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。     

轮胎结构振动声学贡献度分析及降噪方法研究

以载重子午线轮胎295/80R22.5为研究对象,建立了其三维有限元分析模型,进行了有限元模态分析和试验模态测试,对比分析表明二者具有良好的一致性,说明所建有限元分析模型的正确性。为分析轮胎的振动噪声,建立了该子午线轮胎声学边界元模型。将滚动过程中轮胎与路面的作用力作为轮胎振动激励,运用模态声学传递向量MATV技术,分析了轮胎外轮廓结构对场点的声学贡献度,通过幅值-相位法确定胎面和胎侧是声学正贡献部件。为降低轮胎结构振动辐射噪声,在声学正贡献部件胎面和胎侧处引入聚氨酯类吸音材料,噪声分析结果表明,聚氨酯材料的使用能够有效地降低胎面和胎侧的振动加速度响应,降低轮胎的振动辐射噪声。     

Hermite插值在车桥耦合振动中的应用

车桥耦合竖向振动分析中，轮对和与其接触的桥梁竖向位移相等，但振动速度、加速度并不相等，传统方法用轮对与桥梁接触点处桥梁振动速度和加速度代替轮对的振动速度、加速度。本文通过引进Hermite插值函数，推导出车辆以一定速度过桥时轮对竖向位移、振动速度和加速度理论值，并且轮对的竖向位移、振动速度和加速度可由轮对所在桥梁单元节点的竖向位移、振动速度和加速度求得，在有限元动力计算中易于实现。本文的算例表明在车辆低速过桥情况下，用轮对所在位置桥梁的振动速度、加速度来代替轮对的振动速度、加速度误差很小，但是车辆高速过桥时，计算结果误差较大。     

不同花纹轮胎噪声辐射特性

轮胎噪声是交通环境噪声的主要来源之一,也是汽车噪声的主要声源。用虚拟模型预测的方法对滚动轮胎的振动辐射噪声进行预测分析。通过对滚动轮胎施加路面简谐激励,获取滚动轮胎表面加速度响应并作为声学分析的边界条件。采用边界元的方法分析不同花纹形式的滚动轮胎在路面激励下振动辐射噪声特性,结果表明花纹形式直接影响着滚动轮胎振动辐射噪声的大小,胎面花纹质量越小,振动辐射噪声越大,研究结果具有工程应用价值。     

轮胎横向花纹沟噪声影响因素的剖析

运用Abaqus对具有横向花纹沟的轮胎滚动进行有限元分析,提取不同速度、气压、载荷、摩擦系数条件下的轮胎花纹沟表面在轮胎接地过程中位移-时间的变形曲线。为分析横向花纹沟的泵吸噪声,建立单个横向花纹沟及其周围的空气域有限元模型,在沟表面加载位移-时间变形曲线,利用FSI方法分析速度、气压、载荷、摩擦系数等使用因素对横向花纹沟泵吸噪声的影响。结果表明：泵吸噪声随着速度和载荷的增大而增大;气压变化均会使泵吸噪声增大;而摩擦系数对泵吸噪声影响不明显。验证FSI方法分析轮胎泵吸噪声是可行的,对后续低噪声轮胎使用和花纹设计具有一定的指导作用。     

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。     

加速度-位移关系的贝叶斯推理方法

动力位移是地震工程、军事武器设计和结构健康监测等领域重要的物理量，但在实际测试过程中，通常能直接量测的只有振动加速度信号。由于受环境等不确定性测试条件影响，加速度信号不可避免地含有低频和高频噪声，导致在加速度积分过程中，速度和位移时程会产生较为明显的漂移现象。基于贝叶斯理论框架，构建了动力位移贝叶斯学习识别方法，针对不同噪声工况（白噪声、人工噪声）反演获取了位移响应，识别出的动力位移与解析位移基本一致；利用大型振动台试验数据，对比了不同性能加速度传感信号反演的位移，并分析了其不确定性。结果表明：该动力位移贝叶斯学习识别方法在加速度-位移关系表征方面具备一定的优势，可不依赖对加速度信号的处理实现位移求解，从而避免了噪声累积误差导致的位移积分失真。     

重型汽车与路面的耦合作用研究

汽车采用七自由度整车模型,公路路面和路基用粘弹性地基上四端简支双层薄板模拟,建立了三维汽车-路面-路基耦合模型.利用Galerkin法和快速积分法得到了系统的动态响应,并比较了车路耦合模型与传统汽车、路面模型的计算结果,分析了车路耦合作用对车体加速度、悬架变形、轮胎力和路面振动位移的影响.研究发现,车路耦合作用不可忽视,有必要基于车路耦合模型对汽车和路面的动态响应进行同时求解.     

