人-车系统的人体乘坐舒适性仿真及实验研究

汽车振动直接影响人体的乘坐舒适性.为了高效地评价振动环境下人-车系统的人体乘坐舒适性,运用ADAMS/View和LifeMOD软件构建了人-车系统生物力学仿真模型,通过对路面不平度的模拟,将不同路面作为振动激励添加到人-车系统的动力学分析当中,进行不同路面及不同车速的人体乘坐舒适性仿真研究.在SA30-S802/ST随机振动台上,进行相应路面及车速激励的人体振动响应实验,并验证了人体乘坐舒适性.将仿真计算与实验结果进行对比研究表明,仿真结果和实验结果基本一致,一定程度验证了所建立的人-车系统生物力学仿真模型的正确性及其进行人体乘坐舒适性仿真的可靠性,对快速评价人-车系统的人体乘坐舒适性具有一定的指导价值,为在汽车产品的设计阶段进行人体乘坐舒适性预测和评价提供了有效方法.     

微商车的垂直振动不舒适度模型和实验研究

微商车因为突出的装载能力在国内中小城市和乡镇地区非常受欢迎。随着人们对车辆乘坐舒适性要求的提高,有必要研究微商车行驶时车内振动产生的不舒适度,建立振动不舒适度的预测模型,有助于更好地对车辆的振动控制进行指导。针对中小城市和乡镇地区较为复杂的路况,研究了微商车在沥青、水泥、砂石和颠簸四种路面行驶时车内垂直振动加速度和人体不舒适度值之间的关系。每个路况下选取6个振动样本,振动加速度采用Wb计权,范围为0.531-2.991m/s2,总共24个振动样本。30位评价人员采用绝对幅值评价法给出每个振动样本作用下的不舒适值。采用线性回归方法分析加速度和振动不舒适度的关系,建立了微商车在不同路况下行驶时车内垂直振动产生的不舒适度预测模型。     

冰-车-桥系统耦合振动分析

为了研究桥梁结构在车辆和冰荷载共同作用下的振动反应,提出了冰-车-桥系统耦合动力分析框架。在该框架中,每辆车都被视为一个多自由度的运动系统,桥梁结构采用有限元方法进行建模,利用罚函数定义了车轮与桥面之间的接触关系,实现了各子系统之间的接触与交互作用。基于自激冰力模型得到了依赖于冰与结构相对速度的桥梁结构自激冰力,构建了冰-车-桥系统的耦合动力方程,进而开展了冰-车-桥系统耦合振动分析及行车安全评估。研究结果表明：桥梁竖向振动反应随车速的增加而增大,桥梁横向振动反应则受到了冰荷载的控制;车辆的竖向反应主要依赖于车-桥之间的相互作用力,车辆的横向反应则受冰与桥梁之间相互作用力的主导,车辆与桥梁的交互作用受到了车速和冰速的双重影响;快冰速会增大车辆的横向接触力,降低车辆的最小侧滑抗力,不利于行车安全;冰荷载作用下桥上车辆的前轴车轮比后轴车轮更容易发生侧滑;所提出的冰-车-桥系统耦合动力分析框架可为冰荷载作用下跨海桥梁的行车安全评估提供参考。     

动态环境人-车系统的人体振动特性研究与仿真

 针对动态环境机械系统人-机界面设计的分析需要,应用人体动力学建模与人体振动实验相结合方法进行动态环境人-机系统的人体振动特性研究与仿真分析.依据多体系统动力学原理建立了人-车系统五自由度（5-DOF）坐姿人体全身垂直振动模型,经人体振动实验得到坐姿人体的传递函数曲线,采用参数识别方法获得人体的动力学参数,在此基础上,通过MATLAB/Bode对人体振动模型的模拟分析,得到了人体各部分的振动特性.用ADAMS/Vibration软件系统进行人体振动仿真试验,验证了5-DOF人体振动模型的人体振动特性研究结果的有效性.研究结果对于分析人-车系统的人体动力响应有着重要价值,可为动态环境机械系统的人-机界面设计提供重要参考,对客观评价人体坐姿的舒适性有指导作用.     

