疲劳极限以下小载荷的强化和损伤试验

以某变速箱圆柱齿轮单齿弯曲为例,对疲劳极限以下小载荷的强化和损伤进行了试验研究.结果表明,疲劳极限以下的小载荷对疲劳寿命、疲劳强度和静强度均具有强化作用;一定范围内的小载荷作用一定的次数才能体现出强化效果;循环载荷谱中小载荷虽有一定的强化作用,但强化效果有所下降;循环载荷谱中小载荷循环次数增加,其强化效果随之增加;高载荷造成损伤后,原来具有强化作用的小载荷失去了强化效果,但更低的小载荷却体现出一定的强化效果;小载荷强化的原因是材料的微观组织得到强化和改善.     

重型车辆ISD悬架平顺性与道路友好性分析

为解决重型车辆行驶过程中引发的道路损伤难题,提升重型车辆的平顺性与道路友好性,将加装惯容器的ISD(inerter-spring-damper)悬架应用于重型车辆悬架系统中,建立了重型车辆ISD悬架半车模型。运用改进粒子群算法对悬架系统的主要参数进行优化求解,并在不同路面等级和不同行驶车速条件下进行仿真分析。结果表明:与传统被动悬架相比,应用惯容器的重型车辆ISD悬架可有效抑制悬架的低频共振,减小重型车辆轮胎动载荷对道路的损害,显著提升重型车辆的平顺性与道路友好性。     

基于虚拟试车场的变速器载荷模拟

基于Adams/Car的环境进行了汽车整车虚拟仿真试验。建立了道路模型、轮胎模型、驾驶员模型和整车多体动力学模型并集成,利用Adams/Solver求解器对模型进行仿真计算,对得到的数据进行筛选处理,导入Matlab中模拟变速器在不同路面上所受的载荷。采用周期图法估计的功率谱,使用数理统计方法得出模拟的变速器载荷的特征值,最后把模拟结果与ETA/VPG的仿真数据进行分析对比。结果表明:建立的道路模型有较高的精度,模拟得到的变速器载荷有一定的准确性,对变速器开发初期的虚拟试验具有参考价值。     

气动压力作用下高速列车玻璃承载特性研究

高速行驶的列车会在其周围诱发明显的气动效应，并对列车玻璃造成不利影响。以CRH3型列车客室车窗玻璃为分析对象，基于国内外目前几种典型夹层玻璃等效厚度计算方法，分析了载荷作用时间对夹层玻璃胶片剪切模量及其等效厚度的影响。根据中空玻璃中空层气压变化传递载荷原理及两面玻璃协同变形特征，推导了气动压力作用下中空玻璃的最大拉应力计算公式。设计了循环气动压力加载试验，并进行了高速列车玻璃动应力测试。结果表明，夹层玻璃PVB胶片的剪切模量随作用时间的减小，其剪切模量增大，同条件下，计算出来的夹层玻璃等效厚度也变大。为了获得高速列车玻璃承载性能精确的计算结果，需确定真实气动压力作用时间下PVB胶片对应的剪切模量。基于prEN13474给出的夹层玻璃等效厚度计算公式，选择与实测相同作用时间(0.12 s)及温度(25℃)计算条件，得到被测高速列车玻璃承载面和非承载面的最大拉应力与实测值偏差分别为3.29%和-12.6%,较好地满足了工程精度要求。研究成果可为高速列车玻璃气动压力承载设计计算及结构优化提供依据。     

变速器齿轮微观修形对振动响应的影响研究

基于某DCT(双离合)变速器的详细数据,在Romax中建立刚柔耦合模型,以3挡齿轮为例,结合齿轮微观修形相关理论,使用齿向和齿形组合修形方式。采用经验修形和基于遗传算法修形2种修形方法,对比分析修形前后3挡齿轮的传递误差、单位长度载荷和最大接触应力。结果表明：采用经验修形和基于遗传算法修形均可降低传递误差、单位长度载荷及最大接触应力,其中基于遗传算法修形计算得到的结果更优。通过分析输入轴左轴承和中间轴右轴承中心点处响应节点的加速度可知,提出的2种修形方法均可以改善变速器NVH性能,为变速器的微观修形和NVH性能分析提供可行的思路。     

