论文题目: 铰接式自卸车橡胶悬架系统多体动力学分析、试验研究与优化
论文类型: 博士论文
论文专业: 机械制造及其自动化
作者: 许志华
导师: 孙庆鸿,孙蓓蓓
关键词: 橡胶悬架,非线性,振动,多体动力学,有限元,优化
文献来源: 东南大学
发表年度: 2005
论文摘要: 论文以AD250铰接式自卸车橡胶悬架系统为研究对象,在江苏省自然科学基金预研项目“非公路车辆悬挂系统动态特性建模分析与优化研究”的支持下,运用有限元和多体系统动力学理论对其动态特性进行分析、试验研究和优化设计,以提高车辆的行驶平顺性。论文的主要内容和创新点如下:1.建立了AD250铰接式自卸车前、后悬架主弹性元件——沙漏式橡胶弹簧和夹层橡胶弹簧的非线性有限元参数化模型,对其轴向的非线性刚度进行了数值分析,得到的刚度曲线与实验结果有很好的一致性。通过沙漏式橡胶弹簧结构参数对弹簧轴向变形量的灵敏度分析,总结了不同载荷下结构参数变化对刚度影响的规律,确定了最敏感的设计变量。2.基于SCHENCK整车道路模拟试验台,设计和实施了AD250铰接式自卸车整车台架试验。采用路谱激励模拟车辆实际行驶状态,在不同路面、载荷与车速下,以加权加速度均方根值为指标评价了AD250自卸车的平顺性。对前后悬架橡胶弹簧上下测点的加速度响应进行频谱与隔振性能分析,掌握了不同载荷工况下前后橡胶悬架系统的非线性动态特性。3.在分析AD250铰接式自卸车橡胶悬架结构拓扑构型的基础上,运用多体动力学理论,建立了橡胶悬架系统及整车的非线性多刚体虚拟样机。在不同的等级路面、载荷和车速下,对模型进行了多刚体动力学仿真。通过与试验结果对比分析了多刚体模型的有效性,确定了悬架杆件的刚性化是一个主要的误差源。4.基于AD250铰接式自卸车多刚体动力学模型,应用修正的Craig–Bampton模态综合法,对车辆行驶过程中相对变形较大的悬架杆件进行模态分析,把生成的模态中性文件引入到多刚体模型中取代相应的刚体,建立了相对多刚体模型更符合工程实际的整车刚柔耦合多体动力学模型。通过对模型的数值仿真和实验对比,得出了悬架系统的动力学特性并验证了模型的正确性。5.基于整车刚柔耦合多体动力学模型,分析了悬架杆件的动应力,指出了各杆件的应力最大部位和评价了动强度。得到各悬架杆件某一瞬时的应力云图和各个节点在车辆运行过程中的动态应力—时间历程,为评估悬架杆件的疲劳寿命提供了理论依据。6.以改善汽车行驶平顺性和兼顾汽车操纵稳定性的原则,提出了一种考虑该车各种行驶工况和多个设计变量的悬架动态优化数学模型,和基于整车多体动力学仿真的悬架优化设计方法。7.基于整车刚柔耦合多体动力学模型和序列二次规划法,优化了不同载荷下的悬架系统特性参数;对不同载荷下对应的最优悬架刚度进行最小二乘拟合,得到了橡胶悬架刚度的最佳非线性特性曲线。以此曲线为优化目标,完成了新型悬架橡胶弹簧结构参数优化;优化后的橡胶悬架系统能使车辆具有良好的平顺性和稳定性。
论文目录:
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 研究背景与课题来源
1.2 国内外研究概况
1.2.1 悬架系统动力学研究现状
1.2.2 多体系统动力学研究概况
1.2.3 多体系统动力学的研究方法
1.2.4 多体系统动力学在汽车动力学研究中的应用
1.2.5 悬架系统优化设计研究现状
1.3 论文研究的主要内容
第二章 悬架系統橡胶弹簧刚度的非线性特性分析
2.1 前言
2.2 前悬架橡胶弹簧有限元接触模型的建立
2.2.1 橡胶材料超弹性本构方程
2.2.2 有限元参数化模型的建立
2.3 前悬架橡胶弹簧刚度非线性特性分析
2.3.1 橡胶弹簧的实验测试与分析
2.3.2 理论计算和实验数据的对比分析
2.4 后悬架橡胶弹簧刚度非线性特性分析
2.4.1 夹层橡胶弹簧有限元参数化模型的建立
