变速车辆与路面不平弹性支撑桥梁的耦合振动分析

建立了适合车辆任意变速运动与任意路面不平函数的弹性支撑桥梁耦合系统的无量纲运动微分方程。作为其特例,研究了匀变速车辆与随机路面弹性支撑桥梁耦合系统,获得桥梁跨中的无量纲最大挠度、桥梁的动接触力扩大因子和车辆的舒适度随车辆的加速度、弹性支撑的刚度和路面不平度系数的变化规律。数值结果表明,车辆的加速度、弹性支撑的刚度和桥面的不平度系数均对桥梁有不同程度的影响亦对车辆的舒适度产生影响。     

非平稳行驶条件下重型汽车轮胎动载特性分析

为分析非平稳行驶条件下重型汽车轮胎附加动载特性、探讨与匀速平稳行驶工况下的差异,基于车辆行驶动力学理论,建立三轴重型汽车系统动力学模型和路面非平稳随机激励时域模型,采用MATLAB/Simulink软件仿真分析了车辆非平稳行驶条件下轮胎动载的响应规律,并与匀速平稳行驶条件下的分析结果进行比较。结果表明:车辆加速时轮胎动载荷幅值变大、减速时动载荷幅值减小;车辆等时通过同一段道路时,匀速平稳行驶时的动载荷较小;随着加速度、初速度和路面不平度的增加,动载荷幅值变大。研究结果可为精确模拟车辆轮胎动载荷、道路友好性分析和路面损伤破坏预测提供参考。     

不平整跑道激励下飞机起落架随机响应及可靠性分析

采用非线性二自由度系统构建了飞机起落架模型,通过时域噪声刻画了不平整跑道对飞机起落架系统的随机激励,并引入路面不平度系数描述了跑道的不平整程度;基于飞机起落架模型响应的概率密度函数及其统计量,开展了不平整跑道对飞机起落架系统影响规律的研究。应用随机可靠性分析方法以及人体振动舒适性理论,通过建立安全域和舒适域与系统响应之间的关系,分析了起落架模型在不同路面不平度系数下的可靠性,并对乘客舒适性进行了评价。研究结果表明：路面不平度系数越大,系统状态变量的波动越剧烈,系统的可靠性和舒适性与路面不平度系数呈一定的负相关性;在路面不平度系数较小的情况下,系统平均首次穿越时间以及舒适性受随机扰动的影响更加显著。     

车辆四轮相关路面非平稳随机输入通用时频模型

车辆非匀速行驶时路面的随机输入模型是汽车非平稳动力学分析研究的重要基础.首先应用等效协方差方法建立了单轮随机输入非平稳时域模型.根据时间-空间一、二阶微分关系,成功地解决了前后轮变时差相关的问题,并由各向同性假设直接得到了与车辆轮距有关的左右轮相干函数,无需实测相干函数,因此适合各种车辆.本文还应用Wigner-Ville谱分析了路面非平稳随机输入的瞬时功率谱.分析表明Wigner-Ville谱很好地反映了频率特征和路面波形特征.     

变速车辆作用下拱桥吊杆的动态内力分析

中下承式拱桥的吊杆是重要的承重构件,同时也是最易发生破坏的构件。车辆荷载与桥梁结构的动力耦合作用,使吊杆在交变应力作用下发生疲劳损伤是吊杆破坏的重要原因。基于大型钢管混凝土拱桥结构,考虑路面不平度影响,采用三维多自由度车辆模型,进行变速车辆的车桥耦合模拟。重点针对变速车辆荷载对吊杆产生的轴向和弯曲作用进行了分析,讨论了吊杆截面不均匀分布的交变应力情况。结果表明,车辆的加速度将显著增大车辆对桥梁的冲击作用;短吊杆截面弯矩受车辆速度、加速度和路面不平度影响明显,通常横向弯矩大于纵向弯矩;车辆荷载导致的吊杆截面内动态应力分布具有显著的不均匀性,最大应力是最小应力的2倍,弯曲应力占比近30%。这些因素在这类桥梁的设计、维护、监测与评价中应予重视。     

