基于改进土壤承压模型的履带车辆行驶振动特性仿真研究

计算履带车辆在软土路面上行驶时振动特性的基础在于研究土壤承压特性,然而目前以贝克公式为代表的土壤承压模型缺乏考虑剪应力因素、加卸载因素和加载速率因素。通过物理试验结合仿真试验的手段在贝克公式基础上,综合考虑这三种因素影响,建立了改进土壤承压模型。建立了某型履带车辆的动力学模型,基于改进土壤承压模型进行了履带车辆行驶振动特性仿真研究,研究结果显示,与贝克公式相对比,基于改进土壤承压模型计算得到的车体冲击加速度峰值以及平均值要小,而履带板的沉陷量要大。研究结论可以为预测履带车辆在软土路面上行驶时的下陷量、行驶阻力、振动特性以及牵引特性等性能提供参考。     

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。     

重载列车动力学数值模拟

为研究列车纵向冲击对车辆运行安全性的影响,首先对缓冲器动力学模型进行了修正,并利用单自由度车辆冲击对缓冲器特性予以验证;然后采用联合模型法和混合模型法,计算了车辆通过曲线时紧急制动工况下车辆的轮轨横向力和脱轨系数,并与独立模型进行对比。计算结果表明:修正后的缓冲器动力学模型能较好地模拟缓冲器的特性曲线;车辆通过曲线时制动力产生的纵向冲动,导致车辆的曲线通过性能和列车运行安全性降低,在车辆系统动力学分析中应考虑车钩力的影响;联合模型中由于车钩采取固定偏转角,导致其计算结果偏小;混合模型中的车钩偏转角随列车运行是动态变化的,因此混合模型更接近实际运行工况。     

有限元仿真方法评价护栏安全性能的可行性

建立多种车辆和护栏有限元仿真模型,运用多次碰撞试验数据对仿真模型计算结果进行比对,对采用有限元仿真方法评价护栏安全性能的可行性进行分析。研究结果表明,仿真计算可以得到车辆行驶轨迹、结构防护导向、乘员风险和动态变形等护栏安全评价的各项指标,仿真结果与试验结果一致,误差在10%以内,验证了建模方法的正确性,运用有限元仿真方法评价护栏安全性能具有较高可行性。强调运用评价护栏安全性能的仿真模型须通过碰撞试验校核,同时建议通过法规和准则对从事护栏评价CAE工程师进行职业管理。     

履带车辆台架试验台负载模拟方法研究

针对履带车辆台架试验台路面负载、惯性负载模拟问题,推导履带车辆整车等效惯量,建立履带车辆以主动轮输出扭矩为输入、主动轮速度为输出的动力学模型,通过对电机加载系统建模及控制器设计,根据系统特性,提出用速度跟踪结合扰动观测器的控制方法解决负载模拟问题,速度跟踪模块采用的单边速度闭环双边扭矩加载可减少程序的运算量及提高负载模拟精度。台架系统试验结果验证了设计方法的有效性及精确性。     

ATV的履带车辆动态特性研究

针对履带车辆的特点,研究地面—履带—负重轮系统的耦合作用关系,分析了影响履带车辆动态特性的外部因素;借助于ATV软件,依据某履带车辆的具体结构尺寸,建立了履带车辆动力学分析仿真模型;研究了不同的地面地貌、车辆行驶速度及履带预张紧力条件下履带车辆动态特性的变化情况,分析了履带车辆动态特性变化与地面地貌、车辆行驶速度及履带预张紧力的内在关系规律,为履带车辆的设计和优化提供了依据。     

越野车辆机动性研究

为研究越野车辆行驶在不平路段机动性问题,通过偏频试验识别车辆部分特征参数,测量试验车辆悬架位移,计算行驶路段路面不平度,监测驾驶员座椅Z加速度在不平试验路段时序信号,据人体疲劳特性计算人体吸入功率,并建立"人体-车身-车轮"三自由度振动模型;用傅里叶逆变换生成不平路段的时序信号作为仿真输入,利用Simulink仿真试验车辆驾驶员座椅Z向加速度在不平路段的时序信号;提出人体吸入功率为6 W时对应的车速作为评判越野车在不平路段的机动性能。     

履带张紧力数学模型建立及仿真

履带式车辆在复杂多变的地形环境中运行,需要具备良好的可通过性.其中,履带张紧力是保证车辆正常行驶的重要因素.针对履带环上复杂的履带张紧力问题,分析履带系统各部分受力,建立诱导轮、负重轮数学模型,得到履带系统各部位的张紧力计算公式.利用履带车辆的多体动力学模型,对匀速运动工况下履带张紧力的变化情况进行理论估算和动力学仿真,验证了理论估算公式的合理性.     

