随机结构参数车辆在随机激励下的振动响应

为分析随机结构参数对车辆系统随机振动响应的影响,通过1/4车辆模型,研究了具有随机结构参数的非线性车辆系统在随机过程激励下的振动响应.将簧上质量、簧下质量、悬挂阻尼、悬挂刚度以及轮胎刚度均视为随机变量,考虑轮胎与车身之间弹簧的非线性,将路面不平整引起的对车辆的激励作为平稳白噪声过程建立系统的动力性方程,采用能量差法对非线性车辆系统进行等效线性化处理;通过求解李雅普诺夫方程,获得平稳随机振动响应协方差矩阵,并通过多次迭代求得稳定的等效线性车辆系统参数.算例计算结果表明:能量差法计算位移的相对误差为6.841 5%,而方程差法的相对误差为8.150 5%;用此方法计算随机响应的方差值仅用了0.8 s,而用Monte Carlo法模拟1 000次耗时70 min.      

考虑齿面摩擦的机车齿轮传动系统参数振动稳定性（英文）

针对机车齿轮传动系统的参数振动问题,建立了考虑齿面摩擦时机车齿轮传动系统的动力学模型,基于势能原理获得了齿轮时变啮合刚度,并利用傅里叶级数展开,利用多尺度法进行求解,获得了系统参数振动稳定的边界条件。最后开展实例分析,研究了齿面摩擦因数对机车齿轮传动系统参数振动稳定性的影响。分析结果表明:不计齿面摩擦时,当机车速度约为119.02/j km·h~(-1)(j是谐波项)时,系统会产生参数共振,摩擦因数越大,对应的参数共振速度越大;在参数共振速度附近存在系统振动不稳定区域,当系统阻尼系数和摩擦因数均为0,谐波项分别为1、2、3、4时,相对于参数共振速度的波动值分别为9.16、1.46、0.53、0.55km·h~(-1),系统振动不稳定;当阻尼系数为0时,在对应谐波项下,与摩擦因数为0时相比,齿面摩擦因数分别为0.1、0.2时,系统振动不稳定区域内相对于参数共振速度的波动值分别增加了约4.88%、9.54%;当阻尼系数为0.01时,随着摩擦因数的增大,在系统振动不稳定区域内相对于参数共振速度的波动值不一定增加;摩擦因数越大,系统稳定所需的阻尼系数越小。     

某三跨斜拉桥纵向设置液体黏滞阻尼器阻尼系数优化

以某跨海大桥为例,采用有限元软件MIDAS建立三维空间有限元模型,考虑桩-土效应,研究在地震荷载作用下,阻尼器的阻尼比与阻尼指数之间的关系。根据能量等效原理,推导出非 线性阻尼器最优阻尼系数,提出一种阻尼器参数优化的新方法。研究发现：当桥梁设置线性黏滞阻尼器时,体系的最优阻尼比近似等于0.5,与不设置黏滞阻尼器且阻尼比为0.05 时的耗能能力近似相等;当阻尼器为非线性时,随着阻尼指数的增大,最优阻尼系数逐渐减小,结构位移逐渐增大;非线性阻尼器的减震效果优于线性阻尼器。这种阻尼器参数优化的新方法不仅可以大大减少计算时间,而且可以直接得到最优阻尼系数和最优阻尼比。     

环板式针摆行星传动非线性动力学模型与方程

以环板式针摆行星传动为研究对象,建立了考虑时变啮合刚度、齿侧间隙、误差等因素的齿轮传动系统的非线性动力学模型,推导了系统的运动微分方程.针对系统微分方程的半正定、变参数和非线性的特点,采用以齿轮副相对啮合位移为系统的广义坐标,将线性与非线性回复力共存的方程组转化为统一的矩阵形式,并对方程进行无量纲处理,为后续的微分方程的求解做准备.     

环板式针摆行星传动非线性动力学模型与方程

以环板式针摆行星传动为研究对象,建立了考虑时变啮合刚度、齿侧间隙、误差等因素的齿轮传动系统的非线性动力学模型,推导了系统的运动微分方程.针对系统微分方程的半正定、变参数和非线性的特点,采用以齿轮副相对啮合位移为系统的广义坐标,将线性与非线性回复力共存的方程组转化为统一的矩阵形式,并对方程进行无量纲处理,为后续的微分方程的求解做准备.     

