导弹耦合作用研究

本文提出了轴对称导弹弹体在复杂条件作用下的动力学模型的建立方法,并对导弹弹体的振动特性及柔性变形对弹道的影响进行了研究。首先,依据传统的导弹飞行力学理论,分别建立了控制力、气动力耦合作用下的刚性导弹和柔性导弹弹体动力学模型;然后,在铁木辛柯梁弯曲理论的基础上,推导出控制力、气动力和弹性振动耦合作用下的柔性弹体变形方程;最后根据上述模型,分析了柔性变形对弹道参数的影响.     

地震作用下高速列车与桥梁耦合振动分析

摘要: 为了研究地震作用下高速列车与桥梁耦合振动特性,通过分析JR300系列轮轨高速列车与高架桥在地震作用下的耦合振动,对轨道不平顺、不同地震波对耦合振动响应的影响进行比较研究。结果表明：轨道竖向不平顺会加大车体振动竖向加速度,在地震作用下,车体加速度会接近或超过规定限值;桥梁在地震与列车作用下,考虑轨道的竖向不平顺对桥梁的竖向响应影响较小;不同地震波激励对车桥振动响应影响有较大不同。     

车辆-路面耦合振动系统模型与仿真分析

基于二分之一的四自由度车辆振动模型,把路面简化成Kelvin地基上Euler梁,通过非线性动态轮胎力,建立车路耦合系统的分析模型及其动力平衡方程;通过轮胎和路面的位移协调条件对耦合方程进行解耦,采用模态叠加法和New-mark积分法对耦合方程组进行求解。数值分析表明:轮胎作为参振子系统对路面的影响基本可以忽略不计,考虑轮胎作为参振子系统下车体的最大竖向位移是没有考虑情况下的1.2倍左右。并对车辆运动初速度、加速度、以及路面不平顺对车体振动影响进行了分析。     

双向耦合地震作用下含软弱层岩质边坡锚固界面剪切作用

为研究地震作用下锚固岩质边坡锚杆-砂浆界面和砂浆-岩体界面上的剪切作用,利用FLAC~(3D)软件构建锚固含软弱层岩质边坡数值模型,对水平向和竖向地震波耦合作用下的全长黏结锚杆锚固边坡两锚固界面上的剪切作用进行了深入研究。研究结果表明:两锚固界面上的剪应力分布很不均匀,界面处于弹性变形阶段时,两峰值剪应力紧邻中性点,随锚固界面脱黏破坏的发展,两峰值剪应力不断地向锚杆两端转移;双向耦合地震波较单向和双向未耦合地震波对锚固界面剪应力影响更为显著。考虑双向地震波耦合作用的锚固边坡抗震设计更为合理。研究结果可为边坡锚固抗震设计提供参考。     

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。     

海量道路路面测量数据的若干预处理方法研究

回顾了道路路面数据的测量系统的构成和测试方法。针对海量的道路路面试验数据,将若干信号处理的预处理方法,包括粗大误差的甄别与剔除、信号趋势项的提取、分段试验数据的平滑过渡连接、路面数据随机性检验和车速异常时刻的处理等应用于海量道路路面数据的分析处理中,并进行了相应的改进。在分析这些预处理方法原理的基础上,使用实际采集的试验路面数据作为例子,充分显示了这些方法的处理效果。实例分析结果表明,这些信号预处理方法用来处理和修正道路路面试验数据,使用简单方便,处理效果明显,可在道路路面数据处理及其它工程振动信号预处理中推广应用。     

外部流体作用下管道输送流固耦合效应偏移分析

采用数值方法分析管道结构-外部流体相互耦合效应对管道输送过程中管道自由端偏移的影响。这次调查中管道结构-流体耦合效应被充分考虑,流体域与结构域通过拉格朗日-欧拉公式化来表述。以垂直悬臂提升管道为研究对象,应用有限元软件ADINA对其外部流体-管道结构进行流固耦合特性研究。研究结果表明：（1）管道上端不论是采取固接还是铰接支撑,外部流场以不同速度冲击管道时,整个管道偏移变化不明显,在同一流速下对管道偏移变化较为显著的地方集中在管道自由端,最大偏移则出现在自由端顶点处;（2）管道上端无论是固结还是铰接,随着管外流体速度增加,X方向最大偏移的增量总是小于Y方向最大偏移的增量;而X方向的最小偏移变化量则大于Y方向相应偏移;（3）同一流速冲击下,固结时Y方向的最小偏移略大于铰接时Y方向的最小偏移,且两者在外部流速为 时出现极大值。     

