春融期重载车辆-路面-路基垂向动力分析模型

针对季节冻土区春融期重载车辆作用下道路病害突出的问题,以三轴重载汽车为例,建立季节冻土区春融期重载车辆-路面-路基体系垂向动力学物理模型;基于D' Alembert原理推导了重载车辆、路面和路基冻结层的振动微分方程,并采用Wilson-θ法对动力方程求解。数值仿真结果表明:建立的路面-路基体系模型能够反映季节冻土区春融期路基呈层状分布且刚度软化的特性;随着车体质量增加和路基融化层刚度的降低,路面振动位移平均峰值和路面振动加速度平均峰值基本呈线性增加;车辆行驶速度增大,路面振动加速度平均峰值增大,优势频段数目增多、优势频率增大;路面振动位移平均峰值呈锯齿型;路基冻结层厚度增加,路面振动位移平均峰值和路面振动加速度平均峰值降低,当其厚度大于0.3 m后趋于稳定。     

车辆轮轴竖向振动时域特征试验研究

为了研究车辆动荷载时域特征,现场实测高、低等级两种道路的路面平整度指标,利用自主研发的车辆轮轴动荷载测量仪进行现场试验,测试重型货车和小型货车在不同速度下的轮轴竖向振动加速度,并对振动加速度标准差进行分析。结果表明,车辆轮轴振动加速度标准差随着速度的增加而增加,小型货车的振动加速度标准差小于大型货车;车辆装载质量对轮轴振动加速度的影响较大;平整度对车辆振动加速度有一定影响,车辆空载时影响较小,满载时影响较大。     

汽车冲击作用下SD型伸缩装置动力性能研究

针对SD型伸缩装置进行仿真分析,考虑车辆荷载的冲击作用,分析车辆不同行驶速度下该伸缩装置的动力性能。研究结果表明,车辆荷载不同的行驶速度下,伸缩装置的竖向位移基本一致。随着汽车行驶速度的增大,车辆制动力力增大,伸缩装置的横向位移显著增大。     

轴重和胎压对车轮动荷载的影响

为研究重型运输车辆对路面作用的动荷载,建立车辆动力学模型,模型中将簧上质量处理为空载簧上质量与装载质量,将轮胎刚度表示为轴重和胎压的函数。研究了轴重和胎压对车辆动荷载的影响。结果发现,车轮动荷载随着轴重和胎压的增加而增加;动载系数随着胎压的增加而增加,但随着轴重的增加而减小;胎压越高,车轮动载随轴重增加速度越快;仅仅采用轴重不足以评价重载高压车辆对路面的破坏作用,在治理超载的同时也应进一步治理超压：空载车辆对路面的冲击作用较大,不能忽视空载车辆对路面的破坏作用;实际高速运行车辆对路面施加较大的附加动荷载,现有《公路沥青路面设计规范》没有考虑附加动荷载是引起路面结构发生早期破坏的原因之一。     

车辆作用下大跨钢管混凝土拱桥舒适性研究

以某钢管混凝土拱桥为工程背景,对移动车辆荷载作用下大跨钢管混凝土拱桥的舒适性进行了研究。利用Midas/Civil建立有限元模型,计算出拱桥上节点在移动车辆荷载作用下的振动响应,包括各节点的速度以及加速度。根据各节点的最大速度利用振动感觉指标对拱桥进行舒适性研究。结果表明:车辆超速和拱肋刚度变小等情况会造成拱桥上行人舒适度降低。     