基于线路实测动应力谱的重载电力机车车体疲劳寿命预测

在考虑影响焊接接头疲劳强度影响因素和小应力对损伤影响的基础上,利用残余应力系数将焊接接头应力比R=0.5的S-N曲线修正为对称循环(即R=-1)下结构的S-N曲线。根据平均应力敏感系数将雨流计数分级的线路实测非对称循环应力谱转化为对称循环下应力谱,基于铁道车辆焊接结构疲劳强度评估原理和Palmgren-Miner线性疲劳累积损伤准则,提出焊接结构疲劳寿命预测方法,求得变幅应力谱的线性累积损伤和,以及由此导出指定寿命下的等效应力,评估车体结构的疲劳寿命是否满足设计要求。对车体结构典型测点I和测点II的分析结果表明:车体结构的疲劳寿命满足设计要求,同时将线路测试应力谱外推到考虑小应力影响确定的许用损伤和,得出车体结构的最大运营里程数,为达到设计寿命的重载电力机车车体结构进一步延长使用寿命提供了理论依据。     

基于ADAMS动载荷谱的行星齿轮弯曲疲劳寿命预测

为了预测电动汽车自动变速器的寿命周期,研究了行星齿轮的弯曲疲劳寿命问题。运用ABAQUS软件对单组太阳轮和行星轮部分轮齿进行了静力学摩擦接触分析,解决了齿轮之间添加摩擦接触不收敛问题,得出了齿轮啮合最大应力发生在太阳轮齿根圆角处,小于材料的许用应力,验证了齿轮弯曲强度符合要求。通过ADAMS动力学仿真软件对行星齿轮进行了动力学仿真,得到了太阳轮和行星轮啮合的扭矩载荷谱,且符合齿轮运转实际工况。将ABAQUS静力学结果文件和ADAMS载荷谱导入疲劳分析软件nCode DesignLife中,获得了行星齿轮疲劳寿命循环次数,得出了行星齿轮最容易发生疲劳破坏部位为太阳轮齿根圆角处,为齿轮的优化设计提供了理论依据。     

纯电动汽车两挡AMT换挡策略研究

两挡AMT相较于单级固定速比减速器,能够降低整车系统对电池和电机性能的要求,但需要为其设计合理的换挡策略,以保证车辆经济性和动力性满足需求。首先分析驱动工况下电池、电机和变速器效率随车速和加速踏板开度的变化情况,以系统效率最高为目标,设计最佳经济性换挡策略。其次,分析不同挡位下加速度随车速和加速度踏板开度的变化情况,以加速度最大为目标,设计最佳动力性换挡策略。最后,设计了一种换挡策略切换控制器,将百公里电耗和加速时间组成综合性能指标,基于模糊理论计算动力需求因数,根据动力需求因数选择相应的换挡策略。仿真和试验结果显示:相较于传统换挡策略,平均百公里电耗降低9.97%,加速度略有恶化约3.96%。因此,该换挡策略在基本保证驾驶员动力需求的同时,极大地提高了经济性,可有效延长车辆的续航里程。     

基于垂向载荷转移率的微型客车侧倾敏感性研究

在Matlab/Simulink软件环境下建立某微型客车三自由度侧倾模型,分析车辆结构参数、道路输入参数及驾驶员输入参数对车辆侧倾倾向性的影响。利用干路面蛇形试验数据对所建立的仿真模型进行验证,通过J-turn试验和鱼钩仿真试验(fish-hook)分析车速、转向盘转角对车辆侧向加速度、车身侧倾角等侧向稳定性输出参数的影响。同时提出动态垂向载荷转移率(VTRd)作为侧倾敏感性因数,分析车辆结构及运行参数对微型客车侧倾敏感性的影响。结果表明:悬架侧倾刚度对侧倾敏感性影响最为明显;结合驾驶员对转向盘转角的输入,车辆的侧倾变化趋势对车速的变化比较敏感,当车速增加到80 km/h以上时,较小的转向盘转角变化就会使车辆发生侧倾。     

基于虚拟试验台的驾驶室边界载荷谱研究

以某型商用车驾驶室为研究对象,考虑车架大变形及刚度影响,利用虚拟台架技术搭建驾驶室-车架刚柔虚拟台架模型,建立车架7通道等效位移激励复现驾驶室实际工作状态。将虚拟台架模型与实车试验内部响应信号相结合,选择信噪比较高的信号为目标信号进行迭代分析,基于系统传递函数迭代获取车架位置等效位移激励。以小圆凸起路面为例,经过9次迭代后,响应值与目标值在时域范围内曲线峰值、趋势及相位上有很高的重合度,频域范围内重合度也较高,各通道相对损伤值均在1左右,迭代精度较高,然后分解获取驾驶室各工况边界载荷谱,为后续驾驶室疲劳寿命预估提供可靠时域载荷谱。     

车载定位系统中综合地图匹配算法研究

基于加拿大亚伯达省政府远程运输RTS系统开发,在分析影响地图匹配性能因素的基础上,提出了一种基于高精密数字地图的综合地图匹配算法,融合了几何匹配算法和路网拓扑结构,充分利用车辆行驶的连续性,结合历史行驶数据选取投影道路,实现准确定位,且算法计算量小,可用于嵌入式实时系统.通过实际跑车试验证明该匹配算法精度高、效率好,具有较好的实用价值.     

