验，试验结果与数值计算结果较吻合，验证了本研究EMER-DVA动力学模型的准确性.     

基于改进天棚阻尼的半主动悬架系统动力学与电磁兼容特性分析

磁流变阻尼器(MRD)对实现智能车辆悬架系统具有重要的应用价值. 在建立整车7-DoF悬架系统模型和修正的MRD Bouc-wen滞环模型基础上,应用磁流变(MR)“四分之一”车辆悬架系统的改进型天棚阻尼控制策略,设计了一种对整车4个MR悬架子系统进行独立控制的半主动异步控制器,并考虑整车前、后轮的间距,应用带延时的谐波和平滑脉冲,及实测的随机路面信号作为路面对车轮的激励输入,对MR悬架和被动整车动力学系统的垂直、俯仰和侧倾运动性能进行了系统的比较研究,同时验证了控制器的电磁兼容特性. 结果表明:提出的基于天棚阻尼策略的半主动控制器能理想地改善MR整车悬架系统的乘坐舒适性和操纵安全性等多目标悬架性能,其控制电流的传导与辐射噪声均满足国家标准要求,为进一步开展MR智能车辆悬架系统的半主动解耦控制研究奠定了理论基础.     

空气悬架混杂系统车身高度与可调阻尼分层控制

针对空气悬架车身高度调节控制过程中车身高度和阻尼器阻尼力难以进行协调控制的难题,提出一种基于混合逻辑动态(MLD)模型的空气悬架车身高度与可调阻尼分层控制策略。考虑空气悬架充放气过程中存在的混杂特性,应用MLD建模方法建立具有电磁阀和磁流变阻尼器的非线性空气悬架混杂系统模型,设计描述电磁阀开关状态的混杂自动机进行车高调节上层控制,基于混杂模型预测控制方法对磁流变阻尼器输入电流进行下层控制,进而通过改变电磁阀开关状态和磁流变阻尼器输入电流实现车身高度与可调阻尼分层控制。在随机路面激励工况下进行仿真验证,结果表明：所提控制方法在有效跟踪车身高度的同时,车身加速度相比于被动悬架和混杂模型预测控制分别降低了34.33%、34.34%,不仅能有效提高车辆乘坐舒适性,也能直接防止电磁阀频繁切换现象的发生,从而延长电磁阀的使用寿命。     

路面激励下主动悬架和四轮转向的协调控制

为了研究主动悬架和四轮转向系统的协调控制,建立包含悬架系统和转向系统的整车动力学模型.基于LQR控制理论分别设计了主动悬架和四轮转向的控制器,对比分析不同加权系数时车辆在路面激励下的频率响应,研究了主动悬架和四轮转向的控制对车辆操纵稳定性的影响;针对车辆的稳态响应(不考虑路面激励的影响),采用横摆率跟踪控制策略进行前后轴主动悬架控制力的匹配控制;在主动悬架和四轮转向2个单独控制器的基础上,以主动悬架控制力的匹配为主要协调机制,设计了主动悬架和四轮转向的协调控制器,对两者的控制量进行调整.仿真结果表明,主动悬架和四轮转向的协调控制可以获得优于两者简单叠加时的整车综合性能.     

磁流变阻尼器被动隔震振动台试验研究

目的检验磁流变阻尼器应用于结构被动隔震控制下的减震效果．方法对1：4缩尺比例的结构模型进行橡胶垫与磁流变阻尼器联合控制下的振动台试验，试验采用对磁流变阻尼器施加零电压和最大电压控制。来模拟结构在阻尼器被动摩擦阻尼和被动粘滞阻尼两种控制方式下。隔震上部结构和隔震层的的动力响应．结果应用磁流变阻尼器对结构进行的两种被动控制，均能起到很好的减震效果．其中被动摩擦控制可对隔震结构在大震下的隔震层位移起到限位作用；被动粘滞阻尼控制可对隔震结构小震下上部结构的加速度反应进行很好的控制．结论采用橡胶垫联合磁流变阻尼器对结构进行被动隔震控制，控制方法简便易行，控制效果良好．     

粘滞流体阻尼器在高层建筑减振设计中的应用研究

介绍了所研制的双出杆型粘滞流体阻尼器的耗能原理，且由试验研究表明，该阻尼器是一种无刚度的速度相关型阻尼器，阻尼器的阻尼力与活塞的运动速度近似呈线性关系，是一种性能优良的减振阻尼器．文章还阐述了工程结构采用粘滞流体阻尼器的减振设计原理，并通过对高层建筑应用该研究成果的介绍，进一步阐明采用粘滞流体阻尼器的结构减振设计方法．     

高耗能间隙式黏胶阻尼器的试验研究

为减轻结构地震反应,研制了一种间隙式黏胶阻尼器,给出了所研制阻尼器的滞回模型理论公式和串联动态刚度的统一计算公式,并根据试验数据给出了各参数的工程参考数值.在分析黏胶阻尼器动态刚度的基础上,提出了阻尼器耗能性能评价指标的概念,并对该类阻尼器进行了耗能失效定量分析.试验结果表明,该阻尼器具有滞回曲线饱满、结构简单、不泄漏介质、自我保护等良好特性,是一种高耗能的黏滞阻尼器.     