基于流固耦合的行车临界风速研究

为了研究风-车-桥耦合系统中车-桥系统的振动特性及车辆行车安全特性,得到车辆在大跨度桥梁上行驶时车辆的安全行驶临界风速,对车辆通过大跨斜拉桥时车辆的气动特性、车-桥系统的振动特性及车辆的行车安全特性进行研究。研究风荷载作用下车辆在大跨度桥上行驶时车辆的行车安全临界风速,分析车辆行驶速度、路面状况及风偏角对车辆行驶安全临界风速的影响。车-桥系统的耦合振动会导致车-桥系统周围风场的特性发生变化,风场的变化会导致下一时刻车-桥系统的受力状态发生改变。考虑车辆运动及车-桥系统的振动与车-桥周围风场的相互影响,基于双向流固耦合数值模拟,建立风-汽车-桥梁空间耦合振动数值分析模型。通过风-车-桥耦合系统三维数值分析,得到了风荷载作用下车辆在大跨度桥上行驶时不同状况下车辆的倾覆及侧滑临界风速。结果表明:基于双向流固耦合数值分析能够较精确地模拟风-车-桥耦合振动系统;风荷载作用下车辆在桥上行驶时,车辆的振动特性主要由汽车-桥梁系统决定,车-桥系统的振动特性受自然风荷载影响;侧向风荷载作用下车辆的倾覆力矩系数及侧向力系数并不一定为最大值,车辆在大跨径桥上行驶受侧向风荷载作用并不一定为行车安全分析的最不利状况。     

车桥耦合振动的桥面非平稳随机激励模拟

为研究桥面非平稳随机激励对车桥耦合系统的影响,采用滤波白噪声法生成单轮桥面非平稳随机激励时域模型,结合车辆前后轮的时间滞后和左右轮的相干关系,生成车辆六轮相关的桥面非平稳随机激励样本并验证了样本的有效性。分析一座3×30 m连续T梁桥和一辆三轴重载汽车在非平稳桥面激励下的车桥耦合振动响应,现场实测桥面不平度,并采用传统蒙特卡罗法对车辆和桥梁的振动响应进行计算。研究结果表明:根据车辆六轮间的时间滞后关系和相干函数关系所建立的桥面非平稳随机激励模型满足目标相干函数和功率谱密度,且时间滞后关系明确,模型有效可靠;当车辆加速行驶时,因桥面不平顺引起的非平稳随机激励信号的幅值随速度的增大而增大,非平稳激励下的桥梁和车辆振动响应大于平稳激励所产生的振动响应;非平稳激励对桥梁振动响应的均值影响很小,但对车辆振动响应均值影响较大,车辆振动对桥面随机激励更敏感;非平稳激励对车辆和桥梁振动响应标准差的影响较大,且振动响应标准差随着车辆加速度的提高而增大;研究车桥耦合振动很有必要考虑车辆非匀速行驶而引起的桥面非平稳随机激励,建议车辆匀速通过桥梁,尽量避免在桥上加速行驶。     

基于车辆动荷载条件下的半刚性路面路基工作区深度研究

该文在研究现有路基工作区深度计算方法的基础上,根据对汽车行驶过程中动荷载变化规律的实际检测与分析,提出基于车辆动荷载影响下综合确定半刚性路面路基工作区深度的计算方法。进行室内试验采集冲击荷载的动应力数据,采用Abaqus软件进行数值模拟,对比实测数据验证道路模型准确性。进行室外道路现场观测,采集车辆动荷载数据,建立车辆动荷载模型,对比实测数据验证模型准确性。在此基础上参照现有路基工作区定义,模拟计算出不同轴重车辆在不同速度下车辆动荷载的路基工作区深度以及改变路面结构层厚度和路基填料参数对路基工作区深度的影响,得出在典型路面结构下:考虑车辆动荷载的情况,高速公路路基工作区深度应在1.14m以上,一级公路为1.23m以上,二级公路为1.29m以上,三级公路为1.42m以上,重载交通情况下路基工作区深度相应加大30~40cm。     

对通行高速列车的铁路桥梁的粗略评估

铁路桥梁在高速列车作用下会产生共振现象，采用积分变换的方法分析了桥梁的基本理论模型，估算了自由振动的幅值，同时给出了可能引起共振的临界速度，列车轴重荷载的重复作用以及高速本身均可达到引起共振的临界速度，在现今的高速铁路线上已经达到由列车轴重荷载重复作用引起的监界速度，但还未达到由第二个原因引起的监界速度，共振的最大振幅在列车最后一个对离开桥梁时发生，为求得桥梁上部结构的挠度，弯矩及加速度，对该最大幅值进行了计算，并给出能用于高速铁路桥梁估算的类似于动荷载冲击系数的简单表达式，将理值与试验值进行了比较，得出了较为满意的结果。     