结构人致振动舒适度无线评估系统实现与工程实践

为了准确测量结构的振动加速度,科学高效地判断振动是否引起使用者的不适和影响结构的正常使用,利用 IEPE压电式传感器和微型电脑树莓派（Raspberry Pi）,基于Python计算机编程语言设计一款智能惯性评估系统,同 时将国内外结构人致振动舒适度评估标准写入该系统,使结构振动测量评估系统的成本和硬件尺寸最小化,并实现 无线传输、快速处理数据和判断评估振动舒适度的功能。基于上述功能目标,以实验室人行桥为例与DASP工程版 动态测试分析系统采集的加速度响应进行对比,幅值谱主频相对误差在0.02%~2.85%之间,验证了传感系统采集 精度。以人行天桥、教学楼楼盖、住宅楼楼盖和宿舍楼楼盖为研究对象在人致激励作用下进行振动舒适度测试,结 果表明：研制的智能惯性传感系统可高效、实时测量结构产生的加速度响应,并且可以准确判断振动舒适度,为研究 人员提供可靠的振动舒适度评估结果。     

基于智能手机的结构振动测试及舒适度改进评价方法

由于传统的振动测试仪器在便携性和实时性方面存在不足,基于智能手机研发实时监测模块并实现对结构加速度的精准采集及舒适度分析。通过振动台动力试验和楼板振动试验验证智能手机测试振动信号的精度和性能。针对传统舒适度评价方法在适用范围和评价参数类型方面的不足,提出采用位移和速度的四次方振动剂量值作为舒适度评价指标的思路,并给出适用于桥梁和建筑结构的舒适度综合限值要求。采用智能手机对某人行天桥和建筑结构楼板的竖向振动进行测试,并通过多个指标及其限值对舒适度进行了评价。结果表明：对于长柔结构的舒适度评价,宜将位移和速度的四次方振动剂量值作为补充评价指标,并需对多个时段数据进行全面分析。     

基于接触非线性的车-路耦合系统动力响应分析

采用四分之一车辆模型和三维线弹性沥青路面模型,借助ANSYS有限元分析软件,将车、路有限元模型通过接触单元联系在一起,进行了接触非线性瞬态求解。分析了车辆匀速行驶过一段路面时车-路耦合系统的动力响应特点。通过修改系统参数,计算分析了行车速度、路面平整度、基层模量、轮胎刚度、轮胎阻尼、悬架刚度、悬架阻尼等七个参数对车-路耦合系统动力响应的影响。最后分析了车-路耦合系统的共振问题。结果表明：在文章给定的路面结构组合下,最大纵向拉应力和最大横向拉应力均出现在基层和底基层结合处,容易导致疲劳破坏的产生;沥青面层层底剪应力是导致其破坏的主要原因;控制协调好车-路耦合系统中的各个参数,对提高路面寿命和行车舒适性有重要意义;车-路耦合系统的共振问题不容忽视。     

竖向环境振动下人与结构相互作用及舒适度研究

在研究环境振动下结构和人体的动力响应时,有必要考虑人与结构的相互作用。根据国际标准ISO5982规定的不同姿势下的竖向人体动力模型,建立了具有非经典阻尼的人与结构耦合运动方程。将运动方程转化为空间状态方程,从而实现了方程的解耦。在国际标准ISO2631的基础上,提出了由小波包变换求得频带能量,进而评价人体舒适度的方法。以一幢在轻型轨道附近的10层住宅为例,分析了不同人数和不同姿势的人体下的人与结构体的动力响应。结果表明：对于一般的质量和刚度分布均匀的结构,随着人数的增加,结构的减振效果越明显。随着楼层的增加,结构的减振程度和人体舒适度都不断降低。环境振动下坐姿人体的反应最显著,而立姿人体的次之。     

