胎圈结构参数对机械弹性车轮接地压力分布的影响

为了进一步掌握机械弹性车轮的接地特性,该文着重研究了胎圈结构参数对车轮接地压力分布的影响。建立了车轮胎圈曲梁模型,通过对车轮承载变形的理论分析,确定影响车轮接地特性的结构参数为胎圈断面高宽比、弹性环断面高宽比和弹性环分布位置。针对不同的胎圈结构参数,建立对应的车轮有限元模型并验证了模型有效性。利用有限元分析软件ABAQUS对其作静态接地特性仿真试验,结果表明减小胎圈断面高宽比、弹性环断面高宽比或弹性环分布系数,可不同程度地增大车轮接地长度和接地面积,并使车轮平均接地压力和接地压力偏度值减小。对比不同胎圈结构参数的车轮,其接地长度最大增加7.2%,接地面积最大增加21.6%。该文为优化机械弹性车轮的接地特性提供了参考。     

铰链组局部损伤的非充气弹性车轮负荷接地及固有特性

为研究重要承载部件损伤对非充气弹性车轮性能的影响,对单组铰链组断裂前后的车轮进行了性能对比试验.采用拆除单组铰链组的方法模拟断裂损伤失效,基于台架试验对损伤前后车轮的负荷特性、接地压力分布特性及模态试验等进行了对比.结果表明:铰链组断裂损伤对车轮负荷特性的影响表现为径向刚度的下降,且与损伤所在车轮的位置有关.当损伤分别位于水平和竖直位置时,铰链组断裂损伤车轮的平均径向刚度较无损伤车轮的数值分别下降25%和35%;在相同垂向载荷作用下,铰链组断裂损伤对车轮接地压力分布的影响表现为接地印迹长度和接地面积的增大,垂向载荷为7262 N时,损伤车轮的接地印迹长度较无损伤车轮的数值增大15%,接地印迹宽度没有变化,接地面积增大;整体上无损伤车轮的固有频率大于铰链组断裂损伤车轮对应的固有频率,大多数阻尼系数小于含有铰链组断裂损伤车轮对应的阻尼系数,节点的振型幅值大于相应的损伤车轮节点的振型幅值.该研究可为提高非充气弹性车轮的可靠性设计提供参考.     

载荷与径向刚度对机械弹性车轮包容特性的影响

为解决机械弹性车轮在不平路面的冲击振动传递问题,提高车辆行驶平顺性能,该文基于弹性滚子接触模型、有限元分析及试验测试方法对车轮的包容特性及影响因素进行了研究。通过对车轮有效路形的分析,揭示了负荷和径向刚度对车轮包容特性的影响规律,并验证了所建模型的可靠性,结果表明:在车轮径向刚度一定的条件下,有效路形幅值随负荷的增加而减小,但有效路形扰动长度随负荷的增加而增大;在负荷一定的条件下,有效路形幅值随车轮径向刚度的增加而增大,扰动长度随之增加而降低。利用有限元模型和台架试验对车轮的低速稳态包容特性进行了分析,得出了车轮垂向动态力学响应随负荷和径向刚度变化的规律,在径向刚度一定的条件下,车轮垂向力响应随负荷的增加由抛物线形过渡到马鞍形,在负荷一定的条件下,车轮垂向力响应随径向刚度的增加而增大,分析结果反映了该车轮实际包容特性的客观规律性。该研究为机械弹性车轮结构优化及整车振动特性分析提供了参考。     

路面不平度对车辆制动过程中轮胎动态性能影响的仿真分析

采用作者建立的非线性时变轮胎模型,仿真分析了路面不平度幅值及路面空间频率变化对地面附着性能的影响。得出路面不平度增大时,使路面对车轮的附着能力下降,因而使制动距离增长的结论。同时说明非线性时变轮胎模型能较真实地体现路面不平度的影响,对不平路面上车辆制动性能仿真是一个有效的轮胎力学模型     

基于弹性迟滞理论的轮胎滚动阻力解析模型构建

为了降低轮胎滚动能量损失,该文提出一种新型轮胎滚动阻力解析模型。分析轮胎滚动阻力产生的机理,考虑材料的弹性迟滞特点,定义非线性弹性力和非线性阻尼力构建轮胎垂向复合回复力公式,搭建特定试验进行模型参数辨识。根据刷子模型将轮胎接地部分化简为两部分:一部分为接地中心到刷毛单元开始接触地面的加载区域;另一部分为接地中心到刷毛单元离开地面的卸载区域。然后分别对参数辨识得到的加载和卸载曲线在相应区域内积分并求和,获得轮胎滚动阻力矩解析模型。根据ISO 28580标准对轮胎滚动阻力进行测试,结果表明:轮胎滚动阻力随速度(10~120 km/h)和垂向负载(6~25 kN)的增大而增大;试验结果与解析值在相同的工况条件下变化趋势基本一致,从而验证了模型的有效性。新型滚动阻力模型的提出有助于轮胎的结构优化。     