四轮独立驱动电动汽车直接横摆力矩控制

为提高四轮独立驱动电动汽车横摆稳定性,在考虑纵向车速控制的基础上设计了直接横摆力矩控制策略。该控制策略由上下两层组成,上层控制器为基于车辆运行状态反馈的附加横摆力矩控制器,其控制方式为通过实际反馈的车辆状态参数与参考值对比,设计线性二次型调节器(LQR)计算目标附加横摆力矩。下层控制器为基于路面附着条件及前后轴荷比的轮毂电机转矩分配控制器。通过CarSim与Simulink建立联合仿真模型,选择双移线和正弦输入2种工况进行仿真试验。结果表明:所设计的控制策略能够使车辆质心侧偏角和横摆角速度较好地跟随参考值,可有效避免车辆侧滑失稳,提高车辆横摆稳定性和行驶安全性;与PID控制相比,LQR控制能够更有效地抑制横摆角速度振荡峰值。     

柴油机铝合金气缸盖热机耦合疲劳损伤分析

针对某型高功率密度柴油机铝合金气缸盖,建立有限元模型,采用Abaqus计算结构温度场及应力场。以热机耦合应力场结果为基础,并考虑温度对材料性能的影响,计算气缸盖热机耦合疲劳损伤。由分析结果可知:在热机耦合加载条件下,气缸盖应力值最大为179MPa,位于气缸盖鼻梁区,考虑温度对铝合金材料强度的弱化影响,该值满足材料静强度要求。疲劳寿命分析结果表明:气缸盖危险区域的最大损伤值(对数值)为-4.54;气缸盖鼻梁区产生裂纹的主要原因是该处热机耦合疲劳载荷引起的应力集中。     

基于OpenGL的视频车速解算虚拟仿真试验

针对实车试验无法精准控制行驶车速而不能探究交通事故视频车速解算误差范围的问题,基于Visual C++平台搭建OpenGL三维模型环境后开发了车辆运行场景仿真系统。实现了虚拟车辆的自主运动、场景的数字化编辑和视角的自由切换,并通过相机模型模拟记录车辆纵向运动的视频图像以研究视频车速解算的准确性。结果表明:通过道路固定摄像与车体参照物、道路固定摄像与环境参照物和本车车载摄像与环境参照物3种方法解算车速的最大误差分别为1%、2.2%和2%。基于双因素方差分析发现,车辆实际速度对解算结果相对误差的影响不显著(α=0.05)。     

多跨系杆拱桥吊杆疲劳性能研究

以某三跨系杆拱桥为例,提出了一种拱桥吊杆的疲劳分析方法。对桥梁结构建立有限元模型求得各吊杆的索力影响线。依据交通量调查和交通量各参数的统计资料,将车辆概括为几种典型车型并计算其各参数的概率密度函数。基于蒙特卡罗方法模拟产生了通过桥梁的双向多车道车流作为疲劳荷载。针对典型吊杆的影响线加载模拟车流,得到杆件应力历程,用雨流法统计应力历程可以得到应力幅值谱。按照线性累积损伤理论和总交通量预测结果,计算得到各吊杆的在指定时间的累计损伤。     

基于ABAQUS的CCF300碳纤维层合板低速冲击破坏数值模拟

为了更有效预测国产碳纤维增强材料在冲击载荷下的损伤情况,以国产碳纤维（CCF300）/环氧树脂（5228）复合材料层合板为对象,利用专业有限元仿真软件ABAQUS进行冲击破坏性能数值模拟研究。采用复合材料渐进损伤法,建立CCF300碳纤维层合板在低速冲击载荷下的损伤和变形三维有限元模型。通过三维实体单元模拟层合板,利用内聚力接触模拟单层板间的接触,从而模拟层合板层内和层间的不同失效模式。使用FORTRAN语言编写ABAQUS材料用户子程序VUMAT实现模拟,程序中包含本构方程的求解、损伤准则对单元失效的判定和损伤单元参数退化3部分,材料的单元失效是通过引入状态损伤变量来判断。仿真模型可通过调用子程序来模拟复合材料的纤维拉伸、压缩失效、基体开裂、挤压失效4种层内损伤,同时ABAQUS本身可以模拟材料分层损伤。通过仿真得到了材料的最大冲击破坏载荷和损伤模式的效果图。     

