原文传递
车辆跳车冲击行为的动力学分析模型研究
| 论文题名： | 车辆跳车冲击行为的动力学分析模型研究 |
| 关键词： | 桥梁工程;车辆跳车现象;冲击效应;动力学 |
| 摘要： | 随着我国经济实力的快速发展，越来越多的桥梁得以修建，但由于桥面不平顺导致的车辆跳车对桥梁的冲击效应是影响桥梁正常服役周期的重要因素之一，因此桥梁跳车问题受到众多学者和相关部门的重点关注。作为车桥系统耦合振动的关键，轮胎的力学特性影响着耦合系统迭代求解的精确度和收敛性。因此本文着力于在车桥耦合跳车过程中引入变刚度的轮胎模型，为解决复杂的轮胎变刚度模型给车桥耦合系统带来的收敛性和求解效率难点，提出了一种基于耦合迭代次数的自适应步长策略，编制了具备有限元分析能力的车桥耦合跳车冲击分析程序。本文主要的研究内容和结论如下： （1）根据达朗贝尔原理推导适用于跳车分析中的1/4和1/2非线性车辆模型，阐述车桥耦合迭代求解理论，介绍并分析常用的直接积分算法的特性。 （2）基于车桥耦合跳车冲击问题相关性较高的算例，对常用的直接积分算法进行对比分析研究。结果表明，四阶Runge-Kutta法具有较高精度，非线性求解能力较强，Zhai方法单步求解效率较高。考虑到后续变步长的需求，对4阶Runge-Kutta法中的半步时刻荷载做线性插值求解，将4阶Runge-Kutta法修改为显式单步形式。 （3）分析了跳车冲击过程中的变步长实现难点，为提高跳车冲击系统的收敛性和求解效率，提出基于车桥耦合分离迭代次数的自适应步长策略，并证明了其有效性。研究分析变步长策略中的参数C3值对于求解时间和精度的影响，给出C3值的推荐取值范围。结果表明，该策略可较好地匹配车桥耦合跳车冲击过程中的实际步长需求，降低车桥耦合系统对于初始步长的敏感性，有效地提高车桥耦合分离迭代系统的收敛性及求解效率。 （4）基于MATLAB编制车桥耦合跳车冲击分析程序VBCP，使用基于耦合迭代次数自适应步长策略下的单步显式4阶Runge-Kutta法进行求解，将VBCP的计算结果与经典算例以及多体动力学仿真商业软件ADAMS的计算结果进行对比。结果表明，VBCP具有稳定可靠的车桥耦合跳车分析能力，能够基于任意的路面激励对跳车冲击全过程进行仿真分析。 （5）为考虑跳车冲击过程中的轮胎刚度变化影响，引入非线性刚度的轮胎模型，采用静力等效的方式求解定刚度模型和阶跃刚度模型的等效刚度，使用VBCP对比研究了不同刚度模型在不同跳车位置、跳车高度、行车速度、桥梁结构阻尼比以及胎压下的跳车冲击响应。基于1/3倍频舒适性频谱评价标准对跳车冲击过程中的舒适性进行评价。结果表明，不应忽视轮胎变刚度对于车桥耦合跳车冲击效应的影响，跳车高度和胎内气压对于跳车冲击过程中的行车舒适性影响较大。 |
| 作者： | 毛浚陶 |
| 专业： | 土木工程;桥梁与隧道工程 |
| 导师： | 施尚伟 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 重庆交通大学 |
| 学位年度： | 2022 |
检索历史
应用推荐
