非线性振动下卸载系统动力学及运动学特性分析

针对散体物料与振动卸载面间的摩擦、碰撞等相互作用导致的散体复杂运动行为或磨损等问题,基于库仑摩擦力模型及碰撞理论,建立具有非线性振动的卸载系统动力学模型.采用增量谐波平衡法和数值积分法,分别研究激励幅值和刚度比对系统动态特性、振动传递和散体物料流动规律的影响.结果表明,随着激励幅值和刚度比的增大,卸载系统的硬式非线性增强、多解区域变宽、力传递率减小并出现明显的延迟现象;由于轮胎及悬架非线性因素的影响,在相同工况下散体物料呈现出不同的流动状态,并且在跳跃、冲击后出现相对静止和相对前滑等现象.     

汽车多刚体操纵稳定性模型及稳定性分析

运用多刚体动力学罗伯森-维登堡法充分考虑悬架系统的作用,建立了两轴汽车六自由度操纵稳定性模型.在此基础上,运用Hurwitz定理分析汽车的操纵稳定性,得出汽车具有稳定行驶性能的两个必要条件:汽车后悬架弹簧有效距离的平方与后悬架单侧弹簧刚度乘积大于前悬架弹簧有效距离的平方与前悬架单侧弹簧刚度乘积;汽车后轴所载质量与前轮胎侧偏刚度的乘积大于前轴所载质量与后轮胎侧偏刚度的乘积.     

基于三维动力学模型的重型卡车动态参数对平顺性的影响

为了研究重型卡车动态参数对驾驶员舒适性的影响,以路面随机不平度为激扰,以驾驶室座椅垂向、驾驶室的俯仰角和侧倾角的加权加速度均方根值为目标函数,建立了13自由度的三维动力学模型.采用Matlab/Simulink软件对整车模型进行仿真计算,分析了不同系统参数,如悬架、轮胎、驾驶室悬架和驾驶员座椅悬架的参数对驾驶员座椅垂向振动、驾驶室前后和左右晃动的影响.研究结果表明:悬架系统中刚度和阻尼参数的最佳匹配对车辆平顺性的影响非常明显;随着悬架系统和轮胎刚度的增加,车辆平顺性从优向劣转变,而随着悬架系统阻尼的增加,车辆平顺性呈现从劣转优现象.该研究为重型卡车悬架系统设计提供相应的理论依据.     

汽车-路面-路基系统动态响应及参数分析

为了研究汽车与公路路面的相互作用机理,采用二自由度四分之一汽车悬架模型模拟汽车系统,用无限长Bernoulli-Euler梁模拟公路路面,用Kelvin黏弹性地基模拟公路路基,同时对汽车和路面建模,构成二维汽车-路面-路基系统.通过线性振动理论、积分变换和广义杜哈梅积分得到了汽车和路面的动力响应解析解及路面响应在时间域和空间域的分布规律.另外,分析了车速、地基反应模量、地基阻尼系数、悬架刚度、悬架阻尼、轮胎刚度和轮胎阻尼7个参数对路面动力响应的影响.结果表明,地基反应模型的影响最大,而车速的影响与地基阻尼系数密切相关.     

汽车非线性半主动悬架系统时滞反馈控制研究

研究了两自由度非线性悬架系统垂向振动的时滞反馈控制。以汽车1/4车体和单个轮胎的两自由度垂向振动模型为例进行研究;其中非线性主要考虑了汽车悬架刚度的三次及五次非线性。利用多尺度法获得含时滞反馈控制的非线性半主动悬架、车体与轮胎振幅的近似解析表达式。分析时滞反馈控制对悬架系统振动的影响规律;并与不含时滞反馈控制的被动非线性模型进行比较。研究了当外激励频率等于主系统一阶共振频率;并且存在一比五内共振时,车体振动情况。重点分析时滞反馈控制的两个重要参数:时滞反馈增益系数和时滞量对车体振幅的影响;并进行相应的稳定性分析。以某型轿车参数进行数值分析研究,得出当时滞阻尼系数固定为-100 N·s/m时,车体振幅随时滞呈波浪形变化。时滞量τ取在区间[0.15,0.64]上时,车体振幅小于被动系统车体的振幅,表明时滞对系统具有减振作用;而在其他时滞区间上,车体振幅反而会比被动系统的振幅还要大。同时探讨了如何优化设计时滞阻尼系数并计算出相应的最佳时滞,使得主系统的幅度最小。     