2.4.2 夹层橡胶弹簧刚度非线性特性分析
2.4.3 金属夹层橡胶弹簧的实验测试与分析
2.5 沙漏式橡胶弹簧结构参数灵敏度分析
2.6 本章 小结
第三章 AD250 铰接式自卸车整车动态特性试验研究
3.1 引言
3.2 试验方案的设计
3.2.1 实验设备
3.2.2 测试系统的标定
3.2.3 传感器安装
3.2.4 不同载荷下的测试过程和步骤
3.3 试验数据处理与分析
3.3.1 汽车随机振动响应的统计分析
3.3.2 AD250 铰接式自卸车平顺性评价
3.3.3 橡胶悬架系统动态特性的频谱分析
3.3.4 不同载荷工况下橡胶悬架隔振性能分析
3.4 本章 小结
第四章 AD250 铰接式自卸车橡胶悬架系统多刚体动力学建模与分析
4.1 引言
4.2 铰接式自卸车多刚体动力学建模
4.2.1 橡胶悬架系统的拓扑构型
4.2.2 几何实体建模
4.2.3 AD250 铰接式自卸车虚拟样机模型
4.3 模型参数的设定
4.3.1 前悬架油压减振器外特性试验
4.3.2 前后悬架橡胶弹簧刚度和阻尼的确定
4.3.3 柔性连接件的参数设定
4.3.4 缓冲器刚度和阻尼的确定
4.4 轮胎模型的建立
4.4.1 概述
4.4.2 UA 轮胎力学模型
4.4.3 AD250 铰接式自卸车轮胎特性文件
4.5 等级路面模型
4.5.1 路面不平度的功率谱密度
4.5.2 等级路面的ADAMS 建模
4.6 AD250 铰接式自卸车的多刚体动力学仿真分析
4.6.1 动力学方程求解
4.6.2 不同工况下AD250 铰接式自卸车悬架系统动力学分析
4.7 本章 小结
第五章 AD250 铰接式自卸车橡胶悬架刚柔耦合系统动态特性分析
5.1 引言
5.2 AD250铰接式自卸车柔性体的修正Craig –Bampton模态分析
5.2.1 AD250 刚柔耦合系统柔性部件的模态集
5.2.2 柔性部件模态振型的正交正则化
5.2.3 柔性部件的模态中性文件
5.3 AD250 铰接式自卸车刚柔耦合多体动力学模型
5.3.1 AD250 刚柔耦合多体动力学模型
5.3.2 柔性体上点的运动学关系
5.3.3 柔性体系统动力学方程的建立
5.4 仿真与实验结果分析
5.4.1 前悬架频谱特性分析
5.4.2 悬架静动挠度和车轮静动载荷分析
5.4.3 驾驶室地板垂向加速度响应分析
5.5 基于整车刚柔耦合多体动力学分析的悬架杆件动应力分析
5.6 本章 小结
第六章 基于多体动力学的铰接式自卸车橡胶悬架系统优化
6.1 前言
6.2 铰接式自卸车橡胶悬架参数的优化
6.2.1 优化设计的数学模型
6.2.2 不同载荷下橡胶悬架参数的优化
6.3 沙漏式橡胶弹簧结构参数的优化
6.3.1 数学模型的建立
6.3.2 优化算法的选取
6.3.3 弹簧结构参数的优化结果
6.4 本章 小结
第七章 总结与展望
7.1 论文总结
7.2 工作展望
致谢
参考文献
攻读博士学位期间发表论文
攻读博士学位期间参与项目
发布时间: 2007-06-11
参考文献
- [1].协同优化理论及其在铰接式自卸车驱动桥设计中的应用[D]. 仝令胜.北京科技大学2008
相关论文
- [1].基于多体理论的汽车悬架系统分析、设计与控制研究[D]. 王其东.合肥工业大学2002
- [2].基于R-W方法的独立悬架和转向系统性能仿真及优化研究[D]. 卞学良.河北工业大学2006
- [3].主动油气悬架车辆垂向与侧向动力学性能研究[D]. 庄德军.上海交通大学2007
- [4].汽车空气弹簧悬架系统的非线性动力学行为研究[D]. 尹万建.北京交通大学2007
- [5].基于虚拟样机技术悬架系统性能分析和优化设计[D]. 柳江.上海交通大学2007
- [6].橡胶衬套对悬架弹性运动与整车转向特性影响的研究[D]. 杨树凯.吉林大学2008