强震区多跨长联连续梁桥减隔震设计

为了给高烈度地区多跨长联连续梁桥抗震设计提供参考,以一座（55+4×90+55）m的连续梁桥为工程背景.采用ANSYS软件建立全桥分析模型,基于非线性时程分析方法,对比研究结构采用双曲面摩擦摆支座、黏滞阻尼器和速度锁定装置3种减隔震装置下的地震响应.结果表明：黏滞阻尼器在罕遇地震作用下形成了完整的滞回环,每个阻尼器耗能能力明显;采用双曲面摩擦摆支座、黏滞阻尼器和速度锁定装置时,结构的地震响应相对于传统抗震体系都有一定程度地降低,固定墩内力相对减震率分别为63.44%、6.90%、42.32%,位移相对减震率为65.70%、9.34%、43.77%;采用双曲面摩擦摆支座作为减隔震措施时,墩底内力和墩顶位移远小于黏滞阻尼器和速度锁定装置2种减隔震措施.     

能量集中耗散与调谐质量阻尼系统

提出用能量集中耗散的方法替代调谐质量阻尼器,被动控制结构的地震响应。采用摩擦耗散能量,放弃了粘滞阻尼,通过角频率和振动分析探讨了能量集中的原因和最佳集能系统的参数,利用数值仿真说明了摩擦系数对减振效果的影响。     

液力忆惯容器装置建模与特性试验

针对液力忆惯容器装置已有数学模型忽略因素过多的问题,考虑油液的惯性、动力学黏度以及装置内部的干摩擦,建立符合工程实际的非线性数学模型. 试制液力忆惯容器装置样机,并进行台架试验. 结果表明,当位移激励的频率较低时,液力忆惯容器装置提供的惯性力、黏滞阻尼力较小,可以近似等效为干摩擦阻尼器;当激励的频率较高时,装置等效为理想忆惯容器、非线性黏滞阻尼器、干摩擦阻尼器三元件并联. 装置的输出合力、惯性力、阻尼力试验值与仿真值最大偏差分别为5.70%、9.15%、5.47%,惯质特性曲线和寄生阻尼特性曲线的试验值与仿真值最大偏差分别为4.23%和8.50%,表明数学模型准确可靠,能够满足工程需要,为液力忆惯容器装置在减振系统中的应用奠定了基础.     

基于增量动力分析法的高层建筑-阻尼器系统地震易损性分析

高层建筑在远场强地震下可能发生严重震害,通常在建筑中设置阻尼器实现消能减震,降低建筑物主体结构地震响应以减轻震致破坏。现行建筑抗震设计规范已经给出了建筑中阻尼器的通用设计方法,然而,建筑-阻尼器系统在强地震下的实际响应是否与设计结果有所偏差、在同一设防目标下不同类型阻尼器的性能是否存在差异尚不清楚。基于现行建筑抗震设计规范,设计了20层钢框架结构以作为阻尼器性能评估的Benchmark模型,并以同一减震目标设计了3类典型阻尼器：摩擦阻尼器、粘滞阻尼器和防屈曲支撑,基于所拟合的阻尼器试验曲线,对阻尼器进行参数设计,给出了典型阻尼器的数值模型。基于场地类型选取了10条地震动进行增量动力分析,对比评估了3类典型阻尼器对结构抗倒塌性能的控制效果。采用基于位移的结构性能水准评价指标,研究了3类典型阻尼器的减震控制效果,结果表明,对于采用基于中国规范设计的高层建筑-阻尼器系统,速度型的粘滞阻尼器控制效果最优,位移型的摩擦阻尼器和防屈曲支撑次之,且性能相近。     

被动消能混合式交错桁架单元滞回性能有限元分析

为了增强交错桁架耗能能力,可在桁架单元的斜腹杆上设置摩擦耗能器,形成被动消能交错桁架结构。采用有限元软件ANSYS12.1分析摩擦耗能器在不同摩擦系数、螺栓孔长以及螺栓等级下的荷载位移关系,并将摩擦耗能器的荷载-位移关系转化为等效应力-应变关系,定义到斜腹杆上的等效耗能器单元的材料本构关系中,对被动消能桁架单元进行水平方向循环加载,得到各桁架单元的滞回曲线、骨架曲线以及耗能能力图。有限元分析结果表明:摩擦系数使耗能器的滑移力达到斜腹杆屈曲荷载的96%时,结构的耗能能力最好;耗能器孔长越大,桁架的耗能能力和延性越好,滑移量达到桁架节间距的1%时,延性系数可满足一般框架的抗震要求;螺栓等级越高,其预紧力越稳定,桁架耗能能力越好。     

自锚式悬索桥动力特性及减震效果

采用时程分析法针对自锚式悬索桥的动力特性进行了试验和理论分析,并分析了非线性黏滞阻尼器对该桥型抗震能力的影响.结果表明,采用梁杆单元建立的悬索桥计算模型可有效地进行结构的地震响应分析,具有良好的可靠性.在主桥纵向设置参数合理的非线性黏滞阻尼器可有效地减小结构在地震作用下控制部位的相对位移,不同程度地改善了结构墩柱部位的地震反应效应,黏滞阻尼器耗能减振效果良好.     

设置F-Ved建筑结构空间协同工作控制研究

根据粘弹性阻尼器和摩擦阻尼器各自的特点，提出一种新型粘弹性－摩擦阻尼器（F－Ved）耗能装置，推导了粘弹性－摩擦阻尼器和人字型支撑的阻合层间单元刚度矩阵和控制力向量；并基于框架结构的空间特性，建立了设置（F－Ved）框架结构在考虑空间协同分析的基础上地震反应时程分析的控制方法，应用此方法，对设置F－Ved的钢筋混凝土框架结构进行了在罕遇地震和多遇地震作用下的时程分析，并根据计算结果与其减震效果进行了分析讨论。