悬架系统的控制特性对车轮随机动载的作用

车辆悬架系统在车轮对路面的随机动载方面起着重要的作用 ,文章针对目前汽车普遍采用的被动悬架系统在行驶中对车辆振动性能控制的不利性 ,利用控制理论 ,分析了一种悬架控制系统的特性 ,提出通过对半主动悬架控制力的变化 ,可以得到不同的车轮随机动载传递函数特性曲线 ,从而对悬架减轻车轮随机动载的作用进行了分析 ,同时也指出了它对汽车平顺性的影响。此外还讨论比较了被动悬架与半主动悬架对减轻车轮对路面随机动载的不同特性     

车辆动载对路面的永久变形损伤评价

不平整路面能够引起较大动荷载,动荷载的激励又使路面不平度增加,该互相促进过程使得路面破坏在不断加大,因此研究车辆动载对路面的损伤具有重要意义。永久变形作为路面的主要病害,对路面不平度和行车舒适性有较大影响。文章用自回归(auto regressive,AR)模型模拟路面随机激励的时域模型,并应用在建立的1/2车辆模型中,求解汽车在不平整路面的振动响应量;根据"四次方定律"提出了车辆动载对路面永久变形损伤的评价指标,并在不同路面等级、不同车速等情况下研究车辆动载对路面永久变形损伤情况。     

车辆荷载对公路路基的动力作用研究

分析了路面工况对车路动态响应的影响,研究了不同车速对路面动态响应的影响,讨论了不同质量的车辆对路面的动载作用情况.结果表明:在竖向上随着深度的增加动应力呈衰减趋势;车—路耦合产生的动载作用受路面工况的影响较大,路面等级越低(路况越差),车辆对路面的动载荷越大;车速增加,车辆对路面的动载荷也随着增大;在相同条件下,重型车辆较轻型车辆对路面的动载荷要大很多,即重车对路面的破坏作用更为严重.     

卡车动载实测与分析

通过在卡车各轴上安装了变形传感器,标定后得到变形传感器和轮胎接地压力之间的转化关系,进行了卡车动载实测,分析了路面平整度、车速及载重对卡车动载的影响.结果表明,当路面行驶质量指数为优、中、差时,平均动载系数分别为5%、15%和20%左右,最大动载系数可达25%;最大动载相对于静载平均增加20%、55%和80%左右,最大动载变化率可达90%以上.动载系数、最大动载及其变化率均随车速的增加而增加,当行驶质量指数较差时,增加幅度更为明显.研究成果为在路面结构分析和设计中考虑动载影响提供了基础数据.     

低速与变速动载作用下沥青路面动力响应

为分析低速、变速车辆动载对沥青路面结构的影响,利用室内动态模量实验结合时温等效原理确定几种路面沥青材料的动态模量主曲线;通过调查和计算得到车辆在不同变速条件下的荷载作用方式;建立车辆连续变速条件下路面材料动态模量的变化规律;利用三维有限元模型分析不同车速和速度变化对沥青路面力学响应的影响,比较采用动态模量和抗压回弹模量的计算结果。实验结果表明:动态模量能较好地反映车辆荷载作用下的路面材料力学性能,较低车速更易导致路面结构的疲劳损伤,而车辆加速度的增加使结构面层内剪应力峰值增长较大,易导致车辙、拥包等剪切破坏。     

基于路面不平度的路面附加动载分析

为了能够分析出与实际车辆动荷载更接近的动载,基于路面不平度分析了较低等级路面B、C、D的附加动载.分析结果表明:车辆行驶速度、路面等级不同,车辆对路面产生的附加动荷载的作用点的位置也不相同;路面附加动载随着路面等级降低逐渐增大;在相同的路面条件下,附加动荷载大小并不是随着车速的增大而增大的,而是在某一车速下达到最大值.     

不同平顺性评价指标对悬架最优阻尼比的影响

为研究不同汽车平顺性评价指标对悬架最优阻尼比的影响,以1/4汽车悬架线性模型为研究对象,采用MATLAB/Simulink软件建立路面不平度时域模型及悬架二自由度模型。首先仿真验证路面不平度时域模型的准确性;接着分别采用加速度均方根值和频率加权加速度均方根值作为平顺性评价指标计算最优阻尼比并进行比较,研究表明考虑加权作为评价指标的最优阻尼比小于未考虑加权作为评价指标的最优阻尼比,且两个评价指标下的最优阻尼比均与路面等级和车速无关;最后提出了同时考虑加权加速度均方根值、动挠度均方根值、车轮动载均方根值的综合平顺性评价指标,研究了基于该指标下不同路面不同车速的最优阻尼比,结果表明,采用综合平顺性评价指标时的最优阻尼比与路面等级和车速相关。研究结论为车辆悬架阻尼优化及控制提供了依据。     