Winkler地基上材料非线性矩形薄板的主共振

为了研究Winkler地基上材料非线性矩形薄板受简谐激励的非线性振动,应用弹性力学理论,建立了其动力学方程,并用Galerkin方法将其转化为非线性振动方程.应用非线性振动的多尺度法,求得系统主共振的近似解,并进行了数值计算.研究表明,随着阻尼系数、几何参数和激励幅值的改变,主共振响应曲线有跳跃和滞后现象,振幅随阻尼系数的增大而减小.此外,还对系统主共振响应方程进行了奇异性分析,得到了开折参数平面的转迁集和分岔图.     

流固冲击载荷下加筋板非线性动力响应与敏感度分析

在考虑大变形、忽略阻尼的影响下,基于有限元软件ANSYS分析了加筋板在流固冲击载荷下的非线性瞬态响应.不仅将不同的冲击载荷形式,譬如阶跃载荷和三角形载荷,与流固冲击载荷对加筋板动力特性的影响进行了比较,还分别讨论了载荷峰值、冲击载荷持续时间、板厚、加强筋材料体积比和截面宽高比的影响,并对它们作了敏感度分析.     

人-结构竖向相互作用两类简化模型分析

基于质量-刚度-阻尼（mass-spring-damper,MSD）和质量-刚度-阻尼-附加质量（mass-spring-damper-rigid mass,MMSD）两类简化分析模型,采用正则化结构振型函数建立简化的人-结构竖向相互作用动力方程. 针对具有非比例阻尼特性的动力方程,采用状态空间法求解耦合系统瞬时频率和阻尼比,讨论两种耦合动力方程的区别以及结构在人行荷载作用下频率和阻尼比的变化规律,分析人-结构耦合状态下结构加速度响应的差异. 结果表明:考虑人-结构竖向相互作用时,两类动力方程的结构阻尼比显著增大,结构瞬时频率略有减小,瞬时阻尼比峰值平均提高31.67%,瞬时频率峰值平均仅减小0.29%; 结构人致振动分析时应考虑人-结构竖向相互作用;MSD和MMSD两种模型分析情况下,结构动力响应差异很小,均方根加速度值的差异仅为0.34%.      

几何大变形非线性问题中拟线性等效系统研究

描述几何大变形问题的方程式为非线性微分方程,该方程不能应用叠加原理求解,且当荷载复杂、柔性结构杆件的截面变化时其求解更加复杂.基于拟线性等效系统的原理,提出了简化的拟线性等效系统,通过试差法确定水平位移△,将非线性弯矩和刚度转化为线性问题,从而将欧拉一贝努利方程转化为线性问题,并且在梁中推广了拟线性等效系统.实例验证表明拟线性等效系统简化方法得当、计算结果满足精度要求.     

整体式斜交桥中桥台钢桩地震响应

采用有限元分析软件SAP2000建立了某整体式斜交桥的三维结构模型,通过离散非线性弹簧单元模拟桥台-台后土以及H型钢桩-桩周土的土-结构相互作用,通过一系列双向地震作用下的非线性时程分析,研究了桩的朝向、桩周土刚度及桩头转动刚度对整体式斜交桥中H型钢桩地震响应的影响规律。研究结果表明：双向地震作用下,H型钢桩的横桥向位移显著大于纵桥向,且受桩朝向的影响更为明显,强、弱轴弯矩均呈正反双向分布,屈服面函数最大值一般位于桩顶,另一峰值则位于桩身2～4 m埋深处;钢桩绕强轴弯曲布置时,桩顶纵桥向位移相比绕弱轴弯曲时降低18.2%,但横桥向位移增大47.7%,桩顶处绕强轴弯矩增加约3.9倍,桩身反向强轴弯矩峰值降低67.0%,桩顶处绕弱轴弯矩基本不变,桩身反向弱轴弯矩峰值增加约1.0倍;随着桩周土刚度的降低,桩顶纵、横桥向位移增大,桩顶屈服面函数值降低,而桩身屈服面函数峰值增加,桩身更不易保持弹性;当桩头采用柔性连接时,桩顶纵、横桥向位移均增大,桩顶屈服面函数值降低,有利于保护桩头,而桩身屈服面函数峰值增加,当桩头转动刚度过低时甚至可能大于桩顶刚度,导致桩身在罕遇地震作用下先进入塑性。     