人车路耦合系统的非线性振动特性及试验研究

为了解决车辆行驶中产生的复杂非线性振动响应问题,建立三自由度人车路耦合非线性动力学模型。基于扭转几何变形非线性特征,利用拉格朗日方程推导出三自由度人车路耦合非线性振动方程,该方程中的正弦和余弦函数项来源于几何非线性扭转变形。针对自由振动,给出非线性恢复力曲面、势能曲面及固有频率解析表达式。针对强迫振动,运用数值仿真方法分析车辆质量、转动惯量、乘客质量、座椅刚度/阻尼、悬架刚度/阻尼、阻尼、质心位置、路面波长及波幅等系统参数对振幅速度响应曲线的影响。搭建人车路耦合振动系统的实验平台,通过振动实验结果验证理论分析与数值结果的可靠性。研究结果表明：该三自由度非线性动力学耦合系统可精确描述人车路耦合系统的响应特性,合理选择系统参数能够有效减小振动响应幅值和提升乘坐舒适性。     

风汽车桥梁系统耦合振动及行车安全性分析

强风不仅是长大桥梁设计的控制性因素,而且直接影响到桥上车辆的运行安全。将自然风、公路车辆、桥梁作为一个统一的相互作用系统,在风-汽车-桥梁系统耦合振动分析的基础上,针对车辆侧倾事故和侧滑事故的评判准则,采用概率统计方法提高了风致车辆事故分析的可靠性。结合工程实例对强风作用下桥梁的动力响应和车辆的运行安全性进行了分析。计算得到了给定的车速条件下厢式货车的侧倾临界风速及干、湿、雪、冰四种路况情况下的侧滑临界风速,提出了适用于交通安全策略管理的强风天气条件下桥上车辆限速标准。     

车辆-路面耦合振动系统模型与仿真分析

基于二分之一的四自由度车辆振动模型,把路面简化成Kelvin地基上Euler梁,通过非线性动态轮胎力,建立车路耦合系统的分析模型及其动力平衡方程;通过轮胎和路面的位移协调条件对耦合方程进行解耦,采用模态叠加法和New-mark积分法对耦合方程组进行求解。数值分析表明:轮胎作为参振子系统对路面的影响基本可以忽略不计,考虑轮胎作为参振子系统下车体的最大竖向位移是没有考虑情况下的1.2倍左右。并对车辆运动初速度、加速度、以及路面不平顺对车体振动影响进行了分析。     

A coupled creep damage evolution model and creep life evaluation

Due to the damage accumulation during creep deformation, creep failure after a certain service time is the most important failure mode for metal structures working at high temperatures. Considering the coupled damage evolution of geometric and material’s damage, a creep life evaluation method based on continuum damage mechanics has been proposed and examined. It is found that the geometric damage evolution model can be deduced theoretically from the creep constitutive equation, while the material’s damage evolution can be assumed in the same way as that for static fatigue problems. Through solving the coupled damage evolution models, creep lives under various stress levels and temperatures can be evaluated in a unified way, just by several material constants which can be determined by some creep tests only.     

基于社会力模型的人群-桥梁竖向动力耦合效应研究

针对越来越多的轻质柔性人行桥在随机人群荷载作用下的结构振动问题,为了能够获得更为真实、精细的振动响应,建立考虑人群-结构相互作用的随机人群荷载模型尤为重要。首先利用移动弹簧-质量-阻尼模型模拟单人的动力学行为,并基于社会力模型,建立人群的随机运动模型,进而建立考虑人群-结构耦合振动的随机人群荷载模型。根据任意时刻人行桥和随机人群动力平衡,建立随机人群-人行桥耦合振动的控制方程。利用状态空间法求解人行桥动力参数随随机人群运动的变化情况,利用振型分解法求解耦合振动控制方程,探讨考虑人群-结构耦合振动的随机人群荷载对人行桥模态以及振动响应的影响。分析结果表明耦合系统模态变化量随着人数增加而增加。行人随机性与人群-结构相互作用对轻质结构的竖向动力响应影响很大,故在计算轻质结构振动响应时不可忽略。相比于加速度峰值,均方根加速度能够弱化随机波动的干扰作用,因此也采用了1-s均方根加速度更合理地衡量了结构的振动响应。     