车桥耦合系统非平稳随机振动分析的虚拟激励-精细积分法

提出了考虑轨道高低不平顺时进行车桥耦合系统垂向非平稳随机振动分析的新方法.车辆采用具有两系悬挂10个自由度的四轮模型,桥梁采用Bernoulli-Euler梁单元有限元模型.将轨道高低不平顺假设为均匀调制演变随机过程,并考虑各车轮所受轨道随机激励之间的相位差,采用虚拟激励法(PEM)将轨道不平度精确地转化为一系列垂向简谐不平度的叠加,大大简化了运动方程的求解.在此基础上采用能够更真实地模拟车辆作用力在时间域和空间域上连续变化的精细积分法(PIM)来进行数值积分计算.数值算例中,将该方法与Monte Carlo方法进行了比较,并分析了轨道不平顺对于系统随机响应的影响.数值计算表明:发展的虚拟激励-精细积分法(PEM-PIM)能够高效精确地进行车桥耦合系统的垂向非平稳随机振动分析;轨道不平度级别对系统随机振动影响显著,且其一阶、二阶导数项对系统加速度随机响应的影响应予以考虑.     

傅里叶逆变换模拟路面对车辆平顺性的影响

利用Matlab仿真生成各种等级随机路面激励对二自由度履带车辆模型所产生的振动响应,并进行平顺性影响的分析。其间,设计了基于离散傅里叶逆变换生成路面不平度的方法,并对仿真生成的B级和D级路面与标准功率谱进行了对比验证。构建了二自由度车辆模型,利用Simulink软件建立了系统仿真模型,在不同车速、不同路面等级输入下对履带车辆平顺性影响进行了分析。结果表明,路面变差和提高车速都将降低车辆的行驶平顺性。     

以疲劳评估为目标的大跨钢箱梁桥车桥耦合动力分析方法

以润扬长江公路大桥北汊斜拉桥为工程背景,基于有限元软件ANSYS和数值计算软件MATLAB研究了以疲劳评估为目标的大跨钢箱梁桥车桥耦合动力分析方法中的一系列技术问题,包括以疲劳分析为目标的车桥耦合振动模型的建模方法和动应力分析方法、基于车桥耦合动应力的桥梁疲劳状态评估方法、不同桥梁应力分析方法的比较,以及路面不平度对桥梁疲劳状态的影响。研究结果表明,以疲劳评估为目标的桥梁车桥耦合动力分析方法能够有效地应用于大跨钢箱梁桥的疲劳状态评估,满足结构局部疲劳损伤累积仿真计算的需要。通过分别对不同应力计算方法下以及不同路面不平度下的桥梁动应力响应的对比分析,表明车辆载荷对桥梁作用的影响是局部的,对局部的桥梁疲劳累积有显著影响,在桥梁疲劳状态评估中采用车桥耦合动力分析方法能得到更为准确的结果。     

特重车各轮相干桥面激励对斜拉桥随机振动的影响EI北大核心CSCD

为了研究特重车各轮相干桥面激励对斜拉桥振动响应的影响,根据特重车左右轮的相干函数关系和前后轮的时间滞后关系,推导并建立了特重车各轮相干桥面不平顺激励的功率谱矩阵。基于车桥耦合振动理论和虚拟激励法分析特重车各轮相干桥面激励对大跨度斜拉桥车致振动响应的影响,研究结果表明:特重车各轮相干桥面激励增大了斜拉桥振动响应的离散程度,桥梁振动响应随着各轮桥面激励相干强度的提高而增大。斜拉桥在特重车各轮相干桥面激励下的振动响应受不同相干函数模型的影响较小。特重车各轮相干非平稳桥面激励的斜拉桥振动响应离散程度大于各轮相干平稳桥面激励,桥梁振动响应标准差最大值随着车辆加速度的提高而增大。斜拉桥的车致振动响应对多轮多点相干桥面激励很敏感,其振动响应的离散程度随着特重车轴数的增加而增大。     