车路耦合条件下沥青混凝土路面变形特性时域分析

考虑路面不平整度激励下车路耦合振动的研究主要是在频域范畴内利用线弹性模型进行。利用有限元方法建立了考虑路面不平整度因素的车路耦合非线性数值模型,分别研究了不同路面不平整度、不同车辆行驶速度、不同车辆载重和不同路基强度等影响因素下的道路结构振动响应情况。考虑道路结构本身的复杂性,每一结构层对振动的响应均会表现不同,为了突出和便于比较影响因素下的变化趋势,故取路表位移响应作为研究对象。研究发现:无论在何种路面条件下行驶,道路位移响应都可以明显地分为3个阶段,暂称为:车辆临近、车辆进行和车辆离去;路面平整度越差,路面结构位移也越大,C级路面下的最大位移量是A级路面的1.31倍;路面响应的最大位移峰值主要受车辆自重影响,而在车辆进行阶段出现的一些小的位移振动峰值主要受路面不平整而引起的随机振动影响,而且这些小的振动峰值随着路面不平整度的变差而增大,随着车辆行驶速度的增大,路面最大位移量变小,但是最大位移量的变化幅度很小,趋势不是很明显;车辆超载后,路面最大位移量增大明显,超载比例达到100%情况下,路面变形增大幅度在50%~109%之间;路基强度降低后,路面最大位移量明显增大,路基强度降低28%后,路面变形增大幅度在15%左右。     

路面不平度对液压悬架多轴车辆的影响分析

根据油液的不可压缩性,可用以相位角为自变量的三角级数来表达路面不平度引起液压悬架多轴车辆车架的垂向速度和加速度,而该级数和可用一个解析式来表达,并近似为车速的线性函数.分析表明增加多轴车辆的轴数可有效地抑制车架和悬架的动载荷,但是随着车速的增加,抑制效果不断降低,直至相当于单轴车辆.     

基于柔性模型的多轴汽车平顺性的仿真研究

基于弹性梁弯曲振动理论和模态分析法建立了多轴汽车平顺性分析的柔性模型。按照汽车行驶平顺性评价方法，运用建立的柔性模型，分析了车速、路面等级、悬挂质量的分布、车架刚度以及悬架系统的刚度和阻尼对多轴汽车平顺性的影响。分析结果表明：悬挂质量的弯曲振动是影响多轴汽车行驶平顺性的一个不可忽略的重要因素；常用的刚体模型不能准确地描述多轴汽车的平顺性，不适合用于多轴汽车平顺性的分析。     

油气弹簧非线性特性对车辆平顺性的影响分析

推导并建立了某工程车辆油气弹簧的非线性刚度和阻尼特性的数学模型，并将其导入到车辆模型中。根据汽车悬架质量分配特点．将汽车简化为两自由度的舣质量振动系统，对此两自由度模型的车轮加速度、车身加速度和悬架动行程进行了仿真从仿真结果可以看出，非线性油气弹簧能很好地衰减由路面传递来的振动。分析了刚度和阻尼的变化对车辆平顺性的影响。     

汽车前轴垂直载荷谱变化规律的研究

通过大量试验和统计,得出了在良好、较差柏油路面条件下,载货汽车前轴垂直动态载荷幅值、均值、最大值随行驶车速和前轴静态轴荷的变化规律。前轴垂直动态载荷最大值主要受前轴静态轴荷的影响,与前轴静态轴荷成线性关系,并且90%概率下与前轴静态轴荷的比例不超过1.4。     

基于参数自调整模糊控制方法的半主动空气悬架仿真分析

基于参数自调整模糊控制方法对半主动空气悬架系统进行了仿真分析和试验验证．以某空气悬架大客车1／4车辆模型为仿真对象，设计了参数自调整的模糊控制器，并以随机路面为输入、悬架动行程为约束条件、簧载质量振动加速度和车轮动载荷为评价指标，对模型进行了计算机仿真，同时依据仿真模型设计了空气悬架试验台。仿真和试验结果表明，当汽车行驶工况变化时，引入参数自调整模糊控制方法可以有效降低簧载质量振动加速度和车轮动载荷。     

