履带式特种车辆精细化动力学建模与仿真

履带车辆动力学模型是车辆结构优化设计与控制算法开发、测试与标定的基础。基于商业软件所搭建模型的动力学方程及梯度信息对用户未知,极大地限制了结构参数与控制参数的优化效率。此外,现有商业软件求解效率低、实时性差,影响了控制算法开发进度。针对上述问题,基于多体动力学推导建立可同时满足纵横垂耦合运动仿真需求的履带车辆精细化动力学模型并进行仿真。建立考虑空间三维耦合运动的车体动力学模型以及精细到履带板的履带链动力学模型。通过计算履带板与各部件相互作用力,将车体模型、履带链模型以及地面相关联,最终构建190自由度的履带车辆动力学模型。在加速、刹车与转向等工况下与ATV(ADAMS Tracked Vehicle Toolkit)进行对比,结果表明自主开发的仿真模型纵横垂向运动仿真结果与商业软件高度一致,验证了新方法的准确性。

基于代理模型进化的履带车辆动力学参数优化

为解决履带车辆动力学优化过程因代理模型构建和应用的不足而导致的参数寻优精度和效率不高的问题,提出基于代理模型进化的参数优化方法,将优化迭代和代理模型动态构建相融合,来降低仿真模型调用次数和提高优化效率。根据车辆几何拓扑结构,构建考虑履带包络效应的车辆多体动力学模型;提出优化设计变量空间的3层子空间划分方法,以及具有空间聚焦、空间约简和跳出局部寻优的多级模糊聚类空间约简方法,实现设计参数在3层子空间的高效缩减。以履带车辆多体动力学模型参数优化过程为例进行应用验证。研究结果表明:在3种路况下的履带车辆多体动力学优化过程降低仿真模型调用次数最高可达85%;表征履带车辆行进特性的综合性能指标分别提升约32.4%、24.5%、20.4%。证明了新方法可有效提高动力学模型的优化效率和精度。

山东省装备制造业绿色发展路径的系统动力学研究

为了探究装备制造业绿色发展的有效路径,基于DPSIR模型构建涵盖经济、能源、环境、技术要素的系统动力学模型,模拟8种路径测度2021—2030年装备制造业绿色发展系统在单要素驱动和集成要素驱动下的效果。结果表明:单要素调整下创新驱动有利于提升经济发展和产业绿色值,环境驱动可缓解因污染带来的经济损失;要素协同发展取得的整体效果比单要素驱动更显著,其中创新-环境-结构驱动下正向促进效果最为明显。

移动车辆激励的内埋膜复合材料桥梁结构动力学计算

桥梁通常由钢筋混凝土复合材料构成,钢筋数量众多且以铺层方式埋于混凝土内部.传统方法通常采用二维梁单元建模,进行桥梁动力学计算,虽然具有很高的求解效率,但计算精度较低.文章提出了内埋膜复合材料模型,对钢筋混凝土桥梁结构进行均匀化建模,建立了移动车辆激励的桥梁结构有限元求解模型,实现了车桥耦合动力学问题计算.将钢筋铺层结构等体积等效为膜结构,分别对混凝土实体结构和膜结构进行有限元离散,建立了实体单元和膜单元的内埋约束方程,描述了钢筋和混凝土之间的相互作用关系.给出了移动载荷的计算方法,采用射线法识别移动载荷加载单元位置,推导了实体桥梁与车辆模型的车桥耦合系统动力学方程,采用HHT-α方法构造了动力学方程求解格式,通过数值算例验证了方法的有效性.采用内埋膜方法对桥梁复合材料结构进行精细建模,可以获得移动车辆激励工况下精确的车辆与桥梁动力学响应,将在桥梁动力冲击分析、桥梁损伤识别和健康监测等方面有重要应用.

橡胶缓冲器有限元分析及车辆动力学研究

为了研究橡胶缓冲器特性,从缓冲器中的橡胶取样进行了相关力学试验,确定了橡胶材料本构模型Mooney-Rivlin模型的相关参数。将相关参数代入到建立的橡胶缓冲器有限元模型中,将分析计算结果与试验验证进行了对比分析,验证了建立的有限元模型的准确性。将模型代入到多体动力学软件中进行了计算,并与组装好的橡胶缓冲器的动车组动力学进行了研究对比,发现在动车组纵向动力学过程中,各车辆仿真与试验的最大载荷和位移趋势较为接近,橡胶缓冲器能够较好地吸收冲击能量,满足使用要求。

车辆联合动力学模型仿真分析

基于LuGre摩擦理论建立动态轮胎模型,仿真分析轮胎侧偏角和滑移率对轮胎纵向力和侧向力的影响。考虑车辆垂直载荷及转向系统的影响,搭建车辆联合动力学模型,以方向盘转角为输入、以横摆角速度和质心侧偏角为评价指标进行联合仿真分析。结果表明:车辆联合动力学模型能够较好地体现方向盘转向输入时不同路面环境及车速下车辆的动态响应情况,对复杂路面环境的车辆操纵稳定性研究具有一定的参考价值。

