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《车辆动载荷的频域模拟计算与分析》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第20卷第4期华 中 科 技 大 学 学 报(城市科学版)Vol.20No.42003年12月 J.ofHUST.(UrbanScienceEdition)Dec.2003车辆动载荷的频域模拟计算与分析11陶向华 黄晓明(1.东南大学 交通学院,江苏 南京 210096)摘 要:建立了简化的1ö4车辆模型,并对车辆的动载荷特性进行分析;描述了反映路面不平度的波数功率谱密度[Su(k)]与时间角频率谱密度[Su(w)]的关系,运用频域模拟分析方法计算了车辆动载荷的功率谱密度、均方根偏差与动载系数,并且分析了车速与路面不平度对车辆动载荷变化的影响.可为进一步的路面动力响应研究
2、提供理论基础.关键词:1ö4车辆模型; 谱密度; 路面不平度; 动载系数中图分类号:U416 文献标识码:A 文章编号:100025730(2003)0420047204 由于路面不平整使得高速行车情况下车辆的振动加剧,车辆对路面的作用力成为动力随机荷载.目前,我国沥青路面设计模型中均假设载荷是静止且不动的,忽视了动载荷的影响.为此,必须研究车辆荷载、由路面不平整产生的动力荷载以及动载下的路面响应问题.其中首要的是车辆动载荷的研究,不仅包括大小变化的动力载荷,而且还包含运动的载荷.图21ö4车辆模型弹簧和图11ö4车辆模型减振器的作用力1 车辆模型1.2 运动方程的
3、建立1.1 简化的车辆模型由D,Alembert原理和图2的作用力分析,现有的研究常采用简化的1ö4车辆模型分析1ö4车辆模型以力表示的运动方程为车辆动载荷的变化情况,如果要建立更复杂的多PF,2=k2(z2-z1),PD,2=c2(za2-za1);(1)自由度模型(包括半车模型和整车模型),这在理PF,1=k1(z1-u),PD,1=c1(za1-ua)论上没有任何困难,方法是一致的.考虑到计算的m2zb2+c2(za2-za1)+k2(z2-z1)=0复杂性,首先把实际车辆简化为常见的1ö4车辆m1zb1-c2(za2-za1)-k1(z2-z1)=.(2)[1]模
4、型(弹簧和减震器连接的双质量系统).图1c1(ua-za1)+k1(u-z1)中m2为簧载质量,即车身部分质量,包括所有车上述方程适用于线性车辆(具有线性的几何身弹簧悬架的汽车部件,将其作为完全刚体来处构造、线性的弹簧和减振器,弹簧和减振器分别代理,如车架、车身和货厢等,此模型中忽略了人的表车辆轮胎与车身悬架单元),改写成矩阵形式影响;m1为非簧载质量,即轮胎质量;k2为悬架刚→→→→[M]qb+[C]qa+[K]q=Q,(3)度;k1为轮胎刚度;c2为悬架阻尼;c1为轮胎阻尼;→→式中,q为广义坐标矢量;Q为广义外力矢量;[M]z2为簧载垂直位移;z1为非簧载垂直位移;
5、u为路为质量矩阵;[C]为阻尼矩阵;[K]为刚度矩阵.对面不平度激励.1ö4车辆模型,各参数表达式为收稿日期:2003206227.作者简介:陶向华(19762),女,博士研究生;南京,东南大学交通学院(210096).基金项目:西部交通建设科技项目(200231800032).©1995-2004TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.Allrightsreserved.· 华 中 科 技 大 学 学 报48·(城市科学版)2003年→z2→0m20=3,n2=2.25,k0=1ö2P,Su(k0)如表1.q=;Q=
6、;[M]=;z1c1ua+k1u0m1表1 标准波数谱密度的取值-63c2-c2k2-k2路面等级Su(k0)ö(10mö次)[C]=;[K]=.-c2c2+c1-k2k2+k1非常好2～8好8～32(4)一般32～1281.3 车辆动载荷特性差128～512由图2和式(2)可得车辆动载荷的变化很差512～2048P动=PF,1+PD,1=c1(ua-za1)+k1(u-z1)=m2zb2+m1zb1,(5)3 动载的频域模拟分析式中,P动是车辆垂直载荷的动态变化,它可由轮胎垂直压缩量或质量与加速度的乘积得出.3.1 频域模拟分析过程根据随机过程与概率论的理论,车辆动载荷
7、对路面不平度随机激励输入,通过频域模拟均方根偏差R可用来表示车辆随机载荷围绕均值法可有效地计算线性车辆动载荷.假定车辆为线[2]波动的情况,动载系数DLC用来反映车辆动载性,由路面不平度谱密度矩阵[Su(X)]与车辆传递荷的大小.由式(6)和式(7)可计算R和DLC为函数矩阵[H(X)]得车辆动载荷谱密度矩阵[SFT∞212[6]R=P动(t)dt=∫SF(X)dX;(6)(X)]:T∫003TDLC=RöP静,(7)[SF(X)]=[H(X)][Su(X)][H(X)].(9)上列式中,T为时间;SF(X)为车辆动载荷功率谱