牵引电机悬挂参数对高速列车牵引传动部件振动特性的影响

基于车辆系统动力学理论建立包括柔性齿轮箱体与柔性轮对在内的刚柔耦合动力学模型，应用直接转矩控制理论建立了牵引电机控制模型，利用Simpack与Simulink联合仿真平台建立了机电耦合模型；考虑轮轨激励、车辆结构振动与谐波转矩等因素耦合作用，通过机电联合仿真对牵引传动部件振动特性进行了频谱分析，对牵引电机悬挂节点径向刚度、轴向刚度及阻尼在不同量级区间内的取值进行了研究。分析结果表明：在牵引电机谐波转矩和车轮多边形作用下，高速列车牵引传动部件出现较为明显的高频振动，牵引电机悬挂节点径向刚度为20～30 MN·m^-1时，牵引电机垂向振动达到极小值，齿轮箱体与牵引电机在6倍基波频率及车轮转频处振动加速度较小，且径向刚度较小时车辆安全性指标较优；牵引电机悬挂节点轴向刚度为4～6 MN·m^-1时，齿轮箱体与牵引电机受电机谐波转矩及车轮多边形高频激励的影响较小；牵引电机悬挂节点阻尼为0.1～40.0 kN·s·m^-1时，转向架部件振动有效值较小，阻尼的变化对车辆动力学指标的影响甚微，且车辆安全性及平稳性指标较优。     

基于能量法的轮对蛇行运动稳定性

为了分析轮对蛇行运动的形成机理与能量传递机制, 基于车辆系统动力学理论推导了轮对蛇行运动的能量表达式; 借助轮对运动参数的相位关系和能量表达式, 确定了轮对蛇行运动过程中各部分所做的功及其对应的能量传递路线; 通过数值仿真计算不同参数条件下的输入能量, 对比了踏面等效锥度、轮对质量、一系悬挂刚度与重力刚度等参数对轮对稳定性的影响规律。研究结果表明: 蠕滑力和锥形踏面的协同作用是轮对产生蛇行运动的根本原因, 蠕滑力中的刚度项通过调节纵、横向蠕滑率向轮对系统横向运动输入能量, 蠕滑力中的阻尼项耗散轮对系统的能量; 当输入能量大于耗散能量时, 轮对蛇行运动发散, 当输入能量小于耗散能量时, 蛇行运动收敛, 当输入能量等于耗散能量时, 轮对做等幅周期运动; 增大轮对质量和车轮踏面等效锥度不利于轮对的稳定性, 增大一系悬挂纵、横向刚度对轮对稳定性有利; 踏面等效锥度对轮对稳定性的影响最大, 当锥度由0.15增大到0.20时, 输入能量增大了约9.5倍; 一系悬挂刚度的影响次之, 刚度由75kN·m-1增大到100kN·m-1时, 输入能量减小了约60%;轮对质量影响最小, 轮对质量由1 000kg增大到2 100kg时, 输入能量增长了约1.1倍; 在锥形踏面下, 重力刚度对轮对稳定性的影响可以忽略。      

水域沉管隧道地震响应的影响因素分析

为分析隧道接头和上覆水对沉管隧道地震响应的影响,采用沉管隧道振动台试验和ADINA有限元软件模拟两种方法进行相关研究.沉管隧道试验模型材料主要为微粒混凝土,模型缩尺比为1∶30,采用层叠剪切箱装填砂土构成场地,采用黏弹性人工边界和等效荷载输入方法对模型进行仿真分析.研究结果表明:在同一深度土层,柔性接头沉管隧道的土层加速度放大系数小于刚性接头沉管隧道;当土层发生液化时,其加速度放大系数小于1;当沉管隧道接头剪切刚度(G)减小为0.10G和0.01G时,隧道截面剪应力减小20%和33%,截面轴应力峰值最大值减小16%和30%,截面剪应变峰值分别增加了60%和140%;上覆水使场地加速度放大系数变小,是由于水的存在加大了土层表面的阻尼;在P波作用下,上覆水水深从10 m增长到40 m时,沉管隧道截面剪应力峰值、轴向应力峰值和应变峰值最大值分别以3%～5%、30%～40%和12%～17%的幅度增加.     