基于SIMPACK的磁悬浮车辆耦合动力学性能仿真模型

为了有效评价磁悬浮车辆动力学性能,引入SIMPACK仿真软件,根据磁悬浮车辆多体系统动力学拓扑关系图,建立了磁悬浮车辆-轨道-控制系统的耦合动力学模型,分析了试验结果和仿真结果。在模型中,磁悬浮车辆被视为多刚体,并具有两系悬挂系统,轨道被视为弹性欧拉梁,并考虑了磁悬浮车辆的控制系统性能。数值分析结果表明:梁的最大变形的计算值为1.5mm,试验值为1.6mm,车体的垂向加速度仿真结果与试验结果基本一致,利用仿真模型能较准确地预测耦合系统的动力学性能。

单轨车辆耦合动力学模型与振动响应特性

为了研究单轨车辆在设计车速范围内的振动响应特性,进而评价单轨车辆运行平稳性与舒适性能,分析了单轨车辆走行轮、导向轮、稳定轮和转向架中央牵引装置及车体间的拓扑关系,利用Hamilton方程构建了包含走行轮与轨道梁顶部,导向轮、稳定轮与轨道梁侧部等三向轮轨接触对的单轨车辆空间耦合系统动力学模型,并对单轨的PC轨道梁走行面及轨道梁左、右两侧部轨面的不平度进行了数值模拟。基于空间耦合动力学模型,以轨道不平度为激励源,设定车辆以某一恒定速度在直线轨道上运行,获取了单轨车辆的振动响应特性,并与实车测试结果对比分析,验证了单轨空间耦合动力学模型的正确性。在此基础之上,获取了单轨车辆不同设计车速下的振动响应特性,对单轨车辆的运行平稳性和舒适性进行了评价。结果表明,单轨车辆的舒适性能优良,运行平稳性能处于优秀等级。

统一轮胎模型在车辆动力学仿真中的应用

深入分析了统一轮胎模型的建模机理及其在车辆动力学仿真软件中应用的若干问题,实现了统一轮胎模型在通用动力学软件ADAMS中的应用。通过相关的仿真及试验研究,验证了该模型的精度及其在极限工况下的仿真能力。

车辆转向统一动力学模型及模型跟踪控制

为将两轴车辆控制算法应用于多轴车辆,该文在多轴转向车辆二自由度动力学模型的基础上,建立了多轴转向车辆和两轴车辆的统一动力学模型;在此统一动力学模型的基础上可通过对任两轴车轮的控制就能实现对多轴转向车辆的控制。同时根据零侧偏角控制策略构建了多轴车辆的动力学理想模型;对前轮机械转向和前轮电控转向的多轴转向车辆,分别设计了基于模型跟踪的控制系统并进行了分析。分析结果表明,采用统一动力学模型、零侧偏角控制策略和模型跟踪控制方法,控制系统调整方便且较易实现,也能达到理想的控制效果。

道路交通事故模拟再现的车辆动力学三维模型

应用动力学理论,提出了用于道路交通事故模拟再现分析的车辆动力学三维模型,并引用日本汽车研究所的16例车对车实车碰撞实验数据对该三维模拟模型的计算误差进行界定,并与二维四轮模拟模型的计算精度进行了定量比较,针对实际道路交通事故案例进行了模拟再现。实例证明车辆三维模型在计算车辆碰撞动力学问题时的总体平均相对误差值为6.65%,虽然相对于车辆二维四轮模型其速度计算精度在总体水平上降低了1.43%,但若考虑到其对道路交通事故形态的包容性和形象化方面的优势,计算精度的适度降低是可以接受的。

机车车辆横向动力学性能仿真——车辆轨道耦合模型与传统车辆模型的比较

运用经过大量线路实车运行试验验证的车辆 轨道耦合动力学仿真软件TTISIM,对传统车辆动力学和车辆 轨道耦合动力学两种类型模型的横向动力性能进行了比较与分析.结果表明:车辆无论是在直线上运行还是通过曲线轨道和道岔时,采用传统模型计算所得的轮轨横向相互动作用力均较采用耦合模型计算的大;仿真计算车辆蛇行失稳临界速度时,采用前一模型得到的结果较后者偏高;而两者计算所得的车辆垂向与横向振动差别甚小.