转向工况下汽车悬架系统动力学特性仿真

文章从转向对悬架系统影响的角度出发,建立了转向工况下的1/4汽车动力学模型及仿真模型。通过模拟路面输入,在不同车轮转角和车速等行驶工况下进行了大量的仿真计算。仿真结果表明,不同车速和车轮转角所产生的不同侧偏力,对车身垂直加速度、悬架动挠度和轮胎动载荷的变化有较大影响,随着车速提高和车轮转角增大,侧偏力也随之增大,致使其加速度等输出响应变化更为显著。     

非对称路面对制动效能影响的仿真分析

针对传统制动性能分析并未涉及路面因素,提出将路面激励非对称度作为制动性能影响因子,利用Carsim联合Simulink对非对称路面下车辆制动效能进行仿真分析。以典型路面激励作为参考基准,在Simulink中构建路面激励可控的车辆制动模型。为保证前后车轮能够以相同概率遍历同一路面,依据车速和轴距确定时间延迟;根据模型计算出的当量方向盘转角界定非稳态制动跑偏,对不同路面激励下的制动减速度、制动距离进行仿真分析;并对路面激励的相关系数与跑偏车速以及制动衰减时间之间的关系进行分析。结果表明:在车速一定情况下,路面的非对称度与制动减速度波动性正相关,与制动距离负相关,且左右路面存在非对称度时,车辆更容易达到非稳态跑偏的临界车速,制动衰减时间与跑偏车速对相关系数在0~0.2内的路面激励特别敏感。     

路面激励Simulink模型的建立及其应用*

为了在汽车动力学中应用路面激励,基于滤波白噪声方法建立了路面激励的描述。分析了Simulink白噪声生成模块,基于滤波白噪声描述建立了路面激励Simulink模型,确定了空间下截止频率。基于路面激励Simulink模型,建立了汽车两自由度振动四分之一系统Simulink模型,在城市行驶的B级路面和车速范围对车身加速度、悬架动挠度、车轮动载荷和车轮加速度的车速特性进行了仿真。研究结果表明,基于滤波白噪声描述建立的路面激励Simulink模型和汽车两自由度振动四分之一系统的Simulink模型,既可以再现路面激励,也可以用于分析汽车振动响应量的车速特性。     

基于车桥耦合振动的波形钢腹板箱梁体外预应力束疲劳损伤评估

基于ANSYS建立精细化波形钢腹板箱梁桥数值模型,开展体外束疲劳分析。利用MATLAB编制了考虑车辆类型,行车位置、速度、车头距及轴重等因素的随机车流程序。采用雨流计数法计算24小时内随机车流作用下体外束应力等效应力幅以及等效应力循环次数。修正Muller研究结果,提出应力比低于0.035且考虑侧向弯曲磨损作用下的钢绞线S-N公式。利用Miner累积损伤准则并考虑冲击系数的影响,推算波形钢腹板箱梁桥体外预应力束的疲劳损伤度及剩余疲劳使用寿命,同时分析了桥梁跨径对体外束疲劳损伤的影响。研究结果表明,移动荷载对不同位置处体外束应力影响线的大小顺序为：中跨跨中位置＞边跨跨中位置＞中跨1/4跨位置,中跨跨中位置处的体外束应力受到的车辆荷载的影响较大;随机车流对体外束产生的疲劳损伤随跨径增加而减小。     

高速铁路车轮的磨损与疲劳研究

近20年来,高速铁路得到了日新月异的发展,然而,对于高速铁路的关键性行走部件车轮,由于其服役环境是开放性的,并且伴随不断增加的车速及轴重,给车轮带来更加严峻和复杂的损伤。从轮轨接触问题出发,综述了高速铁路车轮主要损伤行为（磨损、疲劳）的现象及特点。由于轮轨接触面开放性的机械热交换作用而导致的车轮表面及近表面结构的热弹性不稳定性,是造成磨损的根本性原因;然而,与磨损缓慢的损伤过程不同,由材料成分和服役过程中机械载荷引起的应力大小和方向上的反复变化,诱发了疲劳源的萌生与裂纹扩展,且形式多样、破坏性更大。通过运用材料的塑性流变特性对车轮近表面的热弹性和内部织构的分析,归纳、总结了与磨损、疲劳等力学性能劣化相关的车轮材料组织、结构的响应特征,为车轮成型设计与服役安全评估提供了理论支撑。     

