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

圖 2-1 車輛有限元模型2.3 建立汽車有限元模型車輛有限元模型的建立與劃分是在 Hypermesh 軟件中進行的，車輛有限元型是由實體單元、梁單元、殼單元與質(zhì)量點等在內(nèi)的眾多單元組成。整個車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)就是車體各個部分之間的連接更加方便。因為在有限元分析（特別是動力分）過程中，整個模型單元尺寸的大小必須引起足夠的重視，因為單元尺寸的小決定了最小求解時間步和車-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)省求解時間，保證求解過程的穩(wěn)定性[4]。汽車有限元模型建立過程中材料特性的選擇同樣重要，本文中汽車模型的材特性均是按照真實車輛的材料定義的。將汽車有限元模型完全按照真實的材定義特性，，這就使得由此模型得出的分析結果更加具有說服力。汽車有限元型的單元構成如表 2-1 所示。

2.3.1 輪胎模擬傳統(tǒng)的車橋耦合分析模型大都通過質(zhì)量點與彈簧和阻尼單元結合的方法模擬車輛輪胎，車輪與路面之間的接觸為點接觸，這種點接觸的模擬方式并沒有考慮車輪在運行過程中的滾動自由度以及車輪內(nèi)的氣體壓力對車橋耦合振動的真實影響。本文中輪胎的構成形式以及汽車輪胎所使用的材料與真實輪胎相同，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。為了更真實的體現(xiàn)車輪的特性及車輪與橋面間的接觸過程，根據(jù)實際輪胎內(nèi)的氣體壓力值，運用 LS-DYNA 程序的*AIRBAG_ SIMPLE_ AIRBAG_ MODEL 關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。
【學位授予單位】：石家莊鐵道大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：U441.3

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