车辆-道路耦合系统动力学研究

车辆-道路耦合系统动力学研究
出版时间：2012年版
内容简介
　　杨绍普、陈立群、李韶华编著的《车辆-道路耦合系统动力学研究》在介绍车辆动力学、道路动力学的国内外研究现状的基础上，提出了车辆-道路耦合系统动力学的研究框架，对车辆、道路及车辆-道路耦合系统动力学进行了理论、仿真及实验研究，主要包括基于实验建模、多自由度模型和多体系统动力学模型进行重型车辆动力学的研究；采用积分变换法、Galerkin方法、有限元法分析移动车辆载荷下的道路系统动力学响应；建立车辆-道路耦合系统，比较耦合模型与传统模型动力响应的区别，分析车辆、道路系统参数的低动力设计措施；对于车路耦合实验段的建设、传感器的布置和实验数据的分析处理进行论述。本书将理论和实际相结合，既有理论推导和数值仿真结果，又包含很多实验分析。研究成果可为车辆参数的低动力设计，道路结构的设计、施工、养护和疲劳寿命预测提供理论指导。《车辆-道路耦合系统动力学研究》适合高等学校力学、车辆、公路、机械及其他相关专业的教师、高年级本科生与研究生，以及相关专业的工程技术人员使用。
目录
绪论..............................................................................1

0.1 汽车动力学的研究现状.................................................1

0.2 道路动力学的研究现状.................................................5

0.3 轮胎动力学的研究现状.................................................9

0.4车辆–道路耦合系统动力学研究框架.................................. 11

0.5车辆–道路耦合系统动力学的研究内容及关键问题.................... 12
参考文献................................................................... 13
第1 章车辆系统建模及动力学分析.......................................... 21

1.1 车辆悬架系统中非线性元件的实验建模............................... 21

1.1.1 减振器阻尼特性实验............................................... 21

1.1.2 钢板弹簧刚度特性实验............................................. 30

1.2 双轴重型汽车模型及动力学分析...................................... 33

1.2.1 车辆模型及其运动微分方程......................................... 33

1.2.2 车辆系统的振动响应计算........................................... 36

1.2.3 随机激励下车辆的振动响应分析.....................................39

1.2.4 参数影响分析..................................................... 41

1.3 三轴重型汽车模型及动力学分析...................................... 45

1.3.1 具有平衡悬架的三轴重型汽车模型的建立............................ 46

1.3.2采用FRC轮胎模型的非线性三轴车辆模型建立...................... 49

1.3.3 随机激励下车辆的振动响应分析.....................................54

1.4 基于虚拟样机技术的重型汽车模型及动力学分析..................... 59

1.4.1 悬架系统模型..................................................... 60

1.4.2 轮胎及路面模型................................................... 63

1.4.3 整车模型集成..................................................... 65

1.4.4 整车正交优化..................................................... 66

1.4.5 整车半主动控制分析............................................... 75

1.5 本章小结.............................................................. 77
参考文献................................................................... 78
第2 章车辆载荷作用下道路系统的动力学分析.............................. 80