基于胎面-路面摩擦自激的轮胎非线性振动建模仿真

轮胎的多边形磨损是汽车研发设计过程中迫切需要解决的问题之一。考虑轮胎接地磨擦的非线性特性,建立了悬架-轮胎-胎面系统的考虑时间延迟的两自由度动力学振动模型,研究基于自激振动理论的轮胎多边形磨损现象。通过matlab/simulink进行仿真试验,验证了汽车中高速行驶时硬自激振动现象的存在,并给出了能够引起自激振动的敏感参数及车速范围。所建立的动力学振动模型可以帮助分析悬架动力学特性对轮胎多边形磨损的影响,为减小或消除轮胎的自激振动提供了理论依据。     

直升机抗坠毁试验假人下肢动力学性能的计算机仿真研究

下肢动力学性能研究是直升机抗坠毁试验假人研制过程中的重要课题。在对直升机坠撞事故中飞行员下肢损伤分析的基础上,通过建立具有我国50 th百分位飞行员参数特征的假人下肢有限元模型,按试验要求对下肢动力学性能进行仿真分析;将仿真结果分别与假人下肢动力学性能参考指标及试验结果比较,发现该下肢模型具有较好的生物拟合性,表明采用有限元法对假人下肢动力学性能分析的有效性和可行性。由于直升机坠撞事故中人体下肢损伤形式较复杂,该研究对将来能实现多方位碰撞损伤评价的假人下肢动力学性能研究具有一定指导意义,对假人其他部位动力学性能的仿真研究也具有重要参考价值。     

制动器动态特性的仿真研究

采用ADAMS建立双块式电磁制动器的动力学仿真分析模型,并对其进行模拟仿真,产生制动臂在制动过程中各个方向的加速度时域图。经过对各种曲线图的比较,明确在制动过程中弹簧的刚度系数、制动时间以及制动臂振动之间的相互关系。     

厚壁金属管挤压变形缓冲制动响应特性研究

金属管挤压变形是高效缓冲制动的重要形式,但目前对不同结构形式在动态冲击条件下的响应特性缺少系统的认识;以厚壁金属管为对象,对其挤压变形缓冲制动响应进行数值研究。参照试验状态和结果建立厚壁金属管缓冲制动装置的有限元分析计算模型,进行准静态仿真模拟分析并校核;在此基础上利用有限元法和显示动力学算法,对厚壁金属管缓冲制动响应特性以及影响缓冲力的主要因素进行研究和分析。结果表明:①厚壁金属管缓冲制动结构具有尺寸小、冲击载荷平稳、变形能力强的特点;②利用此计算模型能够清晰地表征厚壁金属管缓冲制动装置的动态响应;③影响缓冲力大小的主要结构因素是缓冲筒下部内孔直径、上部内孔直径以及外部直径,缓冲筒上下内径比D1应控制在0.7~0.8,D2应控制在1.8~2.0,当比值越小时,冲击杆会出现反冲现象,当比值越大时,冲击杆受到较大的冲击力,缓冲筒的惯性制动段的制动也有较大波动的影响。针对工程应用中不同的缓冲制动需求,可以通过设置合理的缓冲筒内外廓直径参数来获得有效的制动载荷。可为相关研究和工程应用提供参考。     

履带车辆不平路面越野平均速度预测方法研究

为了研究路面不平度对履带车辆越野平均速度的影响规律,本文建立了履带车辆多体动力学模型,提出了振动响应指标并通过试验验证了模型的可信性;根据试验设计进行仿真计算,建立振动响应与车速、路面不平度间的近似模型;以振动响应指标的门限值为约束条件,采用目标寻优方法拟合了路面不平度与车速间的数学关系,提出了随机不平路面条件下的越野速度预测方法。应用该方法计算了车辆通过某试验场综合路面,结果表明：所建模型可以反映路面不平度对车速的影响,为车辆机动性预测提供了有效的量化手段。     

三峡升船机系统动态响应分析

根据三峡升船机最新设计报告,采用有限元软件ANSYS构建了升船机系统有限元模型,包括承船厢、提升钢索、滑轮组、平衡重、厢内水体、驱动机构和刹车机构;通过数值模拟,对升船机系统进行了模态分析及动态响应研究,内容包括升船机系统的流固耦合模态及其在各种工况(起动、刹车、事故)下的动态响应和影响因素分析,如弹簧刚度、误载水深、阻尼、承船厢的位置等。计算结果表明:对于升船机这样一个复杂系统,该文所建立的有限元模型及数值算法是合理的,其结果可为升船机系统整体设计提供必要的参考。     

基于S3C2410X的车辆制动监测装置研制

根据车辆104空气制动机的参数特征,研制了一种基于S3C2410X处理器的车辆制动系统监测装置,该装置可实现车辆制动系统常见故障的检测,并对检测结果及制动系统状态数据进行大容量存储,实现对制动机维护的计算机管理。监测装置由气体压力传感器和32位嵌入式计算机两部分组成。压力传感器检测列车制动管、制动缸和工作风缸的压力值。嵌入式计算机通过对传感器提供的信息进行分析处理,实现故障的判别、显示和报警。在单车试验台上进行了车辆制动机故障模拟试验,实验结果表明,该监测装置能够实现常见制动故障的实时检测和报警。     

