车轮一桥梁伸缩缝系统动力学特性研究

发布时间：2017-04-16 10:02

  本文关键词：车轮一桥梁伸缩缝系统动力学特性研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：大跨径桥梁的大量建成使得大位移桥梁伸缩缝需求变得尤为迫切,伸缩缝的设计、制造及维护均需要理论研究指导,因此对伸缩缝力学特性进行深入研究很有必要。本文将汽车轮胎与桥梁伸缩缝作为一个系统,研究真实环境下车辆通过伸缩缝时轮胎与伸缩缝中梁的接触作用,分析轮胎过缝过程伸缩缝动力学响应,运用ABAQUS软件对轮胎—伸缩缝接触、伸缩缝动态响应进行分析,将研究结果与不考虑轮胎作用时的结果进行对比分析,进一步完善伸缩缝研究工作。首先,对载重汽车轮胎在ABAQUS中的有限元建模方法进行了全面研究,合理简化复杂轮胎结构,解决了橡胶—帘线复合结构的材料定义难题,总结出轮胎有限元建模的关键技术；其次,验证了轮胎有限元模型的准确性,对轮胎进行了静载分析、刚度分析以及滚动分析；再次,对车轮施加荷载得到真实环境下汽车通过伸缩缝时中梁受力及载荷分布规律；最后,研究了伸缩缝系统受车轮激励载荷时的竖向位移响应规律,分析中梁复杂位移响应现象的原因,研究了伸缩缝系统的冲击系数,分析了车速与最大冲击系数间的关系。研究结论包括：第一,轮胎模型最复杂的橡胶—帘线复合结构用加强筋模型模拟,由二维网格模型得到三维模型时需要进行参数变换；第二,轮胎模型在额定载荷作用下接地面积、下沉量与实验数据误差在5%以内,证明本文轮胎模型具有较高准确性；第三,轮胎通过伸缩缝时,至少与两根中梁接触,最多同时作用在三根中梁上,中梁受到的最大载荷与不考虑轮胎作用时相比明显下降；第四,伸缩缝刚度需满足≥50000N/mm,相同刚度下最大竖向位移相对于不考虑轮胎作用时的研究结果减小31.25%,不同速度下位移最大的中梁不固定,车速≥60km/h时,伸缩缝最大竖向位移着速度的增大而增大,最大冲击系数随着速度、轮压的增大而增大,车速控制在60km/h范围内可以有效减小伸缩缝竖向位移及冲击系数。
【关键词】：桥梁伸缩缝 轮胎有限元分析 接触分析 动态响应 非线性
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U441.7;U461.51
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-12
• 第1章 绪论12-21
• 1.1 引言12-13
• 1.2 车辆-伸缩缝系统简介13-17
• 1.2.1 桥梁伸缩缝装置分类13-14
• 1.2.2 模数式大位移桥梁伸缩缝工作原理14-15
• 1.2.3 车辆振动简介15-16
• 1.2.4 轮胎-伸缩缝系统16-17
• 1.3 国内外研究综述17-20
• 1.4 本文研究的意义及主要内容20-21
• 第2章 轮胎与伸缩缝有限元建模21-36
• 2.1 轮胎结构及参数21-24
• 2.1.1 轮胎分类及规格21-22
• 2.1.2 子午线轮胎几何参数22-23
• 2.1.3 子午线轮胎材料结构23-24
• 2.2 子午线轮胎有限元模型参数24-29
• 2.2.1 轮胎结构简化24
• 2.2.2 材料模型24-29
• 2.3 轮胎有限元模型建立29-32
• 2.3.1 建模方法29-31
• 2.3.2 关键技术31-32
• 2.4 伸缩缝有限元模型32-34
• 2.4.1 模数式伸缩缝结构32-33
• 2.4.2 梁截面形状33-34
• 2.4.3 伸缩缝有限元模型34
• 2.5 本章小结34-36
• 第3章 轮胎接地性能研究36-51
• 3.1 非线性分析及求解方法36-37
• 3.2 轮胎充气37-40
• 3.2.1 充气结果37-38
• 3.2.2 模型参数调整38-39
• 3.2.3 结果分析39-40
• 3.3 轮胎静态加载40-46
• 3.3.1 加载方式40-41
• 3.3.2 静态加载结果41-43
• 3.3.3 刚度分析43-46
• 3.4 滚动分析46-49
• 3.4.1 轮胎滚动状态46
• 3.4.2 滚动半径46-47
• 3.4.3 模型滚动模拟47-49
• 3.5 本章小结49-51
• 第4章 伸缩缝受力分析51-62
• 4.1 加载模型51-52
• 4.2 伸缩缝竖向受载研究52-60
• 4.2.1 额定载荷下受力52-54
• 4.2.2 载荷频率54-55
• 4.2.3 不同充气压力通过时受力55-58
• 4.2.4 不同缝宽通过时受力58-59
• 4.2.5 不同支承刚度时伸缩缝受力59-60
• 4.3 本章小结60-62
• 第5章 伸缩缝动力学特性研究62-75
• 5.1 动态分析方法62-64
• 5.1.1 基本原理及求解方法62
• 5.1.2 加载分析62-64
• 5.2 频率分析64-66
• 5.2.1 伸缩缝模态分析64-65
• 5.2.2 不同缝宽竖向自振频率65
• 5.2.3 不同支承刚度时固有频率变化65-66
• 5.3 位移响应分析66-70
• 5.3.1 轮胎通过伸缩缝时位移响应66-68
• 5.3.2 伸缩缝竖向位移响应综合分析68-70
• 5.4 冲击系数分析70-74
• 5.4.1 位移响应与冲击系数关系70-71
• 5.4.2 不同轮压时冲击系数71-72
• 5.4.3 不同缝宽时冲击系数72-73
• 5.4.4 不同刚度时冲击系数73
• 5.4.5 速度与冲击系数关系分析73-74
• 5.5 本章小结74-75
• 结论和展望75-78
• 致谢78-79
• 参考文献79-82
• 攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果82

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