热冲击下的复合材料壳刚柔耦合动力学研究

研究了在热冲击下任意形状(仅一个方向有曲率)复合材料壳的非线性刚柔耦合动力学响应。根据Mindlin理论,建立了任意形状的复合材料壳的非线性应变-位移关系。借助于数学理论以及几何关系,描述了壳上任意点的变曲率。用虚功原理建立了动力学变分方程,并采用等参单元对壳的连续动力学方程进行离散,建立了中心刚体-复合材料壳的刚-柔耦合动力学方程。用高斯积分计算常值阵,为了提高计算效率,采用广义-α法结合Newton-Raph-son迭代法对动力学方程进行积分。将采用该方法计算得到的频率与ANSYS软件计算得到的作对比,验证了模型的正确性。通过算例分析了在热冲击作用下复合材料壳的线性、非线性的动力学特性,以及曲率、材料特性对动力学响应的影响。     

行人SMD模型参数对人群-结构耦合动力特性的影响

分析行人单自由度弹簧-质量-阻尼器系统中模型参数的随机特性,建立步行人群-结构耦合自由振动方程,采用复模态法求解得到结构的固有频率和阻尼比。研究行人频率、阻尼比和弹性质量对结构基频和阻尼比变化率的影响;应用Monte-Carlo仿真,得到不同频率结构在不同的人群与结构质量比下的基频和阻尼比的95%及5%分位点。分析表明,当空载结构与行人的频率比约为1.1时,结构基频和阻尼比的变化率最大;空载结构基频离行人频率范围较近时,质量比增大会使结构基频和阻尼比的随机散布增大。     

基于改进的EMD方法提取车辆-轨道垂向耦合系统动态特性

提出利用一种改进的经验模态分解（EMD）方法提取车辆-轨道耦合系统的动力学特性。该方法以改进的极值域均值代替极值点包络线的均值来提高局部均值的求解精度,以边界波形匹配预测法来抑制端点效应。基于车辆－轨道耦合动力学理论,建立客车-弹性支承块无砟轨道垂向耦合动力学模型,计算车辆-轨道耦合系统在波浪形磨损和轨道不平顺组合激励模型下的振动响应。运用改进的EMD方法对系统的振动响应进行经验模态分解,并且对轮轨力、转向架和车体加速度的本征函数进行分析和比较。研究结果表明：改进的EMD方法自适应地将振动响应分解成本征函数,能有效地提取车辆-轨道耦合系统的动力学特性。     

Variations in dynamic vehicle load on road pavement

This study proposes a spectral approach to the evaluation of variations in dynamic vehicle load on road pavement associated with a vehicle moving at constant speed along a road with a rough surface. The influence of vehicle speed and road roughness on variations in dynamic vehicle load was investigated. The results show that the standard deviation of dynamic vehicle load increases twofold, with a fourfold increase in the road roughness coefficient, and increases approximately linearly with the increase in vehicle speed.     

车、路的相互作用下沥青路面动力学特性分析

文中采用二自由度四分之一汽车悬架模型模拟汽车系统,依据弹性层状体系理论,建立路面结构的三维有限元分析模型,考虑车路相互作用,采用ANSYS有限元分析软件对移动车辆荷载作用下路面各结构层中的位移、应力、应变进行了模拟。计算分析了行车速度、悬架刚度、悬架阻尼、轮胎刚度和轮胎阻尼五个参数对路面动力响应的影响。结果表明：沥青面层处于三向受压状态,层内切应力是引起其破坏的主要原因;最大水平拉应力和最大横向拉应力均发生在路面结构的基层和底基层结合处;车速对路面动态响应的影响规律很复杂,应考虑车辆模型和路面不平整度,并划分速度区间加以探讨;路面动态响应随轮胎刚度、悬架刚度和悬架阻尼的增大而减小。上述结论对于深入分析路面结构动力响应与疲劳损坏以及研究车辆与路面相互作用的机理有重要价值。     

三向耦合非线性重型汽车建模及动力学分析

分析汽车各向运动的耦合作用规律,建立23自由度三向耦合重型汽车整车模型,推导系统运动微分方程。将非线性Gim模型与垂向点接触轮胎模型结合描述三向非线性轮胎力,建立6个一阶常微分方程,以实时计算各车轮转速计算滑移率。通过数值积分计算车辆转向制动、匀速直线及方向盘角跃阶时的动态响应,并与传统的操纵稳定性模型、平顺性模型、虚拟样机模型及试验数据比较,验证所建模型的有效性。通过分析耦合作用对汽车响应影响表明,该耦合模型可同时研究汽车在复杂工况的平顺性、操纵稳定性及制动性。     

重型汽车主动悬架次优控制策略设计与分析

为合理设计汽车主动悬架次优控制策略、探讨不同次优控制策略对重型汽车行驶性能的影响,建立了四自由度汽车-路面系统动力学模型,采用改进模糊层次分析法进行性能指标赋权,设计了主动悬架的次优控制器,以车身质心加速度和道路破坏系数的线性加权和为指标,对不同次优控制策略进行评价优选,在时频域范围内对比分析了被动、最优和次优控制悬架的行驶性能差异。结果表明,不同次优控制策略对汽车行驶平顺性和道路友好性的影响差异明显,综合考虑状态变量可测性及测试成本,对车身和车轴加速度测量、并进行一次积分处理的次优控制策略性能最优;合理设计的次优控制悬架性能与最优控制相当或接近,且优于被动悬架,具有更好的实用性。     