跌落工况下斜支承系统易损件的冲击特性

目的基于斜支承系统双自由度模型,研究系统易损件的跌落冲击特性。方法针对系统无量纲跌落冲击动力学方程,用龙格-库塔数值分析法获得易损件跌落冲击动力学响应,探讨系统支承角、频率比、跌落冲击初始速度、阻尼比等对易损件位移及加速度响应的影响规律。结果通过对易损件位移、加速度响应最值影响因素的分析表明,减小支承角可增加易损件位移响应最值,降低其加速度响应最值,延长响应周期;随着频率比的增加,易损件位移和加速度响应的最值减小;随着初始速度的增加,易损件位移、加速度响应最值上升明显;对于加速度响应最值,系统阻尼比存在最佳值。结论为使斜支承系统获得理想的减振和抗跌落冲击性能,需综合考虑各相关参数。     

考虑车桥接触非线性因素的桥梁动力响应研究

以简构车辆和简支梁桥为研究对象,重点考虑车桥耦合作用时轮胎所致非线性情况。通过轮胎的有限元模拟、新型车桥耦合动力学模型的建立、"新型预测-校正积分"数值求解方法的引用等对不同跳车高度和车速工况下桥梁动力学响应问题进行探讨,并与车桥线性耦合接触作用情况作比较。数值分析表明:车桥接触非线性与线性两种情况下桥梁竖向动态位移存在显著差异。考虑车桥接触非线性会增大跳车冲击过程中桥梁跨中最大竖向位移值;车辆未发生跳车状态时,接触非线性与线性对桥梁竖向位移值影响差异不明显,而发生跳车状况时,接触非线性对桥梁竖向位移值影响与接触线性相比差异明显。     

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。     

共振速度下轨道交通槽形梁结构瞬态噪声分析

为了进一步研究不同列车速度下的桥梁结构噪声问题,基于有限元-瞬态边界元理论,针对轨道交通30 m简支槽形梁,分析在共振、消振速度下桥梁的振动响应及结构声辐射特性。首先,建立槽形梁振动辐射瞬态噪声的有限元/边界元模型;然后,对简支梁在移动列车荷载下诱发的振动进行分析,得到列车荷载通过桥梁时的共振和消振速度;最终,结合声辐射理论,采用瞬态边界元法研究分析不同列车速度引起的桥梁瞬态噪声声场特性。研究结果表明:列车速度的变化引起桥梁结构的位移幅值出现波动性变化;桥梁结构的振动加速度幅值随着速度的增大而不断增大;桥梁结构辐射噪声的变化趋势与结构的振动加速度变化趋势有一定的相关性;当列车以共振速度通过简支桥梁时,结构动力响应值及辐射噪声值有放大趋势,在附近出现峰值;列车共振速度对桥梁结构的远声场瞬态噪声影响效果较为显著;应有针对性地控制列车速度以改善桥梁结构噪声。     

带限位器滑移隔震砌体结构考虑竖向地震作用影响研究

本采用多质点层间剪切型模型，建立了带限位器基础滑移隔震多层砌体结构在考虑竖向地震作用影响下的运动微分方程及滑移与啮合状态判别准则。研究表明，竖向地震作用的存在，使结构下部各层特别是首层的层间位移，层间剪力增加，隔震层加速度增加，且随地震烈度、竖向加速度峰值增大而增加，并使隔震层的滑动位移幅值有增大的可能。建议在高烈度地区考虑竖向地震作用对结构反应的影响。     

基于MLE的滚动轮胎冲击振动噪声仿真分析

提出一种滚动轮胎冲击振动噪声预测的新方法。轮胎滚动接触引发的噪声是道路交通的一个重要课题,引发广泛关注,目前尚没有有效的分析预测方法。提出新方法包括用混合拉格朗日—欧拉描述法(Mixed Logrange Euler Method,MLE)分析大变形滚动接触结构的速度场、加速度场和接触变形。通过欧拉网格和拉格朗日网格的信息传递,完成滚动结构动力学分析。通过将轮胎花纹和胎冠整体三维建模,可以得到连续轮胎表面的加速度场。以参考空间中连续表面的加速度场作为声源,采用声学有限元方法得到滚动噪声的分布预测。实验和仿真结果对比证明本方法的可靠和准确,也证明1 000 Hz以下轮胎的滚动噪声主要是花纹的冲击振动引起的噪声。提出的方法为预测分析轮胎的滚动噪声开辟一条可行的道路。     