隔振抗冲击系统组合优化设计方法

研究了隔振和抗冲击的组合优化设计问题.指出连续性设计思想的弊端,提出组合优化设计方法并建立了系统模型;分析了冲击隔离系统的极限性能及2种实现方法,一种是采用较大阻尼的单个线性元件;一种为无阻尼的多个线性刚度元件.仿真和试验结果表明:在缓冲器的刚度远大于隔振器的刚度时,具有线性刚度和阻尼的缓冲元件最佳阻尼比为0.4的结论仍然成立;通过结构优化设计.无阻尼线性元件同样能够实现性能最优化.     

辅助索接地的简化索网-阻尼器系统的阻尼和频率

索网-阻尼器-接地辅助索系统的振动特性研究对于拉索减振问题具有重要的工程应用价值.本文建立了由2根水平拉索和1根锚固于桥面的辅助索组成的简化索网系统,将辅助索简化为线性弹簧单元,基于弦理论,由拉索锚固端的位移边界条件和阻尼器、辅助索安装位置处位移及力的连续条件,推导得索网系统的复特征值方程,并由此求得阻尼和频率的数值解.以3、4阶振动模态为例,讨论了弹簧刚度、安装位置对最大模态阻尼比、阻尼器的最优阻尼系数和相应振动频率的影响.研究结果表明,索网系统的各阶模态存在奇数阶和偶数阶两种模态,两种振动模态具有不同的振动特性.随着辅助索与桥面连接段刚度的增加,最大模态阻尼比可能的取值上限将增加至单索-阻尼器系统的最大模态阻尼比值的2.0~2.4倍,但辅助索可选择的优化安装区间则变得更为狭窄和分散.      

转向架橡胶件动态参数的高低温特性

针对高速列车转向架悬挂系统中的弹性橡胶件, 为掌握其非线性刚度和阻尼系数的频变、幅变和温变特性, 开展动态参数的高低温(-60℃~60℃) 特性试验, 阐述了橡胶件参数动态特性的试验方法, 对轴箱叠层橡胶弹簧和转臂定位橡胶节点进行轴向、径向的静态和动态测试, 根据载荷-挠度滞回曲线计算刚度和阻尼系数。试验结果表明: 常温23℃工况下, 橡胶件的刚度和阻尼系数仅表现出频变、幅变特性, 参数变化量却与环境温度强相关; 相比于常温23℃工况, -60℃极低温环境下的橡胶件刚度和阻尼系数均显著增大, 激振位移为0.50 mm时刚度增加1倍以上, 阻尼系数增加4~6倍, 并且激振频率越高两者增幅越显著; 60℃高温环境下, 相比23℃橡胶件刚度仅降低约5%, 阻尼系数仅降低约25%, 并且高温环境下橡胶件的频变和幅变非线性减弱; 低温引起车辆悬挂系统动态刚度和阻尼系数变化, 进而造成车辆动力学性能指标变化, 相比于常温, -40℃工况下运行安全性指标如脱轨系数增大约5%, 车体振动加速度显著增大约17%。      

某商用车动力总成悬置系统多目标优化

为解决某商用车动力总成悬置系统怠速抖动问题,提出了考虑悬置系统结构阻尼的动反力频响特性计算方法。基于NSGA-Ⅱ算法对解耦指标、动反力及各频率间隔之和进行了多目标优化,优化后动力总成悬置系统解耦率明显提高,系统动反力下降了4.91%。通过整车动力总成隔振试验,对比原始状态与优化状态在怠速工况下的综合隔振率,证明了该优化方法的正确性,为动力总成悬置系统设计提供了指导意义。     

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.     

车辆悬架最佳阻尼匹配减振器设计

为了使设计减振器对车辆具有最佳减振效果,利用悬架最佳阻尼比,对减振器最佳阻尼系数进行了研究,建立了减振器最佳速度特性数学模型,提出了减振器阀系参数设计优化方法,对设计减振器进行了特性试验和整车振动试验,并与原车载减振器性能进行了对比。计算结果表明:减振器特性试验值与最佳阻尼匹配要求值的最大偏差为9%,而且,在低频范围内,设计减振器的整车振动传递函数幅值明显低于原车载减振器的幅值,有效遏制了簧下质量在13Hz附近的共振,因此,减振器速度特性模型和阀系参数优化设计方法是正确的。