适应阻尼变化的车身高度控制系统

随着阻尼可变半主动悬架应用日益广泛,不考虑阻尼变化因素的传统车身高度控制策略已不能很好地满足控制要求。为此,提出适应阻尼变化的车身高度控制系统。在经试验验证的整车车身高度控制模型的基础上,离线计算车辆4悬架处阻尼系数不同组合情况下的最优车身高度控制参数,并建立离线专家系统。该系统以阻尼系数为输入,可以根据阻尼系数实时更改车身高度控制参数,保证在车身高度调节过程中车身高度控制参数始终处于最优值。仿真结果表明:适应阻尼变化的车身高度控制系统在调节过程中当阻尼系数发生变化时车身高度变化依旧连续平稳,与传统车身高度相比调节品质更高;在车辆行驶过程中,适应阻尼变化的车身高度控制系统调节时间短、超调量小且调节过程震荡更小。     

轨道不平顺与车轨动力响应之间的关系分析

从时域和频域两个方面来研究轨道不平顺与车轨动力响应之间的关系.首先,利用轨道不平顺和轮轨动力学模型来计算轮轨间的动力荷载,加载到轨道有限元模型上得到一定运量下的道床变形和轨道不平顺分布;其次,利用傅立叶变换分别得到了一定运量后轨道不平顺的里程-功率谱、平均功率谱及其拟合谱,分析了不同波长不平顺同道床沉降之间的相关性,并同现场数据相对照.再次,结合现场轨检车的测力轮对数据,包括轨道不平顺、轮载和车体振动加速度,分别从时域和频域两个方面对三者之间的相关性进行分析,并分析了轨道不平顺状态对车轨动力响应的影响程度;最后,认为道床沉降主要影响的是轨道长波不平顺,而对短波不平顺则影响不大,而且从时域和频域来看,轨道不平顺的分布与车体振动加速度的分布相类似,而与轮载分布不同,而且波长较长的轨道不平顺引起车体的振动,它是影响车体振动和车辆运行平稳性的主要因素.     

机械弹性电动轮驱动车辆横摆稳定性协调控制

针对匹配机械弹性电动轮(MEEW)车辆的横摆稳定性控制问题,提出一种基于主动前轮转向(AFS)与直接横摆力矩控制(DYC)的稳定性协调控制策略。为修正车辆行驶过程中的前轮转角输入,设计了基于微分平坦与RBF神经网络的AFS控制器,从而提高车辆的转向能力。针对AFS控制器在极限工况下易失效的缺陷,引入基于线性二次型调节器(LQR)的直接横摆力矩控制算法,并依照轴荷比分配四轮力矩。最后,依据机械弹性电动轮的质心侧偏角-质心侧偏角速度相平面图划分稳定域,实现AFS与DYC的协调控制。通过Matlab/Simulink和Carsim进行联合仿真,结果表明：所提出的AFS控制算法在高速高附着工况下有良好的稳定控制性能,但在高速、低附着极限工况下控制效果受到影响。而AFS/DYC协调控制策略效果较好,跟踪精度优于单一控制器,质心侧偏角和横摆角速度的最大跟踪误差仅为3.03°和1.82(°)/s,可保证汽车在极限工况下转向时的横摆稳定性。     

改进的组合式L形钢管混凝土短柱轴压承载力研究

为了研究改进的组合式L形钢管混凝土短柱轴压承载力,在试验研究的基础上采用有限元软件ABAQUS建立了20个改进的组合式L形钢管混凝土短柱、18个改进的组合式L形空钢管短柱和20个L形纯混凝土短柱有限元模型,并对其轴压承载力进行计算和分析,主要考虑了钢管厚度、混凝土强度、支撑钢板数量、矩形钢管长宽比和U形钢长宽比等参数的影响。研究结果表明,设置支撑钢板后试件的破坏形态发生了变化(包括局部鼓曲位置及大小);增加钢管厚度和支撑钢板数量对延缓钢管发生过早局部屈曲的作用和提高钢管对核心混凝土的约束作用更明显,设置支撑钢板后钢管和核心混凝土的应力分布更加均匀,其应力均值分别为331. 7 MPa和39. 69 MPa;钢管混凝土总承载力明显高于空钢管和纯混凝土单独承载时的承载力之和,其提高幅度β3最大可达28. 98%;增加钢管厚度和支撑钢板数量能够充分发挥钢管和核心混凝土两种材料的承载性能,同时需进一步控制混凝土强度、矩形钢管长宽比和U形钢长宽比;文献[10]中所提轴压承载力计算公式的适用范围有所扩大,其适用的约束效应系数ξ范围变为0. 74～5. 77。