轴—壳体系统耦合振动的建模与分析

耦合振动建模与分析是振动控制的基础。针对末端带有集中质量的轴与加筋壳体的耦合系统,分别利用解析法和有限元法计算轴系导纳和加筋壳体导纳,并将艉轴承与推力轴承作为子结构连接单元,通过频响函数综合进行模型合成,得到整个系统的频域描述模型。在此模型基础上,分析了系统振动固有特性及其随轴承刚度的变化规律,并讨论在轴上实施纵向振动控制的可行性。结果表明,推力轴承刚度改变轴系纵振频率,对纵振能量传递有明显影响;轴系纵向振动不仅会引起壳体纵向共振,还会引起壳体弯曲振动,形成轴-壳体纵横耦合模态;轴的纵向振动控制可以减小耦合系统振动。     

基于传递矩阵法的车辆-轨道垂向耦合系统动力分析方法

为准确高效求解车辆-轨道耦合系统动力响应,利用轨道结构的周期性特征,基于传递矩阵法(transfer matrix method,TMM)提出了一种便捷的轨道子系统建模和求解方法.该方法根据轨道系统结构特点,分别将有砟轨道和CRTSⅡ型无砟轨道系统的周期性重复部分划分为不同轨道元胞结构,在元胞结合面引入刚度方程假定,基...     

推进剂与贮箱液固耦合振动的动力学分析

分析液体燃料运载火箭的推进剂及贮箱的耦合振动时,为了精确建模、工程化快速计算及为火箭整体系统提供液固耦合燃料系统等效模态参数,根据有限元方法得到包含液体节点压力和结构节点位移的非对称形式的耦合动力学方程组,将表征液体运动的节点压力缩聚到液体自由面,使得方程对称化。通过等价Laplace方程边值问题的求解,得到耦合动力学方程中液体对结构的附加质量矩阵、附加刚度矩阵及耦合项。简易贮箱液固耦合模态分析的算例结果表明,该分析方法能够精确、快速地获得液固耦合系统的模态频率等动力学特性。从而使得高效率的液固耦合动力学分析在工程上应用成为可能,并为运载火箭等复杂液固耦合结构的有限元建模由简化模型向三维精确模型建立和工程化应用建立了基础。     

管路-船体耦合振动及水下声辐射研究

充液管路广泛的应用于船舶冷却、输水等多个系统,其振动与水下声辐射一直是学术与工程中的研究热点.基于阻抗综合法,利用耦合点处力与位移的连续边界条件,采用管路解析公式、船体有限元数值计算、管路支撑测试数据三者相结合的方法对管路-船体耦合系统进行振动与水下声辐射工程预报.该综合方法被应用于一个复杂空间管路-船体耦合模型,并与...     

结构声腔耦合系统的频率耦合机理探讨

给出结构和声腔耦合系统的振型耦合特点,选择几阶典型结构声腔模态,计算分析耦合系统固有频率的分布特性;分析论证耦合系统固有频率的主导特性判断准则;基于该准则深入分析耦合系统固有频率的主导特性,从而揭示结构声腔的频率耦合机理。     

一类耦合非线性扭振动力系统的稳定性控制

考虑一类三质量扭振系统的非线性阻尼力作用,建立含三次非线性耦合项的扭振系统的非线性动力学方程。采用时滞状态反馈对系统加以控制,运用多尺度法对加入时滞反馈的系统进行求解,得到系统在主共振和1∶1内共振情形下的平衡解。应用Routh-Hurwitz稳定判据分析系统平衡解在原点处Jacobian行列式的特征方程得到系统稳定的充分必要条件,并通过选取合适时滞参数实现了对耦合系统稳定的良好控制,数值模拟证明了所给条件的正确性。