车辆与路面相互作用系统动力学理论与仿真研究

作     者：李树志 

作者单位：湖南大学 

学位级别：硕士

导师姓名：戴宏亮

授予年度：2015年

学科分类：08[工学] 080204[工学-车辆工程] 0802[工学-机械工程] 

主      题：车辆 路面 动力学响应 粘弹性 耦合系统 积分变换 非线性 Newmark法 

摘      要：随着汽车数量的增加,车速和车辆载重的提升,公路交通压力逐渐增大,对车辆和公路结构设计的技术要求越来越高,车辆在道路上行驶的舒适性、安全性以及车辆对道路的破坏日趋成为人们关注的问题。路面本身不平整,车辆会产生的振动,振动的车辆加之车辆自重又会对路面产生破坏,许多路面在通车一段时间后就出现了不同程度的破坏,而破坏路面会引起汽车振动加剧,从而进一步加大汽车对路面的破坏,继而严重影响行汽车的安全性和舒适性,车辆和道路是一个互相作用不可分割的整体系统,因此,有必要对汽车与路面相互作用系统动力学问题进行深入的研究。本论文主要研究的内容是车辆与路面相互作用系统的动力学问题。首先,从车辆动力学领域出发,考虑车辆自身振动和路面不平整两方面引起的车辆系统振动,以汽车为重点研究对象,建立了二自由度车辆-路面相互作用的力学模型。把路面不平度作为汽车系统的激励,推导出车辆-路面系统的运动控制方程,通过具体算例,研究车辆悬架、轮胎参数和道路参数等对路面位移和应力的影响规律。其次,基于路面动力学理论,建立了移动车辆荷载作用下的粘弹性地基上的粘弹性路面模型,利用Fourier-Laplace积分变换和Green函数法,获得运动车辆作用下粘弹性路面的动态响应解析解,分析了路面结构参数对路面破坏规律的影响,为改进和优化道路系统提供理论参考。再次,通过动轮胎力把汽车模型和路面模型相联,同时考虑车辆悬架阻尼和轮胎刚度的非线性和多层路面结构,建立了车辆-路面耦合系统的动力学模型。通过积分变换、模态叠加法和Newmark法求解了非线性车路耦合系统的动力响应,研究了车辆和路面耦合系统的非线性动力学行为,分析了耦合系统参数对汽车舒适性及道路破坏的影响规律,提出了车辆和路面参数的优化和设计的合理建议。最后,采用ADAMS和ANSYS软件对车辆-路面耦合系统动力学行为进行仿真研究,并与理论研究结果进行验证对比。本论文通过理论研究和仿真分析,将进一步丰富和发展车辆与路面相互作用系统机理的研究工作,同时为车辆安全性、舒适性的优化设计和道路系统的结构优化等提供理论依据,具有重要的理论研究和工程应用价值。