梁式桥在汽车荷载作用下的动力响应分析

发布时间：2020-03-25 05:16

【摘要】：交通运输工程在当今社会正在发生着翻天覆地的变化,同时人们对于交通运输结构提出的要求也越来越高,对于交通运输结构在正常运行过程中的损伤判断和对交通运输线路的日常维护日益重视。传统的车桥耦合研究过程中主要是将上部车辆荷载简化为质量块和弹簧、阻尼单元组合的方法进行模拟,车轮与路面之间通常采用点接触,这种接触方法与实际情况中车辆轮胎与公路面的接触差异较大。本文对车辆的有限元模型进行了精细建模,特别是对于轮胎和公路面的接触进行了精确地模拟,这样就能够更加充分地模拟汽车荷载在桥梁上运行时的动力特征。通过这种模拟可以探寻影响桥梁工作状态的因素,从而可以通过改变桥梁设计结构来减少桥梁的动力损伤,创造更好的经济效益。文章通过Hypermesh软件建立了完整的车辆模型,并且通过理论计算与有限元计算对比的方式进行了模型的有效性验证。车辆有限元模型的建立主要是轮胎与车体间悬架的模拟以及车轮与路面之间接触的模拟,为了保证车辆模型的精确度,本文并没有对车辆悬架和车轮进行大量的简化,而是尽可能完整地按照真实的悬架和车轮进行模拟。为了保证对车桥接触模拟的准确性,在车轮的有限元建模过程中,本文通过LS-DYNA关键字对车轮进行了充气模拟,轮胎内部有了气体压力,这样就能够更加准确的模拟车轮与路面的真实接触情况。本文采用的桥梁模型是30 m简支梁模型,采用ANSYS LS-DYNA软件模拟车辆在简支梁桥上的运行状况,求解车辆在桥梁不同位置、不同车速、路面不平顺等多种工况下桥梁的动力响应,归纳和总结车桥耦合振动的影响因素。为了提高车桥耦合振动的运算效率,文章又采用梁格法对简支梁桥进行建模分析,并将梁格法分析结果与实体建模分析结果进行比较,验证梁格法求解车桥耦合振动的可行性。本文还研究了桥梁损伤对车桥耦合振动的影响,探究了不同损伤程度下桥梁位移、振动速度和振动加速度的变化情况,为桥梁损伤位置和损伤程度的判断提供了依据。文章最后运用ANSYS隐式求解方法对车桥耦合的跳车现象进行了研究。
【图文】：

有限元模型,车辆

图 2-1 车辆有限元模型2.3 建立汽车有限元模型车辆有限元模型的建立与划分是在 Hypermesh 软件中进行的，车辆有限元型是由实体单元、梁单元、壳单元与质量点等在内的众多单元组成。整个车模型基本上都采用了四边形网格划分的方式，采用四边形网格划分方式的优就是车体各个部分之间的连接更加方便。因为在有限元分析（特别是动力分）过程中，整个模型单元尺寸的大小必须引起足够的重视，因为单元尺寸的小决定了最小求解时间步和车-桥接触的稳定性。每种单元都要选择合理的单尺寸大小和单元算法，这样就可以节省求解时间，保证求解过程的稳定性[4]。汽车有限元模型建立过程中材料特性的选择同样重要，本文中汽车模型的材特性均是按照真实车辆的材料定义的。将汽车有限元模型完全按照真实的材定义特性，，这就使得由此模型得出的分析结果更加具有说服力。汽车有限元型的单元构成如表 2-1 所示。

示意图,模型构成,示意图,轮胎

2.3.1 轮胎模拟传统的车桥耦合分析模型大都通过质量点与弹簧和阻尼单元结合的方法模拟车辆轮胎，车轮与路面之间的接触为点接触，这种点接触的模拟方式并没有考虑车轮在运行过程中的滚动自由度以及车轮内的气体压力对车桥耦合振动的真实影响。本文中轮胎的构成形式以及汽车轮胎所使用的材料与真实轮胎相同，轮胎的有限元模型如图 2-2 所示，轮胎中间部分全部用刚体模拟，刚体外侧一圈为封闭的橡胶材料，刚体材料与橡胶材料是刚性连接在一起的。为了更真实的体现车轮的特性及车轮与桥面间的接触过程，根据实际轮胎内的气体压力值，运用 LS-DYNA 程序的*AIRBAG_ SIMPLE_ AIRBAG_ MODEL 关键字定义了有限元轮胎里的气体压力[4]，本文定义的轮胎内部的气体压力值为 0.2 MPa。
【学位授予单位】：石家庄铁道大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：U441.3

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