汽车非线性半主动悬架系统时滞反馈控制

研究了两自由度非线性悬架系统垂向振动的时滞反馈控制。以汽车1/4车体和单个轮胎的两自由度垂向振动模型为例进行研究;其中非线性主要考虑了汽车悬架刚度的三次及五次非线性。利用多尺度法获得含时滞反馈控制的非线性半主动悬架、车体与轮胎振幅的近似解析表达式。分析时滞反馈控制对悬架系统振动的影响规律;并与不含时滞反馈控制的被动非线性模型进行比较。研究了当外激励频率等于主系统一阶共振频率;并且存在一比五内共振时,车体振动情况。重点分析时滞反馈控制的两个重要参数:时滞反馈增益系数和时滞量对车体振幅的影响;并进行相应的稳定性分析。以某型轿车参数进行数值分析研究,得出当时滞阻尼系数固定为-100 N·s/m时,车体振幅随时滞呈波浪形变化。时滞量τ取在区间[0.15,0.64]上时,车体振幅小于被动系统车体的振幅,表明时滞对系统具有减振作用;而在其他时滞区间上,车体振幅反而会比被动系统的振幅还要大。同时探讨了如何优化设计时滞阻尼系数并计算出相应的最佳时滞,使得主系统的幅度最小。     

从动轮-悬架系统侧向自激振动影响因素分析

胎面侧向自激振动是轮胎多边形磨损现象产生的根源.对后悬架四自由度自激振动模型进行Simulink仿真,验证了轮胎侧向振动是一种硬自激振动.对系统自激振动状态影响较大的敏感参数主要有轮胎橡胶刚度及阻尼系数、垂向载荷、接地附着系数、接地块质量、轮胎前束角以及外倾角.对敏感参数的灵敏度计算确定了影响分岔车速的参数灵敏度排序.最后,给出了抑制轮胎侧向自激振动的主要有效措施:增大胎面—路面附着系数及减小轮胎前束角可以减小产生自激振动的车速范围或者将其从正常行驶车速范围移除,从而减少胎面磨损,延长轮胎使用寿命.     

基于平顺性某型汽车悬架的优化选择

研究了汽车悬架参数与平顺性的关系,并在此基础上探讨了悬架参数的优化设计.将某一区间的悬架刚度与阻尼比等分为若干份并进行排列组合,然后将每一组参数代入汽车三自由度振动模型并进行平顺性分析计算,从中优选出汽车振动系统"输出"较好的悬架参数组合.     

局部非线性振动系统参数识别的空间法

研究了具有平方非线性刚度和平方非线性阻尼的两自由度局部非线性振动系统,提出了一种参数识别局部非线性振动系统模型的空间法．该方法有效地利用模型的时间函数、频率函数和空间参数,使参数识别更为准确．利用该方法对非线性频响函数进行估计,并利用了最小二乘法对模型的非线性刚度系数和非线性阻尼系数进行了优化．     

汽车振动系统动态参数优化

汽车悬架及司机座椅动态参数对汽车行驶的平顺性有着重要影响.以八自由度弹簧质量系统作为汽车振动系统的力学模型,用前后四轮路面随机激励作为系统输入,对车厢及司机座椅的输入功率谱进行分析,在此基础上对该模型的悬架及司机座椅动态参数进行优化,并给出悬架参数及司机座椅参数的优化结果     

一类相对论转动动力学模型

研究了一类具有非线性阻尼力和强迫周期力项的相对转动非线性动力学模型.首先构造一个同伦映射,其次决定方程的初始近似,最后通过同伦映射方法得到了对应模型的任意次近似解.     

单轴轮胎走行部APM车辆的动力学性能

考虑走行轮胎的侧偏效应和滤波效应,使用线性轮胎模型建立了中央导向的单轴轮胎走行部自动导向捷运系统(APM)车辆的动力学方程和Simulink仿真模型,并仿真分析了导向轮与导向轨不同接触状态对APM车辆的曲线通过性能和运行平稳性的影响.仿真结果表明:导向轮设置初始预压力不会明显改善曲线通过性能,但会显著恶化APM车辆的横向平稳性;导向轮与导向轨的间隙增加了通过曲线时走行轮的侧偏力和导向轮的导向力.综合考虑曲线通过性能和横向平稳性,导向轮与导向轨之间应留间隙,但需要控制在0~5mm.     

MR阻尼器对拉索振动控制的研究

在磁流变(magnetorheologic简称MR)阻尼器力学特性试验的基础上,建立了能够很好地描述MR阻尼器非线性滞回特性的非线性参数模型,该模型由一个改进的Bingham模型和一个非线性弹簧单元串联而成。对MR阻尼器-拉索系统编写了非线性有限元动力分析程序,以一根实际的拉索为例,计算了MR阻尼器不同参数时对拉索的减振效果,计算结果与试验结果吻合。有限元计算结果表明:优化阻尼力随拉索频率的降低而提高;随着拉索振动幅度的减小,拉索减振的最优阻尼力减小。     

橡胶轮低地板拖车转向架车辆动态曲线通过分析

建立了橡胶轮低地板拖车转向架车辆动态曲线通过分析模型并确定了有关的动力学参数.计算分析了以60 km/h的最高速度和20 km/h的实用速度分别通过半径为350 m和50 m的无超高曲线时的动力学特性.结果表明:承重轮胎侧偏力和导轮导向力均处于正常水平且轮重减载率很小,从动力学方面证实了现行的橡胶轮低地板拖车转向架设计方案应用于市区地面的可行性.     