矿用自卸车乘坐舒适性试验研究

车辆舒适性对驾驶员的身心健康有严重的影响。为了研究矿用自卸车在随机路面的乘坐舒适性问题,本文以某110吨矿用自卸车为研究对象,建立了整车十自由度动力学模型,分析车辆舒适性的影响因素,并选择了矿区随机路面进行现场试验测试和分析,得出了不同工况下路面激励的时域响应、频域响应以及车辆的乘坐舒适性。结果表明随着车速增加,路面激励加速度的大小和频率都增大,导致车辆舒适性变差;随着车辆载重增加,路面激励的频率减小,车辆的舒适性提高。     

汽车主动悬架模糊自适应控制研究

在建立的整车主动悬架系统动力学模型基础上,利用自适应模糊控制方法,分别设计了前轮和后轮的主动悬架模糊自适应控制系统,将前轮的路面激励信号引入到后轮处主动悬架控制策略之中,使得主动悬架可以根据路面和车身姿态的变化而改变特性,以适应当前车辆运行工况的需求,分别进行了随机路面输入和正弦波凸起输入的仿真计算和分析,结果表明,相对于传统的被动悬架系统,模糊自适应控制主动悬架系统车辆的质心垂直加速度峰值和标准差分别下降了38.9%和36.5%;车辆以5m/s速度驶过正弦波凸起时,主动悬架的后轮处车身加速度峰值比被动系统减少了43.9%,有效提高了汽车的行驶平顺性。     

八轴连通式油气悬架车辆行驶性能和通过性能研究

行驶性能和通过性能是评估车辆越野性能的基本指标.为得到八轴连通式油气悬架车辆的越野性能,分别对行驶性能和通过性能开展了研究.简化了整车的物理模型,根据拉格朗日方程推导了车辆的振动方程,建立了白噪声路面输入方程;通过仿真结果与实验结果的对比,验证了柔性模型的合理性.基于柔性模型,以路面不平度系数为输入变量,得到了车辆在较...     

前轮摆振对车辆稳定性的影响及后轮反馈控制

建立包括转向系统的整车四自由度模型,分析摆振发生时转向系统刚度、阻尼对前轮摆振角、车辆横摆角速度、侧向加速度和侧倾角加速度的影响。为减小摆振对车辆稳定性的影响,应用最优控制对后轮进行反馈控制。结果表明:当摆振发生后,车辆侧向加速度和侧倾角加速度会产生较大波动,横摆角速度和侧倾角影响不大;转向系统阻尼对摆振的影响较大。采用对后轮的反馈控制可有效改善摆振发生时的车辆横向稳定性。     

基于路面等级匹配的重卡包装物运输激励研究

目的利用传感器搭配数据采集卡收集路面不平频谱,将路面信息匹配标准路面等级以及车辆行驶速度。方法通过Matlab将标准PSD与随机激励匹配路面等级,同时建立1/2四轴重卡动力学模型,并用能量法建立动力学方程。将收集的路面不平频谱对应到相应的路面等级,再结合车辆速度的设定,最后求解得到车辆受激励后轮胎的动载位移频谱,分析得出被运输包装物的半挂车平板动载位移。结果重卡运输前轴轮胎在A级路面以60 km/h的车速经过该路面的动载位移量在0.8和9.8 s时达到峰值,且路面响应位移不超过6 cm。结论求得被运输包装物的所受激励频谱,为被包装物的运输振动安全性研究提供支撑,可结合具体被运输包装物的脆值理论,提供被运输物品发生运输损坏的数值仿真。     

助老机器人伴行模态人机耦合系统的耐冲击振动特性分析

由于助老机器人在户外辅助老年人行走过程中会遇到路面不平冲击或其它瞬时冲击,不仅会对助老机器人本身产生冲击振动影响,还会引起由此带来老年人手部的局部振动。为了研究助老机器人人机耦合系统的耐冲击性,对助老机器人人机耦合系统振动特性进行了较深入的分析。①分析了助老机器人的前、后轮在不同作用输入下的强迫振动,分别建立了助老机器人系统和老年人人体系统的振动模型;②建立了助老机器人人机耦合系统的振动模型;③采用Matlab/Simulink软件分别从地面不平冲击和瞬时冲击两类情况对助老机器人人机耦合系统的耐冲击振动特性进行了振动模型仿真分析。结果表明:两类情况下老年人手部的振动幅值、振动最大速率和助老机器人把手的振动幅值、振动最大加速度以及最大耦合作用力均较小,助老机器人人机耦合系统的耐冲击性较好。其研究过程为分析对防摔控制和人手舒适度调节控制的影响提供了理论基础。     