多车激励下波形钢腹板连续梁桥沥青铺装动力学响应

为研究多车激励作用下大跨径桥梁桥面铺装层的动力学响应,建立含有Fiala轮胎的多刚体实车模型以及大跨径桥梁有限元精细模型,考虑桥面随机不平顺激励,构建包含桥面铺装层的车-桥刚柔耦合系统动力学模型。计算准静态条件下桥梁控制截面的挠度,并与现场静载试验进行对比,验证了所建车-桥耦合模型的正确性与计算结果的有效性。研究不同编队多车荷载作用下波形钢腹板连续箱梁桥铺装的动力响应,不同工况对于车辆后轴悬架力和垂向轮胎力的影响,结果表明：多车荷载相比于单个车辆荷载所引起的动力响应更大,更容易引起桥面铺装和桥梁结构的早期损伤;在车辆数量相同、车速相同、前后车距相等的情况下,车辆行驶编队不同时所引起的桥面铺装层最大挠度、最大纵向应力和最大横向剪应力分别增大了19.7%、23.5%和8.0%,且最大纵向拉应力和剪应力均发生在防水混凝土-混凝土梁之间,容易产生早期疲劳开裂;车辆后轴悬架力随着载重增加而增大,垂向轮胎力随着速度和载重增加而增大。     

大跨度斜拉桥在车辆动力加载作用下的振动响应计算与监测

大跨度斜拉桥形式多样,结构轻柔,动力响应明显。为研究车辆动力加载作用对大跨斜拉桥的影响,基于健康监测系统长期监测数据建立车辆-桥梁动力相互作用分析模型,并编写相应计算程序。以福州市青洲大桥为工程背景,对随机车流进行模拟,考虑不同车辆类型及随机车流动态加载作用,建立车辆-桥梁动力平衡微分方程,验证车桥耦合振动模型,计算不同工况下由车辆载重、车距、车速等汽车荷载引起的桥梁振动响应。研究结果表明：车辆载重是影响桥梁位移变化的重要因素;控制行车间距有利于控制桥梁位移;行驶车速的提升和车辆数量的增加会在一定程度上引起主梁振动响应的加剧。研究成果可为大跨度斜拉桥的结构设计以及安全运营提供参考。     

典型沥青路面动态应变响应特性及疲劳寿命分析

针对半刚性路面(S1)、倒装式路面(S2)、组合式路面(S3)开展三维有限元计算,分析其面层底动态应变的空间分布特性及车辆荷载参数对沥青路面动态应变响应的影响规律;同时,基于应变响应及沥青层疲劳预估方程,对比不同类型路面的疲劳寿命.结果表明:行车荷载在沥青路面面层层底平面所引起的拉应变主要集中在轮印作用区域,其由应变值所表征的最不利位置出现在轮印面积中心;车辆动载条件下的应变响应量小于静态荷载模式,其中,S2的动、静力差异性表现尤为显著;随着轴质量的增加,面层底动态应变逐渐增大;而随着车速的提高,应变响应量逐渐减小;随着轴质量的增加,沥青层疲劳寿命急剧减小;在行车安全的前提下,合理提高车辆行车速度有利于提高沥青路面使用寿命,3种路面的面层疲劳寿命排序为S1>S3>S2.     

定常横风作用下高速列车的安全性分析

基于空气动力学理论,建立高速列车空气动力学模型,计算不同运行速度下高速列车在明线运行和明线横风场景下的气动力荷载。同时采用多体系统动力学理论,建立车辆多体动力学仿真模型。将气动荷载导入车辆仿真模型,计算在无横风和有横风条件下,列车以不同速度行驶时的车辆动力学响应及其安全性指标。获得在无横风和有横风条件下高速列车运行安全性随速度的变化规律。研究结果表明,横风作用将对列车的安全运行构成极大的威胁。参照有关高速列车运行安全性评定标准,给出15 m/s横风风速下高速列车安全运行的速度限值。     

考虑环境变温作用的大跨桥梁疲劳损伤分析

基于桥梁健康监测系统记录的温度时程数据,研究钢箱梁顶板、底板的温度变化特征和规律,利用间接耦合法将热分析的温度数据作为体荷载施加于结构多尺度有限元模型,获得了环境变温引起的结构应力,实现了从热分析到结构应力的分析.然后,利用健康监测系统记录的应变时程数据,考察车辆荷载和环境变温所引起的应变特征的差异,提取和分离出由环境变温和车辆荷载引起的应变时程,并与模拟得到的应力时程加以对比和相互验证,在此基础上利用连续介质损伤力学理论分析车辆荷载单独作用以及车辆和环境变温交互作用所引起的桥梁累积损伤.结果表明:提出的损伤分析流程可实现桥梁关键部位在考虑环境变温和车辆荷载两种因素作用下的损伤分析.环境变温单独作用所引起的疲劳损伤很小,基本可以忽略,但两者交互作用所引起的结构疲劳损伤相对于车辆单独作用下的损伤有显著差异.在服役初期环境变温的作用并不显著,随着疲劳损伤的不断增加,这种交互作用对结构疲劳损伤累积的影响会愈发明显,即环境温度变化引起的荷载会加速结构服役中后期疲劳损伤的累积速率,进而对结构疲劳寿命产生显著影响.