详情

原文传递考虑车身姿态的桥上中型客车侧风稳定性研究

论文题名：	考虑车身姿态的桥上中型客车侧风稳定性研究
关键词：	车身姿态;桥上中型客车;侧风稳定性;参数优化
摘要：	随着社会的不断发展，汽车已成为人们出行的重要交通工具，车辆的行车安全性正受到日益广泛的关注；进入21世纪以来，我国的桥梁建设发展迅速，桥梁行车工况大幅增加。受桥梁断面结构的影响，车辆行驶于桥梁时的流场环境更加复杂，车身在气动力的作用下将发生姿态的改变，对车辆的行驶稳定性危害较大。而在目前的汽车空气动力学研究中，往往将车辆整体视为刚体，忽略了车身姿态改变对车辆气动特性的影响，导致数值仿真精度偏低。　　本文以中型客车Coaster的实车简化模型为研究对象，通过“流-固”联合仿真，实现对车辆气动特性更真实的数值模拟，进行考虑车身姿态的桥上中型客车侧风稳定性研究，并通过设置桥梁风屏障方法对中型客车的侧风稳定性进行改善。本文主要内容如下：　　第一，通过试验对标验证本文仿真方法的可靠性，在此基础上，探究桥梁结构对车辆气动特性的影响；采用本征正交分解方法，对流场结构降阶分析，揭示车辆气动特性差异产生的原因。结果表明：车辆是否位于桥上、桥梁断面的不同形式、车-桥相对位置均影响了来流及车辆周围流场的结构，进而改变了中型客车的气动特性；相比于地面，车辆位于无防撞墙的桥梁上时其侧风稳定性更低；中型客车位于不同断面形式的桥梁上时，其侧风稳定性由高到低为：防撞墙桥＞钢箱桥＞混凝土桥；车辆位于混凝土桥背风侧车道时相较于迎风侧车道侧风稳定性更高。　　第二，搭建流体力学软件STARCCM+与结构力学软件ABAQUS的数值仿真接口，实现“流-固”联合仿真，探究车身姿态对车辆气动特性的影响。结果表明：流固耦合效应将导致车体迎、背风侧产生至高达20mm的高度差；车身姿态的改变主要影响车辆顶部和底部的流场结构，对车辆气动升力的影响较大，增幅可达20%以上，对车辆气动侧向力的影响较小，除防撞墙桥工况外增幅均低于6%；不同桥梁断面形式下，车身姿态的改变对车辆气动特性的影响不同。　　第三，通过“流-固”联合仿真，分析了时变侧风下车速、侧风风速及侧风形式对车辆气动特性的影响；构建中型客车的系统动力学模型，开展气动力作用下车辆的系统动力学特性研究，并改变车辆的质心位置及路面环境预判车辆行驶过程中的危险工况。结果表明：车速及侧风风速的增大，都将增加车辆的系统动力学响应，对车辆的侧风稳定性产生不利影响；单位速度变化量下，侧风风速的变化相较于车速的变化对车辆气动特性的影响更大；伪阶跃侧风工况下，车辆气动特性参数及系统动力学响应的变化率高于其他时变侧风形式；不同时变侧风形式对车辆侧风稳定性的影响程度由高到低排序为：伪阶跃风＞正弦风＞三角风；增大车辆质心与前轴的纵向距离有利于车辆的侧风稳定性；雨、雪路面环境将导致车辆发生侧滑等危险工况。　　最后，设置桥梁风屏障以改善车辆的侧风稳定性。以风屏障的高度及透风率为因素，以降低车辆的侧倾力矩系数及桥梁的气动侧向力为目标，进行桥梁风屏障多目标优化设计。优化后，车辆侧倾力矩系数的绝对值降低67.3%，桥梁的气动侧向力降低14.1%。　　综上，本文基于汽车空气动力学、结构力学及系统动力学方法，对桥上中型客车的侧风稳定性进行了较为深入的分析，研究结论对车辆的侧风稳定性设计具有一定的参考价值。
作者：	于果
专业：	车身工程
导师：	胡兴军
授予学位：	硕士
授予学位单位：	吉林大学
学位年度：	2023