【摘要】：交通運(yùn)輸工程在當(dāng)今社會(huì)正在發(fā)生著翻天覆地的變化,同時(shí)人們對(duì)于交通運(yùn)輸結(jié)構(gòu)提出的要求也越來(lái)越高,對(duì)于交通運(yùn)輸結(jié)構(gòu)在正常運(yùn)行過(guò)程中的損傷判斷和對(duì)交通運(yùn)輸線路的日常維護(hù)日益重視。傳統(tǒng)的車(chē)橋耦合研究過(guò)程中主要是將上部車(chē)輛荷載簡(jiǎn)化為質(zhì)量塊和彈簧、阻尼單元組合的方法進(jìn)行模擬,車(chē)輪與路面之間通常采用點(diǎn)接觸,這種接觸方法與實(shí)際情況中車(chē)輛輪胎與公路面的接觸差異較大。本文對(duì)車(chē)輛的有限元模型進(jìn)行了精細(xì)建模,特別是對(duì)于輪胎和公路面的接觸進(jìn)行了精確地模擬,這樣就能夠更加充分地模擬汽車(chē)荷載在橋梁上運(yùn)行時(shí)的動(dòng)力特征。通過(guò)這種模擬可以探尋影響橋梁工作狀態(tài)的因素,從而可以通過(guò)改變橋梁設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)來(lái)減少橋梁的動(dòng)力損傷,創(chuàng)造更好的經(jīng)濟(jì)效益。文章通過(guò)Hypermesh軟件建立了完整的車(chē)輛模型,并且通過(guò)理論計(jì)算與有限元計(jì)算對(duì)比的方式進(jìn)行了模型的有效性驗(yàn)證。車(chē)輛有限元模型的建立主要是輪胎與車(chē)體間懸架的模擬以及車(chē)輪與路面之間接觸的模擬,為了保證車(chē)輛模型的精確度,本文并沒(méi)有對(duì)車(chē)輛懸架和車(chē)輪進(jìn)行大量的簡(jiǎn)化,而是盡可能完整地按照真實(shí)的懸架和車(chē)輪進(jìn)行模擬。為了保證對(duì)車(chē)橋接觸模擬的準(zhǔn)確性,在車(chē)輪的有限元建模過(guò)程中,本文通過(guò)LS-DYNA關(guān)鍵字對(duì)車(chē)輪進(jìn)行了充氣模擬,輪胎內(nèi)部有了氣體壓力,這樣就能夠更加準(zhǔn)確的模擬車(chē)輪與路面的真實(shí)接觸情況。本文采用的橋梁模型是30 m簡(jiǎn)支梁模型,采用ANSYS LS-DYNA軟件模擬車(chē)輛在簡(jiǎn)支梁橋上的運(yùn)行狀況,求解車(chē)輛在橋梁不同位置、不同車(chē)速、路面不平順等多種工況下橋梁的動(dòng)力響應(yīng),歸納和總結(jié)車(chē)橋耦合振動(dòng)的影響因素。為了提高車(chē)橋耦合振動(dòng)的運(yùn)算效率,文章又采用梁格法對(duì)簡(jiǎn)支梁橋進(jìn)行建模分析,并將梁格法分析結(jié)果與實(shí)體建模分析結(jié)果進(jìn)行比較,驗(yàn)證梁格法求解車(chē)橋耦合振動(dòng)的可行性。本文還研究了橋梁損傷對(duì)車(chē)橋耦合振動(dòng)的影響,探究了不同損傷程度下橋梁位移、振動(dòng)速度和振動(dòng)加速度的變化情況,為橋梁損傷位置和損傷程度的判斷提供了依據(jù)。文章最后運(yùn)用ANSYS隱式求解方法對(duì)車(chē)橋耦合的跳車(chē)現(xiàn)象進(jìn)行了研究。
【圖文】：

圖 2-1 車(chē)輛有限元模型2.3 建立汽車(chē)有限元模型車(chē)輛有限元模型的建立與劃分是在 Hypermesh 軟件中進(jìn)行的，車(chē)輛有限元型是由實(shí)體單元、梁?jiǎn)卧�、殼單元與質(zhì)量點(diǎn)等在內(nèi)的眾多單元組成。整個(gè)車(chē)模型基本上都采用了四邊形網(wǎng)格劃分的方式，采用四邊形網(wǎng)格劃分方式的優(yōu)就是車(chē)體各個(gè)部分之間的連接更加方便。因?yàn)樵谟邢拊治觯ㄌ貏e是動(dòng)力分）過(guò)程中，整個(gè)模型單元尺寸的大小必須引起足夠的重視，因?yàn)閱卧叽绲男Q定了最小求解時(shí)間步和車(chē)-橋接觸的穩(wěn)定性。每種單元都要選擇合理的單尺寸大小和單元算法，這樣就可以節(jié)省求解時(shí)間，保證求解過(guò)程的穩(wěn)定性[4]。汽車(chē)有限元模型建立過(guò)程中材料特性的選擇同樣重要，本文中汽車(chē)模型的材特性均是按照真實(shí)車(chē)輛的材料定義的。將汽車(chē)有限元模型完全按照真實(shí)的材定義特性，，這就使得由此模型得出的分析結(jié)果更加具有說(shuō)服力。汽車(chē)有限元型的單元構(gòu)成如表 2-1 所示。

2.3.1 輪胎模擬傳統(tǒng)的車(chē)橋耦合分析模型大都通過(guò)質(zhì)量點(diǎn)與彈簧和阻尼單元結(jié)合的方法模擬車(chē)輛輪胎，車(chē)輪與路面之間的接觸為點(diǎn)接觸，這種點(diǎn)接觸的模擬方式并沒(méi)有考慮車(chē)輪在運(yùn)行過(guò)程中的滾動(dòng)自由度以及車(chē)輪內(nèi)的氣體壓力對(duì)車(chē)橋耦合振動(dòng)的真實(shí)影響。本文中輪胎的構(gòu)成形式以及汽車(chē)輪胎所使用的材料與真實(shí)輪胎相同，輪胎的有限元模型如圖 2-2 所示，輪胎中間部分全部用剛體模擬，剛體外側(cè)一圈為封閉的橡膠材料，剛體材料與橡膠材料是剛性連接在一起的。為了更真實(shí)的體現(xiàn)車(chē)輪的特性及車(chē)輪與橋面間的接觸過(guò)程，根據(jù)實(shí)際輪胎內(nèi)的氣體壓力值，運(yùn)用 LS-DYNA 程序的*AIRBAG_ SIMPLE_ AIRBAG_ MODEL 關(guān)鍵字定義了有限元輪胎里的氣體壓力[4]，本文定義的輪胎內(nèi)部的氣體壓力值為 0.2 MPa。
【學(xué)位授予單位】：石家莊鐵道大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：U441.3

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本文編號(hào)：2599458