四轴半挂车在不平路面上的动载分析

摘要

车辆在行驶过程中因为路面不平整会产生振动，导致车轮对路面产生附加动荷载，这种动荷载是不断变化的荷载，不等同于静载，会加速路面的破坏，而路面不平整度变大又会使车轮对路面产生的附加动荷载增加，这种恶性循环会对路面的使用性能和寿命产生很大影响。然而，随着高速公路交通网的逐渐致密化，交通车辆的组成逐渐向高速重载方向发展，使得路面被破坏的速度剧增，路面的实际使用寿命远远低于设计寿命，造成路面早期损坏。另外，当动荷载过大时，也会缩短车辆的行驶寿命。这对车辆设计以及地面结构的安全可靠性与经济耐久性都提出了更高的要求，将车辆与路面二者结合起来研究分析车-路耦合系统的动力学行为，已成为目前车辆动力学和道路方面研究的热点问题之一。
　　基于车辆和路面这种耦合关系，本文以理论推导、数学计算的方法分析了路面上行驶车辆动荷载产生的原因，以重型载货汽车为研究对象，选取四轴半挂车利用ADAMS/Car仿真软件建立了多体动力学模型，并以綦江-万盛高速公路路面实测不平度数据为基础，采用正弦曲线模拟路表，编制了路面文件。将车辆与路面进行耦合仿真，对不同路况、车速和载重情况下的行车动荷载做了分析，仿真结果表明，路面状况、行驶车速与车辆载重对车轮的动荷载都有很大影响。当路面波长一定时，路面振幅越大，车辆振动越严重，车辆对路面的附加动荷载越大;当路面振幅一定时，路面波长越大，车辆行驶越平稳，车辆对路面的附加动荷载越小;在同样路面激励下，各轴车轮动荷载系数随着车速的提高总体上呈增大趋势;当路面波长一定，车速达到某一值时，车辆振动频率会与路面不平度激振频率接近或相等，此时车辆-路面耦合产生共振，车辆的振动加剧，导致车轮动荷载变大;随着载重的增加，各轴车轮对路面的动荷载逐渐增大，而且增加的幅度非常大。
　　通过对仿真结果的分析，为控制目前高等级沥青路面的早期破坏提出以下建议:在路面结构设计方面，应考虑动荷载对路面的破坏性，对路面波长和振幅加以控制以提高路面平整度;在交通行车方面，应严格禁止超载，并且在平整度较差的路面上应严格限制车速。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究背景

1．2 国内外研究现状及发展动态

1．2．1 车辆动力学的研究

1．2．2 路面结构动力学的研究

1．2．3 车辆-路面耦合动力学的研究

1．3 本课题研究的内容

第二章 路面不平度模型的分析

2．1 路面不平度的定义

2．2 路面不平度的测定方法

2．3 路面不平度的评价指标

2．3．1 国际平整度指数IRI

2．3．2 最大间隙h

2．3．3 平整度标准差σ

2．4 波形路面平整度的测定

2．5 波形路面的有效波长与有效振幅

2．5．1 波形路面的有效波长

2．5．2 波形路面的有效振幅

2．6 实测路段路面不平度的分析

第三章 车辆系统振动模型的分析

3．1 行驶车辆振动的原因

3．2 车辆振动模型的简化基础

3．3 二轴车辆模型的建立

3．3．1 单自由度车辆模型

3．3．2 二自由度单轮模型

3．3．3 四自由度单轨模型

3．3．4 七自由度整车模型

3．4 四轴半挂车模型的建立

3．4．1 典型路段交通组成分析

3．4．2 四轴半挂车模型

3．5 行驶车辆动荷载分析

3．5．1 车辆动荷载成因

3．5．2 动荷载的分析计算

3．5．3 车辆动荷载评价指标

第四章 重型半挂车仿真模型的建立

4．1 ADAMS软件简介

4．2 ADAMS／Car建模流程

4．2．1 ADMAS／Car软件计算流程

4．2．2 重型半挂车建模流程

4．3 车辆模型的简化与参数的获取

4．3．1 车辆模型的简化

4．3．2 模型参数的获取方法

4．3．3 样机主要的技术参数

4．4 四轴半挂车动力学模型

4．4．1 牵引车前桥钢板弹簧模型

4．4．2 牵引车前桥模型

4．4．3 牵引车后桥模型

4．4．4 牵引车转向系模型

4．4．5 牵引车与半挂车车身模型

4．4．6 牵引车发动机模型

4．4．7 轮胎模型

4．4．8 半挂车后桥模型

4．4．9 整车仿真模型

4．5 路面模型

4．5．1 驱动控制文件的编写

4．5．2 路面不平度模型

第五章 四轴半挂车的动荷载仿真分析

5．1 整车仿真的一般步骤

5．1．1 打开或创建整车组合

5．1．2 调节模型参数与设置仿真环境

5．1．3 执行仿真

5．1．4 绘制仿真结果

5．2 不同载重下车辆静荷载分析

5．3 不同路况下车辆动荷载分析

5．3．1 不同路面波形幅值对车轮动荷载的影响

5．3．2 不同路面波长对车轮动荷载的影响

5．3．3 车速对车轮动荷载的影响

5．3．4 载重对车轮动荷载的影响

第六章 结论与展望

6．1 全文总结

6．2 本文创新点

6．3 研究展望

参考文献

致谢

攻读学位期间取得的研究成果