汽车悬架液压减振器热机耦合动力学模型

针对汽车悬架液压减振器建立了由路面不平度激励模型、非线性悬架振动模型、考虑温度影响的减振器阻尼力试验数据模型、减振器热动力学模型子模型组成的耦合动力学效应的理论分析模型.通过减振器阻尼力特性试验数据建立了考虑温度影响的非线性阻尼力试验模型,利用减振器发热特性试验数据辨识了减振器热动力学模型参数.利用所建立的耦合动力学理论模型预测了减振器温度上升动态过程,并进行了影响因素的仿真分析.研究表明,减振器的热机耦合效应在高速行驶和较差路面条件下表现突出,而在低速或者良好路面条件下不明显;行驶车速、路面等级、环境温度与减振器周围空气流动速度、悬架非簧载质量、减振器壳体换热面积对减振器发热平衡温度高低具有很大影响,而悬架等效刚度、簧载质量和减振器壳体比热容参数对之影响很小.     

基于虚拟试验场的后悬架疲劳分析

利用虚拟试验场技术建立耐久性强化路面和整车有限元模型,考虑轮胎的结构非线性因素、轮胎和路面的接触非线性以及橡胶连接件的刚度和阻尼特性等传统计算机辅助分析常使用的人为假定,通过显示时间积分获得道路载荷.基于弹塑性材料模型对后悬架施加道路载荷得到其应力应变历程,应用应变寿命法预测疲劳裂纹萌生寿命,并考虑了平均应力对疲劳寿命的影响.     

一种新型磁流变阻尼器的性能实验研究

对磁流变阻尼器的实验研究结果表明该阻尼器的力－位移滞回曲线饱满，阻尼比大；阻尼器为速度相关型，在低速区阻尼力与速度为非线性关系，高速区可由Bingham的模型近似描述。阻尼器的可控性与磁流变液剪切屈服强度、粘度及阻尼器内磁场强度有关。     

基于微分几何法的半主动油气悬架LQR控制

为了对某工程车辆半主动悬架的油气弹簧进行有效控制,分析了油气弹簧弹性力和阻尼力的非线性特性,建立了车辆半主动油气悬架非线性动力学模型.提出了应用微分几何理论并经过非线性状态反馈变换的方法,对半主动悬架非线性系统进行精确线性化,利用线性二次型调节器实现了非线性状态反馈最优控制,并用Matlab/Simulink编程进行仿真实验.仿真得出半主动油气悬架与被动油气悬架相比,显著地提高了车辆的平顺性.研究结果表明此方法可为车辆悬架控制的研究提供参考.     

公路简支梁桥在车辆荷载作用下的动力响应分析

把车辆和桥梁看作两个分离的子系统,分别应用d’Alembert原理和有限元法建立它们的振动微分方程,通过两个子系统之间的位移协调条件和相互作用力相等的原则将车辆和桥梁的振动微分方程耦合起来.利用有限元软件ansys的二次开发APDL语言编写了求解车桥耦合系统振动微分方程的命令流,以路面随机不平顺为激振源,进行了车桥耦合系统动力响应的计算,研究了路面不平顺及车辆参数对桥梁动力响应的影响.计算结果表明,路面等级、车速、车辆悬架刚度、车辆悬架阻尼对桥梁结构动力响应的影响明显;车重、轮胎阻尼、轮胎刚度的影响次之.     

抗蛇行减振器常见故障对高速列车动力学性能的影响

以CRH380B型动车组为实例,结合实际中常见的抗蛇行减振器故障,基于车辆动力学理论,利用动力学仿真软件SIMPACK建立动力学模型,通过改变抗蛇行减振器阻尼特性来模拟不同故障类型,从而对车辆进行动力学研究.结果表明:当抗蛇行减振器故障后的剩余阻尼力在标准阻尼力50%以下时,对车体平稳性、稳定性、曲线通过性能均有很大影响.其中当抗蛇行减振器剩余阻尼力为标准力值的50%时,车体垂向和横向平稳性指标分别达到了1.85和2.20,脱轨系数达到了0.45,非线性临界速度降低到了271km/h.得出抗蛇行减振器的最佳阻尼特性:当卸荷速度为0.03m/s,卸荷力为8~9kN时,车辆各动力学性能达到相对最优状态.