随机激励下重载车辆空气悬架参数多目标优化

为提高车辆行驶平顺性、减小轮胎对路面的动载荷,以某重载车辆空气悬架系统为研究对象,建立四自由度1/2车辆多目标优化模型,提出改进的多目标自适应遗传算法对悬架参数进行优化。与一般遗传算法相比,车身垂向加速度、前后轮动载荷有效值约减小10%,目标函数值改善度降低57.03%。该方法不仅能提高车辆行驶稳定性,且可减小轮胎对路面的动载荷,已进一步证明该方法的有效性及可行性。     

重载列车过桥时桥梁的垂向动力分析

本文建立了具有6个自由度重载列车的车辆振动分析模型和重载铁路桥梁的梁段单元模型,通过轮轨接触处的位移协调条件与轮轨相互作用力的平衡关系建立了重载车辆-桥梁系统耦合运动方程,采用迭代求解,编制了重载铁路车-桥耦合振动分析程序。对影响重载铁路简支梁桥的跨中挠度的各种因素进行了分析,分析结果表明：列车的轴重、速度、加速度、减速度及轨道不平顺对重载铁路桥梁的跨中挠度和竖向加速度有着重要影响。     

移动随机荷载下沥青路面的动力学特性和参数影响分析

为研究车辆与路面的相互作用机理,采用四自由度二分之一悬架模型模拟车辆系统,以Kelvin地基上无限大双层Kirchhoff薄板模拟沥青路面,建立了车辆-路面-路基相互作用系统。通过Fourier积分变换得到路面动力响应的解析解,考虑路面随机不平度和车辆与路面的相互作用,研究了移动随机荷载作用下沥青路面动力响应的分布规律,进一步讨论了路面不平度、车辆载重、车辆悬架刚度、悬架阻尼、轮胎刚度和轮胎阻尼等参数对沥青路面动力响应的影响,形成了一套车辆对道路破坏性研究的系统化方法。结果表明:提高路面不平度等级、严禁车辆超载、限制轮胎超压、优化悬架刚度和悬架阻尼可有效降低路面的动力响应,延长路面的使用寿命,防止路面早期破坏。研究结果可为避免路面的早期破坏,延长路面的使用寿命提供理论参考。     

圆柱碰撞冲击噪声理论分析与数值仿真

基于接触动力学相关理论和弹性体线接触理论模型,建立了圆柱碰撞冲击理论数学模型,结合声学理论对圆柱碰撞冲击辐射噪声进行了理论预估。采用有限元法与瞬态边界元法相结合的瞬态噪声数值仿真方法,对圆柱碰撞冲击噪声进行数值仿真,实现了瞬态冲击噪声辐射声波的可视化。分析结果表明圆柱碰撞冲击噪声主要由加速度辐射噪声产生,圆柱碰撞冲击噪声辐射声场具有明显指向性。对比理论分析结果、数值仿真结果以及Hertz点接触模型计算结果可知,理论分析结果与数值仿真结果吻合较好,而Hertz点接触模型将圆柱体线接触模型简化为点接触模型,导致接触时间延长,接触力和冲击噪声幅值降低。基于数值仿真方法及理论分析,研究了冲击速度及材料弹性模量对圆柱碰撞冲击噪声的影响。     

谐波失真对振动测量值的影响

本文利用泰勒级数及一些数学推导 ,对加速度、速度、位移三种波形失真度之间的关系及其各自对测量值的影响进行了分析与估算     

模拟地震振动台试验对摄影测量位移噪声的限值要求

在振动台试验中，摄影测量所得数据中的噪声会造成测量误差，过大的噪声会导致测量数据无法合理反映模型结构在模拟地震激励下的动力反应。针对振动台试验中摄影测量的位移噪声以及相关影响展开研究，通过对摄影测量的噪声数据进行分析，获得了该噪声信号的基本统计参数与低频段的显著分布范围(0～5 Hz)。在此基础之上，根据噪声信号的方差与标准差对位移、速度、加速度以及层间位移角四种结构反应的测量误差进行估计，推导结果表明：在有限差分法所得速度与加速度结果中，噪声的标准差被分别放大了f_s倍与f■倍(f_s为采样频率)。最后，结合常用的振动台试验参数，对摄影测量位移噪声的范围给出限值要求，为振动台试验选择合适的测量方式提供参考依据与技术指标。