用于不平路面车辆动力学仿真的轮胎模型综述

介绍了轮胎在不平路面的动力学特性。在回顾不平路面轮胎动力学模型发展的基础上 ,以近期的研究工作为重点 ,对用于不平路面车辆动力学仿真的轮胎模型进行了较为系统的介绍。概要地阐述了各种轮胎模型的建模理论、方法 ,并进行了分析和评述。最后 ,总结了不平路面轮胎力学建模的核心问题及发展方向 。

基于单轴模型的轮式速差转向车辆的转向动力学分析

通过对速差转向车辆进行简化,建立了其2自由度动力学单轴模型。在此基础上,考虑转向时轮荷的转移,给出整车的动力学微分方程,继而研究车辆参数对速差转向性能的影响。结果表明,速差转向轮式车辆的速度瞬心位于车辆几何中心之前,其内侧车轮仅在转向半径较小时吸收功率。

车辆—轨道系统高中低频动力学模型的理论特征及其应用范围的研究

针对铁路在提速和高速发展中碰到的车辆—轨道系统的结构磨损加剧、关键部件疲劳破坏和噪声等问题,提出必须进行车辆—轨道系统高中低频范围的动力学模型研究。根据激扰的差异及其波长范围,针对车辆—轨道系统动力学在低频、中频和高频3个范围内存在问题的性质,建立符合研究要求的车辆模型、轨道模型和轮轨接触模型,并采用合理的数学方法求解。认为以车辆—轨道系统的频率特征为基础,进行完整的车辆—轨道系统动力学研究,可以有效研究车辆—轨道系统的短时动力学和长期行为之间的关系。

稳态条件下用于车辆动力学分析的轮胎模型

本文对稳态条件下可用于车辆动力学分析的轮胎理论模型和半经验模型,包括纵滑侧偏特性、纯纵滑特性和纯侧偏特性模型,进行了综合与分析,并讨论了各种模型间的相互关系。为车辆动力学分析提供了具体的轮胎模型和选用依据。

履带车辆纵向与垂向耦合动力学模型及功率特性

越野工况履带车辆动力学是车辆越野行驶能力预测的理论基础。考虑高机动履带车辆越野行驶纵向运动和垂向运动耦合效应,提出履带车辆纵向与垂向耦合动力学建模方法。建立车辆耦合动力学模型,对车辆在典型路面上的行驶性能进行仿真,并进行实车测试验证,进而量化分析履带车辆系统的功率特性。仿真结果表明:该模型可以表征车辆在不同类型路面上行驶的动力学响应特性;在越野工况下,车体垂向、俯仰等运动将消耗部分功率,对车辆行驶速度提升有一定影响;在越野路面上行驶的履带车辆瞬时非纵向运动功率数值波动范围大,随着路面条件变差以及速度提高,非纵向运动功率占总输入功率比例增加,对总功率的需求也越大,限制了驱动功率的有效利用。研究结果可用于高机动履带车辆动力学模型构建以及车辆功率流分析。

橡胶履带车辆行走系统的动力学模型及脱轮问题仿真分析

橡胶履带在高速行驶中的脱轮容易导致行走系统部件的损坏和人身财产损失。本文在分析履带车辆行走系统工作原理的基础上,考虑了履带车辆的主要结构,建立了针对其高速行驶中脱轮问题的行走系统动力学模型,分析了第一支重轮垂向位移与行走系统结构参数以及地面激励的联系,并针对某型履带车辆的行走系统进行了计算机仿真和分析。结果表明所建立的动力学模型是可行的,本文方法可为履带车辆行走系统设计和动力学分析提供了参考。

机车车辆二系横向止挡动力学模型

为了分析止挡结构对机车车辆动力学性能的影响，建立了机车车辆二系横向止挡结构动力学模型，研究了机车通过曲线轨道时，止挡结构动态相互作用特征与止挡位移的时频特性。分析结果表明：二系横向止挡动力学模型具有较强的非线性，止挡结构可以有效抑制车体横向位移，使其减小了30mm；止挡结构对车体的横向振动影响较大，在曲线上轮轨横向作用力有波动，二系横向相对位移的主频在1～4Hz范围内，与车体横向振动加速度的主频范围一致。

不同车辆-轨道垂向动力学模型功率流传递特性研究

基于4种不同精细化程度的车辆-轨道垂向动力学模型,利用解析方法建立了形式统一的系统相邻部件间功率流传递函数,给出了车辆一系悬挂、二系悬挂、轮轨间以及钢轨和轨枕间的振动功率流传递特性,分析模型的精细化和弹性化对于各部件间功率流传递特征的影响。以精细化程度最高的模型为研究对象,讨论车辆悬挂参数和部件惯性参数的改变对部件间功率流传递特征的影响。结果表明,简单模型能够较为真实地模拟车辆低频传递特性,但对中、高频传递特性的表达与复杂精细模型相差较大;位于激励源附近位置的轮对和钢轨,在其固有频率附近的振动能量往往具有较强的传播性;簧下质量的变化对轨枕至道砟的传递特性的影响最为明显。