Instrumentation and performance modelling of heavy vehicle simulator tests

Flexible test road structures have been built and tested in accelerated pavement tests using a heavy vehicle simulator (HVS) at VTI in Sweden for 15 years. The objectives have been to investigate pavement responses and pavement performance behaviour, which can be used to validate mechanistic performance schemes. Here, the instrumentation is described, its accuracy is estimated, the response and performance are modelled and a performance prediction is carried out. The registrations of the measurements were rather smooth with acceptable variation. In general, good agreement was established between the measurements and calculations. The HVS machine can be used to evaluate new road concepts and maintenance strategies and provides the option of performing a life cycle cost analysis, which can decrease both costs and environmental impacts.     

Field evaluation and analysis of road subgrade dynamic responses under heavy duty vehicle

The study of dynamic responses of a layered road system under heavy duty vehicle is one of the most important areas in the field of transportation. This paper introduced a field testing programme of traffic-induced road vibration in Guangxi, China and investigated the subgrade vibration induced by a heavy duty truck with various axle weights and speeds through a series of field tests. The vertical stress and acceleration of the road subgrade at different depths from the tests were presented and analysed. According to the test road, a semi-analytical model of the layered road was established via the stiffness matrix method and the heavy duty vehicle was simulated by ten moving rectangular load pressures. Numerical results in the space domain were derived by performing Fast Fourier Transform and were used to compare its results with the field measurements. The agreement between the numerical and the field results was good, which indicates that the proposed method is useful in predicting the dynamic stress and acceleration of a multi-layered road structure.     

轮轨磨耗状态下悬挂参数失效对车辆动力学性能影响

为了研究悬挂参数失效对车辆系统动力学性能的影响,建立高速车辆系统动力学模型和悬挂参数失效模型,针对新轮轨、磨耗后轮轨进行轮轨接触几何关系和动力学仿真计算,分析当悬挂参数正常工作和失效时,车辆动力学性能的变化。结果表明：与新轮轨相比,轮轨磨耗状态下的等效锥度、滚动圆半径差和左右轮轨接触角度差变大;轮轨磨耗造成蛇行失稳临界速度下降,运行平稳性和曲线通过能力变差;悬挂系统失效方式不同,对车辆系统动力学的性能和车体的动态响应影响程度不同;车辆的悬挂参数优化应考虑轮轨磨耗的影响。     

某多管火箭炮车炮刚柔耦合极限路况行驶动力学研究

采用刚柔耦合的方法,对某新型车载防空多管火箭炮进行了通过垂直凸台、水平壕沟、陡坡等极限路况的行驶动力学仿真研究.建立了越野车与防空多管火箭炮的刚柔耦合动力学模型,并考虑轮胎的作用,计算了越野车前后轮通过垂直凸台的极限高度和水平壕沟的极限宽度,建立各种极限路况的计算模型,对车载防空多管火箭炮进行了行驶动力学仿真,得到全系...     

冷热枪状态下弹枪相互作用的热力耦合分析

为了研究在冷热枪状态下弹枪的相互作用,以某型自动步枪的铜被甲弹丸与枪管为研究对象,建立了其相互作用的热力耦合有限元模型,模型结合了考虑温度对摩擦因数影响的摩擦力子程序以及基于火药燃烧过程的内弹道载荷子程序,对弹丸温度变化及其在全枪管中的运动进行了数值仿真分析。结果表明:冷枪时,铜被甲弹丸表层升温在200℃左右;400℃及700℃的假设热枪状态下,刚完成挤进时铜被甲弹丸表层温度已经接近熔点,在膛内运动过程中表层铜材料剥落,枪管内膛会出现了"挂铜"现象;另外,热枪状态下弹丸在膛内的攻角变化明显大于冷枪状态下的攻角,不仅印证了热枪射击精度比冷枪射击精度差,也揭示了造成此现象的机理:由于高温下铜被甲圆柱部材料软化脱落,变形不规则,造成弹丸在膛内及出膛摆动增大。     

四边固支热磁弹性矩形薄板的分岔与混沌*

摘要 研究在温度场、机械场与电磁弹性耦合作用下四边固定支撑矩形薄板的分岔与混沌运动问题。考虑温度场的影响,推导出在横向稳恒磁场和载荷共同作用下的四边固支矩形薄板的非线性磁弹性耦合振动方程。运用Melnikov函数方法,求出该问题在Smale马蹄映射下发生混沌运动的条件解。并对其进行了数值仿真,给出了该系统的分岔图、Lyapunov指数图、位移波形图、相平面轨迹图以及Poincare截面图,讨论了温度及电磁场强度对系统运动状态的影响。由仿真结果可知,通过变化温度场和电磁参数可以使系统进入混沌运动状态,或者避免混沌运动,以实现对系统振动特性的控制。