城市公交车与社会车辆混合流速度模型及交通运行状态分析

为了精确解析城市公交车和社会车辆混合运行的状态,在基本路段车速模型适用性分析的基础上,引入公交车流量、社会车辆流量、公交车比例等参数,建立了改进的混合机动车运行速度模型,分别选取单向二车道和单向三车道路段进行交通试验调查,采用Metrocount 5600气压管式车辆分型系统进行数据采集并用于改进模型的参数标定,并分别建立了2种车型的速度差模型,提出了路段混合车流3种不同交通运行状态的评价方法。研究结果表明：同等车流量情况下,不同公交车比例对社会车辆速度的影响表现为3个显著的变化区间;随着路段饱和度的增加,社会车辆和公交车之间的速度差呈现出从几乎不变、快速缩小到接近于零3个较为明显的运行状态;考虑车流组成中公交车比例的变化可以细化路段车流畅通状态、拥堵形成状态以及拥堵状态的判别。     

基于遗传算法的车辆悬架系统等效物理参数识别

针对车辆悬架系统的功能及物理特性,以车轴的运动为系统输入,对复杂的整车行驶模型进行了合理简化。以某型专用越野车辆为例,建立了簧载质量的3自由度振动模型,推导了簧载质量任意位置处的加速度频响函数;利用汽车试验场道路测试数据,通过遗传算法编写VC程序进行了数据拟合,得到了悬架系统在不同路面工况下的等效物理参数。实际应用表明,拟合结果具有较高的可信度。     

半刚性基层沥青路面重载标准的论证

该文通过对天津市滨海新区几条有代表性的干线道路的路面结构及交通组成的调查,确定该区域代表车型及荷载分布范围,同时通过力学计算,明确路面结构对轴载变化最敏感的范围,最后讨论了轴载变化对轴次换算、弯沉等路面设计指标的影响,确定了天津市滨海新区重载交通标准轴载,并提出了一种标准轴载的论证思路。     

考虑弹性支撑边界条件的电动汽车-路面系统机电耦合振动特性分析

轮毂电机驱动电动汽车的簧下质量大导致轮胎动载荷增加，并且电机电磁力和转矩波动对车轮造成电机激励，进一步加剧车轮振动引起垂向振动负效应的问题。鉴于此，考虑电机的电磁激励，建立了电动汽车-路面系统的机电耦合动力学模型，推导了弹性支撑边界条件下路面结构的模态频率和振型表达式，以及路面振动引起的二次激励。计算了简支与弹性支撑边界条件下的路面模态频率，根据频率分布进行了截断阶数选取，并分析了边界条件、电机激励和车速对路面响应的影响。在此基础上，研究了不同行驶速度、路基反应模量及路面不平顺幅值下，激励形式对汽车车身加速度、悬架动挠度和轮胎动载荷的影响。结果表明：路面不平顺幅值越小，弹性支撑对路面响应的影响越大，弹性支撑边界条件下的路面响应较小，电机激励会引起路面响应的增加；弹性支撑边界条件下，路面不平顺幅值和路基反应模量越小，考虑路面不平顺、路面二次激励和电机激励的三重综合激励对电动汽车响应的影响越大，激励形式对轮胎动载荷的影响最大，对车身加速度的影响次之，对悬架动挠度的影响最小；电机激励导致轮胎动载荷增加，对路面破坏和寿命产生的负效应不容忽视。所建电动汽车-路面系统机电耦合模型及研究思路可为电动汽车垂向动力学分析提供参考与理论支持。     

基于RBF神经网络识别路面谱的新方法

路面不平度是车辆行驶中振动的重要激励。为了识别路面不平度的功率谱密度函数(路面谱),提出了一种基于径向基函数(RBF)神经网络识别路面谱的新方法。该方法以7自由度汽车振动模型为基础,以MATLAB软件仿真得到的汽车车身质心垂直加速度谱为神经网络理想输入样本,以GB7031-86建议的路面谱为神经网络理想输出样本,应用RBF神经网络建立汽车车身质心垂直加速度谱和路面谱之间的非线性映射模型。另取一组仿真得到的车身质心垂直加速度谱代入已训练好的网络进行路面谱识别。结果表明:该方法具有较强的抗噪声能力和较理想的识别精度,识别的路面谱与拟合的路面谱吻合一致。