北京市重型客车行驶工况的构建与研究

采用自主行驶法采集北京市重型客车行驶数据。利用自主研发的GPS车辆信息管理系统监控及采集配备行驶记录仪的400多辆试验车辆2个月的行驶数据。利用小波变换法处理数据并进行短行程划分。通过主成分分析法和K均值聚类分析法提取运动学片段的主成分进行分类。结合"最佳增量法"与"组合法"构建速度变化曲线作为代表性行驶工况。通过对特征参数和速度-加速度联合概率分布进行验证,得出构建的工况能综合反映北京市重型客车的行驶特点;通过与国内外代表性行驶工况进行对比,发现构建的北京市重型客车行驶工况有怠速时间较短,加减速段时间比例适中,匀速行驶时间比例高等特点,与北京市乘用车、公交车行驶工况以及欧洲等发达国家的交通模式相差较大。

汽车车轮胎唇-胎圈座间接触压力分布模型的构建

采用J.Stearns提出胎唇-胎圈座之间的接触压力按余弦规律分布的假定进行车轮在径向载荷作用下的强度仿真所得到的轮辋等效应力与实验测试结果有明显较大偏差。为解决此问题,本文首先对胎唇-胎圈座间接触压力分布进行了实际测试,获得施加径向载荷引起的分布压力的变化曲线;接着,基于该压力分布曲线拟合出新的胎唇-胎圈座间接触压力分布模型;最后基于该新模型进行仿真。结果表明:采用所构建胎唇-胎圈座接触压力分布模型,可获得比较符合实际的轮辋等效应力分布。

自动变速器静态换挡充油特性分析及优化控制

为了解决自动变速器静态换挡中充油阶段结束时刻离合器油压波动问题,分析了静态换挡的关键充油特性并提出了充油阶段的优化控制策略。构建了包括手动阀、液控换向阀和离合器的机电液多物理耦合的仿真模型并进行仿真分析。结果表明,优化控制策略可以明显缩小充油阶段结束时刻离合器的油压波动,证明了提出的控制策略的可行性、正确性与有效性。

基于分层聚类和拓扑连接模型的点云自适应简化

激光扫描测量在大尺寸海量点云数据采集中具有显著的优势,针对海量高密度线扫描点云采样中普遍存在的采样效率低、曲率适应性差的问题,在初始分层聚类建立K邻域的基础上,通过分析线状点云的空间几何特征,提出了线扫描点云矢量边对衍生算法,建立了拓扑连接模型;研究了基于线扫描点云特征参数的局部法矢加权系数计算方法,估算了拓扑结构中任意数据内点的局部法矢;构建了以法矢方差为细分准则的非均匀细分模型,实现了对高曲率初始类的非均匀细分。通过试验验证了算法的实用性。

基于静动态测试分析的变速器壳体开裂故障分析

壳体开裂是变速器进行钢改铝轻量化设计后经常遇到的问题。变速器壳体开裂的原因复杂、多样。为对某轻型货车变速器壳体的开裂故障进行有效地诊断,从轻型货车动力总成的静、动态测试出发,对九种实际工况下动力总成各测点振动信号、应变信号、声信号进行工作模态拟合及PSD三维谱分析,结合变速器壳体各激励频率分析结果,从多种途径找到影响变速器壳体开裂的根本原因并提出设计改进思路。研究方法全面、完整,且不同方法的所获得结果达到互相验证,因此准确率高,该方法对类似工程问题的诊断也有一定的借鉴作用。

渐开线直齿轮机械功率损失和啮合效率预测

掌握齿轮啮合过程中发生的机械功率损失是实现齿轮传动高效率设计目标的前提,而其受齿轮啮合过程中的润滑特性影响较大。基于有限长线接触弹流润滑理论,建立了渐开线直齿轮的瞬态弹流润滑模型,分析了齿轮啮合点处的滑动/滚动速度、油膜压力、油膜厚度等润滑特性,进而建立了渐开线直齿轮的机械功率损失预测模型,研究了输入转矩、输入转速、压力角等关键参数对直齿轮啮合过程中发生的机械功率损失情况,预测了啮合效率的变化规律。仿真结果表明,本文建立的模型可以有效地揭示渐开线直齿轮啮合效率的产生机理,且发现在单齿啮合区的最大啮合效率水平普遍较高的情况下,啮合过程中的最小啮合效率的大小是决定平均啮合效率高低的关键因素,这对设计高效率渐开线直齿轮提供了有效的参考依据。