2.1 移动载荷作用下有限长非线性地基梁的动力响应..................... 80

2.1.1 移动集中载荷作用下的非线性地基梁模型............................ 81

2.1.2 Galerkin 截断方法处理非线性方程.................................. 82

2.1.3 数值算例..........................................................84

2.2 移动载荷作用下无限长非线性地基梁的动力响应..................... 88

2.2.1无限长非线性地基的Timoshenko梁模型............................ 89

2.2.2 移动恒载的多尺度摄动方法......................................... 90

2.2.3移动简谐载荷的改进Adomian方法................................. 94

2.2.4 移动恒载激励的数值算例.......................................... 100

2.2.5 移动简谐载荷激励的数值算例......................................106

2.3移动载荷作用下Kelvin地基上无限大双层板的动力响应............ 109

2.3.1 移动车辆载荷的数学模型描述......................................109

2.3.2 轮胎接地面积的确定.............................................. 110

2.3.3 双层薄板的基本运动微分方程......................................111

2.3.4 双层板动力响应的稳态解析解......................................113

2.3.5 数值算例........................................................ 117

2.4 移动载荷作用下弹性半空间地基上无限大双层板的动力响应........ 122

2.4.1 双层薄板的基本运动微分方程......................................122

2.4.2 弹性半空间地基的基本运动方程................................... 122

2.4.3弹性半空间地基在波数–频率域内的位移和应力计算.................. 124

2.4.4弹性半空间地基的位移Green函数................................. 125

2.4.5 移动载荷作用下弹性半空间地基上双层板的位移和应力计算.......... 127

2.4.6 数值算例........................................................ 130

2.5 路面结构三维有限元分析............................................ 132

2.5.1 层状体系力学模型及其基本假设................................... 133

2.5.2 路面结构三维有限元几何建模......................................133

2.5.3 路面结构振动响应的瞬态动力分析................................. 135

2.5.4 路面结构各层的动力学响应分析................................... 138

2.5.5 沥青路面疲劳寿命的参数影响分析................................. 144

2.6 本章小结.............................................................147
参考文献.................................................................. 148第3章车辆--道路耦合系统建模及动力学分析.............................. 151

3.1二维车辆–道路耦合系统............................................. 151

3.1.1轮胎–路面接触模型............................................... 151

3.1.2 车路耦合系统动力学方程.......................................... 153

3.1.3 轮胎与路面的耦合作用............................................ 154

3.1.4 数值计算流程及模型验证.......................................... 155

3.1.5两种轮胎模型对车辆–道路耦合系统响应的影响...................... 160

3.2三维车辆–道路耦合系统............................................. 166

3.2.1 汽车系统运动微分方程............................................ 167

3.2.2 道路系统运动微分方程............................................ 169

3.2.3 汽车与路面的耦合作用............................................ 170

3.2.4车辆–道路耦合模型与传统模型的比较.............................. 173

3.2.5车辆–道路耦合模型与有限元模型的比较............................ 180

3.3 车路系统参数的低动力设计..........................................183

3.3.1 车速的影响...................................................... 184

3.3.2 汽车载重量的影响................................................ 185

3.3.3 车轮质量的影响.................................................. 185

3.3.4 轮胎刚度的影响.................................................. 187

3.3.5 悬架刚度的影响.................................................. 188

3.3.6 轮胎阻尼的影响.................................................. 190

3.3.7 悬架阻尼的影响.................................................. 191

3.3.8 轴距的影响...................................................... 192

3.3.9 轮距的影响...................................................... 192

3.3.10 路面密度的影响................................................. 194

3.3.11 路面厚度的影响................................................. 194

3.3.12 路面弹性模量的影响............................................. 196

3.3.13 路面泊松比的影响............................................... 198

3.3.14 路基反应模量的影响............................................. 199

3.3.15 路基阻尼系数的影响............................................. 200

3.4三维非线性黏弹性车辆–道路耦合系统动力响应..................... 200

3.4.1 系统非线性及黏弹性模型.......................................... 201

3.4.2 非线性汽车系统运动微分方程......................................202

3.4.3 非线性黏弹性道路系统运动微分方程............................... 204

3.4.4非线性汽车–道路系统的耦合作用.................................. 209

3.4.5 数值积分算法.................................................... 211

3.4.6 非线性车路耦合系统动力响应......................................212

3.4.7 车路非线性和路面黏弹性对车路响应的影响......................... 216

3.5 本章小结.............................................................221
参考文献.................................................................. 222第4章车辆--道路相互作用试验段构建..................................... 224

4.1车辆–道路试验方案.................................................. 224

4.2 道路试验系统........................................................ 224

4.2.1 道路结构介绍.................................................... 224

4.2.2 道路试验系统.................................................... 224

4.2.3 传感器布设工艺.................................................. 226

4.3 车辆试验系统........................................................ 228

4.3.1 车辆系统介绍.................................................... 228

4.3.2 车辆试验系统.................................................... 228

4.4 道路试验结果分析................................................... 229

4.4.1 道路动应变响应分析.............................................. 229

4.4.2 道路垂向动应力分析.............................................. 231

4.5 车辆试验结果分析................................................... 234

4.6 本章小结.............................................................236
参考文献.................................................................. 236
索引........................................................................... 238