基于剪切式磁流变减振器的车辆侧倾与平顺性协调控制

车辆转向时,由于普通磁流变减振器在低速下无法提供较大的阻尼力,难以有效对车辆进行侧倾控制,针对此问题,设计了一种具有低速大阻尼特性的剪切式磁流变减振器,以提升车辆的抗侧倾性能。对剪切式磁流变减振器的结构和磁场进行设计,并建立剪切式磁流变减振器阻尼力模型;通过Simulink仿真得到该减振器的输出特性曲线,并建立磁流变减振器多项式数学模型;建立车辆六自由度转向-侧倾动力学模型,基于限幅最优控制设计车辆侧倾和平顺性协调控制器,并运用MATLAB软件对磁流变半主动悬架限幅最优控制双移线工况进行动力学仿真。仿真结果表明:当车辆转弯时,相较于常规模式,抗侧倾模式下车身侧倾角和横向载荷转移率显著减小,同时车身加速度、轮胎动载荷及悬架动挠度等参数有一定的改善。研究表明剪切式磁流变减振器能够有效抑制车辆转弯时的车身侧倾,改善车身姿态,同时使车辆保持良好的平顺性,提升了车辆的弯道通行能力,防止车辆侧翻事故发生。研究结果可为磁流变半主动悬架在车辆侧倾控制中的应用提供理论支持。     

地震作用下车辆-轨道系统轮轨动态响应试验研究

为研究地震作用下高速铁路地震预警阈值,进行准静态全尺寸车辆-轨道模型振动台试验研究,对车辆轨道模型施加正弦地震波,试验结果显示《铁道车辆动力学性能评定和试验鉴定规范》中所规定的轮重减载率限值和脱轨系数限值可能偏于保守,且导致列车脱轨的原因是由于地震作用使轨道结构发生大幅的水平向振动,引起车轮发生水平向晃动,致使车辆发生侧向滚摆运动所造成的;接着对车辆轨道模型施加实测地震波,试验结果表明地震波频谱特性对列车运行安全有一定的影响;对车辆轨道模型同时施加水平向和垂向地震波,发现对车辆轨道系统动力响应影响较大的为水平向地震波,垂向地震波则对其影响较小;根据振动台试验模型建立与之对应的多刚体、多自由度三维车辆-轨道数值模型,研究当考虑轨道不平顺时,地震作用下不同车速对列车轮动动力响应的影响,通过数据分析表明,在一定范围内,地震作用下的列车脱轨与列车速度关系不大,为高速铁路地震预警阈值的研究提供了一定的理论依据。     

可调阻尼油气式减震器匹配整车平顺性的仿真分析

 可调阻尼油气式减震器对越野摩托车的行驶平顺性有至关重要的影响。用Matlab软件建立整车五自由度动态模型以及路面谱的数学模型，对越野摩托车行驶平顺性进行仿真研究。结果表明，匹配于道路行驶特性的减震器刚度与阻尼参数，能使振动能量峰值远离人体敏感频段并降低整车在敏感频段的振动加速度水平，提高整车平顺性。此仿真程序可为新车型选配各类减震器提供参考，加快整车开发。     

A compliant track link model for high‐speed,high‐mobility tracked vehicles

Several modelling methods have recently been developed for the dynamic analysis of low‐speed tracked vehicles. These methods were used to demonstrate the significant effect of the force of the interaction between the track links and vehicle components, even when low speeds are considered. It is the objective of this investigation to develop compliant track link models and investigate the use of these models in the dynamic analysis of high‐speed, high‐mobility tracked vehicles. There are two major difficulties encountered in developing the compliant track models discussed in this paper. The first is due to the fact that the integration step size must be kept small in order to maintain the numerical stability of the solution. This solution includes high oscillatory signals resulting from the impulsive contact forces and the use of stiff compliant elements to represent the joints between the track links. The characteristics of the compliant elements used in this investigation to describe the track joints are measured experimentally. A numerical integration method having a relatively large stability region is employed in order to maintain the solution accuracy, and a variable step size integration algorithm is used in order to improve the efficiency. The second difficulty encountered in this investigation is due to the large number of the system equations of motion of the three‐dimensional multibody tracked vehicle model. The dimensionality problem is solved by decoupling the equations of motion of the chassis subsystem and the track subsystems. Recursive methods are used to obtain a minimum set of equations for the chassis subsystem. Several simulations scenarios including an accelerated motion, high‐speed motion, braking, and turning motion of the high‐mobility vehicle are tested in order to demonstrate the effectiveness and validity of the methods proposed in this investigation. Copyright © 2000 John Wiley & Sons, Ltd.