高温对汽车灰铸铁制动盘热疲劳裂纹萌生寿命的影响

汽车制动盘的工作温度高、易产生热疲劳,其性能直接影响行车安全,对高温下制动盘的热疲劳裂纹萌生寿命的研究十分必要。首先研究取自汽车制动盘上的灰铸铁HT200试样在500℃下单调拉伸与压缩的性能,对应力—应变曲线进行分析,得到其力学性能参数;接着基于这些参数,对初始温度为400℃时的制动盘在单次紧急制动工况下进行热-结构耦合仿真分析,得到制动盘的温度场和应力场分布;最后利用应变疲劳的方法根据Miner线性累积损伤理论研究500℃下灰铸铁HT200的塑性特性对制动盘热疲劳裂纹萌生寿命的影响。研究结果表明:制动过程中的热应力远大于机械应力,是产生疲劳裂纹的主要原因;高温下制动盘材料HT200的塑性特性对制动盘热疲劳裂纹萌生寿命的影响很大,在研究制动盘裂纹萌生寿命时需考虑高温下塑性特性对寿命的影响。利用制动盘在高温制动过程中的周向应变并考虑高温下材料的塑性特性计算热疲劳裂纹萌生寿命,为制动盘热疲劳寿命的评价打下基础。

径流叶轮直纹叶片的参数化型线自动提取算法

流线族(SSL)作为复杂高精度径流式叶轮(RIT)的关键几何元素,对于RIT的建模和气动优化有着非常重要的作用。以RIT的多学科耦合设计为目标,研究了面向型面和特征的联合采集方法以获取RIT表面信息;基于线几何理论,提出了RIT直纹叶片子午流道几何(MS)及直母线矢量(SGVs)的提取方法;探讨了直纹母线矢量的等分算法;研究了可同时控制光顺和逼近程度的叶片型面流线族的拟合方法;建立起以SSL和子午流道几何为参数的径流式叶轮参数化模型,实现对任意RIT样件的SSL自动提取及叶轮的自动参数化建模,通过实例验证了该方法的有效性和可行性。

汽车钢制车轮组合焊接的残余应力场研究

车轮是汽车中承受载荷最为恶劣的部件之一,其结构安全性直接影响着汽车性行车安全,且由车轮断裂产生的交通事故时有发生。商用车钢制车轮是由预先制成的轮辐与轮辋经过盈装配、焊接而成,其焊趾部位是车轮上最易发生疲劳开裂的部位,该部位的总应力是焊接残余应力与工作应力的叠加。车轮的构型复杂且应力分布不均匀,很难通过试验方法测量车轮组合焊接残余应力分布,但为准确预测车轮应力进而进行准确的轻量化设计,需要精确预测焊接残余应力分布。为此,首先构建考虑焊接过程中金属相变的车轮热-力-相变场耦合焊接仿真模型,通过对比试验与仿真中熔池形状初步验证热源模型热量输入的准确性;接着,进一步对比分析仿真所得温度场与试验所得温度场,以验证仿真所得温度场的准确性;之后,通过盲孔法测量焊接残余应力验证了仿真方法所得残余应力场具有较高准确性,并且还发现轮辋焊趾处残余应力沿周向呈周期分布,轮辋焊趾在正对通风孔处焊接残余应力小于正对通风孔间辐板处焊接残余应力,过盈装配对轮辋焊趾处焊接残余应力无明显影响。所进行的汽车钢制车轮组合焊接残余应力场研究,有助于获得车轮在考虑焊接残余应力下的真实应力分布,进而对车轮进行更为有效的轻量化设计。