考虑随机因素的汽车悬架参数多目标稳健优化

为了稳健地提高汽车平顺性,减少轮胎对路面破坏。以某载货汽车的四自由度悬架模型为研究对象,同时考虑制造精度的影响,以车身垂直加速度、前后轮胎动载荷的均方根值的统计均值和方差为目标函数,采用蒙特卡罗抽样法和自适应多目标遗传算法对悬架参数进行稳健优化。结果表明：优化后的悬架弹簧刚度减少而阻尼系数增大,性能有大幅度改善,与传统的优化设计相比更符合实际情况,且具有更强的抗干扰能力。     

考虑车轮滚动轨迹的桥头跳车动力荷载计算方法及影响因素分析

为分析车辆桥头跳车时的动力荷载,提出了更符合实际形状的圆盘车轮模型,以考虑车轮经过桥头错台时的滚动轨迹,结合基于有限元的车辆整体模型和相应的动力学方法,实现了车辆上、下桥头错台时的竖向、顺桥向动力荷载的定量分析。算例表明,考虑车轮滚动轨迹后,动力荷载计算值比以往平缓得多;跳车动力荷载的大小与车辆的行驶速度、车轮的悬挂方式、桥头错台的高度等因素有关,其表现为：1) 车辆的最大动力荷载与桥头错台高度成正比;2) 对于独立悬挂的车轮,车速越大,最大动力荷载越大;对于非独立悬挂的车轮,最大动力荷载随着车速的增大呈现波动的形态;3) 上桥时的最大荷载位于错台上,下桥时前、中轮的最大荷载离桥头错台较远,后轮则较近;4) 桥头错台跳车造成的轮载冲击系数可能超过我国桥梁规范设计值,需要引起重视。     

基于模糊灰色关联的三轴汽车操纵稳定性分析

为研究三轴汽车各轴主要悬架KC特性对操纵稳定性的影响程度,在考虑三轴汽车轴荷分配和侧倾力矩作用下左、右车轮垂直载荷重新分配的基础上,建立了基于悬架KC特性参数的三轴汽车三自由度动力学模型.并以该模型为基础,采用模糊隶属度余弦值和欧氏距离公式建立三轴汽车悬架KC特性模糊灰色关联分析模型,对影响三轴汽车稳态响应特性的主要悬架KC特性的重要性程度进行了模糊灰色关联度分析.结果表明:车速为15km/h时,对于稳态响应阶段的侧倾角、横摆角速度和侧向加速度,各影响因素模糊灰色关联度排序皆为R4R2R3R1R6R5;对于质心侧偏角,R5(β)R6(β)R1(β)R2(β)R3(β)R4(β).同理可得车速为35km/h和55km/h时各个影响因素模糊灰色关联度排序.从而可以得出:三轴汽车各轴悬架KC特性参数中,前桥侧倾转向特性对稳态响应阶段的侧倾角、横摆角速度、侧向加速度影响最大;中、后桥侧倾转向特性对质心侧偏角影响较大,且两者相差不大.     

履带车辆不平路面越野平均速度预测方法研究

为了研究路面不平度对履带车辆越野平均速度的影响规律,本文建立了履带车辆多体动力学模型,提出了振动响应指标并通过试验验证了模型的可信性;根据试验设计进行仿真计算,建立振动响应与车速、路面不平度间的近似模型;以振动响应指标的门限值为约束条件,采用目标寻优方法拟合了路面不平度与车速间的数学关系,提出了随机不平路面条件下的越野速度预测方法。应用该方法计算了车辆通过某试验场综合路面,结果表明：所建模型可以反映路面不平度对车速的影响,为车辆机动性预测提供了有效的量化手段。