内支撑安全轮胎零压工况力学特性

安全轮胎零压力学特性是提升轮胎续驶性能、实现车辆爆胎稳定性控制的基础。为研究内支撑安全轮胎的零压力学特性,通过零压工况负荷特性、侧向力学特性及接地特性试验,研究了不同负荷作用下内支撑安全轮胎的径向刚度、侧向刚度及接地特征参数的变化规律,并与额定胎压工况进行了对比。研究表明内支撑安全轮胎失压后,径向刚度表现为分段近似线性,在负荷小于负荷6 000 N时,其平均径向刚度较额定胎压工况降低了84.76%,在负荷大于拐点负荷时,其平均径向刚度较额定胎压工况增加283.34%;内支撑安全轮胎在无明显侧滑区侧向力与侧向位移近似为线性,零压侧向刚度较额定胎压工况增大9.92%,最大侧向附着力降低24.41%;当负荷达到一定数值时接地印痕面积基本保持不变,在胎肩和胎冠中心区域出现应力集中现象,胎面翘曲严重,接地压力分布均匀性变差。研究结果为掌握零压工况下内支撑安全轮胎的力学特性,进行车辆爆胎稳定性控制提供理论基础和参考。     

连通式油气悬架数学模型及特性分析

为研究参数变化对连通式油气悬架刚度与阻尼特性的影响,该文建立了连通式油气悬架非线性数学模型,并考虑了液体的压缩和运动过程中摩擦力的影响。通过搭建试验台并建立仿真模型,将理论、试验、仿真数据进行对比,误差在10%以内,验证了数学模型的正确性。基于该数学模型讨论了初始充气压力、激励频率与初始相位差变化对连通式油气悬阻尼刚度特性的影响,分析结果表明:初始充气体积增大连通式油气悬架刚度减小;激励频率与左右两侧悬架缸相位差增大系统刚度、阻尼均增大;初始充气压力变化对其性能影响较小。     

基于“弦”胎体理论的轮胎转偏模型

根据基于“弦”胎体理论的轮胎非稳态侧偏模型和不同侧向输入时传递函数间的相互关系,得出轮胎非稳态转偏模型。将模型中Ｅ０函数展开为Ｔａｙｌｏｒ级数形式,通过有效地截取其部分项,推导出基于“弦”胎体理论的轮胎稳态转偏模型。最后还将无量纲的非稳态转偏模型简化为有理分式的一般形式。所得模型可用于拖拉机和汽车的动力学分析和转向性能研究。     

基于非线性特征的黏弹性悬架系统减振特性分析

为分析履带式工程车辆黏弹性悬架系统的非线性阻尼减振特性,根据其结构特点和非线性特征,建立该系统两自由度分段非线性振动模型,并由平均法推导出系统固有频率共振区附近的幅频特性方程。以装有黏弹性悬架的某300kW履式拖拉机为应用对象进行研究,分析系统在固有频率共振区附近的非线性特性和阻尼减振性能。讨论了激励幅值、地面刚度、悬架分段非线性刚度、分段线性阻尼系数、车体质量和幅频特性之间的关系,并提出改善系统减振性能的建议。该文的理论与分析方法,可为黏弹性悬架参数与系统减振性能的一致性优化设计提供参考。     

橡胶履带轮静态接地压力测试与建模

为快速有效预测橡胶履带轮接地压力,该文针对橡胶履带轮静态接地压力进行了试验研究和数学建模。首先对不同载荷下橡胶履带轮在坚实地面和松软地面的接地压力进行了测试。结果表明:在履带长度方向上,橡胶履带轮接地压力呈多峰值非均匀分布,同时其峰值呈钟罩型分布,且载荷越大,峰值分布越均匀。根据测试结果提出了一种橡胶履带轮静态接地压力分布数学模型,履带长度方向的接地压力采用二次余弦函数表示,履带宽度方向的接地压力采用线性函数表示。相较于其他模型,该模型采用地面硬度参数表征不同的地面条件,避免了进行土壤承压和剪切试验,提高了模型的实用性。最后,基于该模型对橡胶履带轮转向性能进行了仿真计算和试验验证。结果证明:仿真结果与试验数据最大误差约为4.71%,故该模型能够较好地适用于橡胶履带轮的转向性能分析。该文提出的模型可为橡胶履带轮的结构设计和其他性能研究提供参考。     

转鼓式固体发酵罐支承结构设计及有限元分析

为实现以甜高粱为原料的先进固态发酵法(advancedsolid-statefermentation,ASSF)生产燃料乙醇工艺的大规模、自动化、连续生产而开发的大型转鼓式固体发酵罐,其支承结构的设计是影响设备安全稳定运行的决定性因素。通过分析甜高粱秆碎料在发酵罐内的运动特点,确定了加载在筒体和支承结构上的载荷状况。应用有限元分析软件ANSYS对的支承系统各部件进行了三维实体建模,考虑了各部件间的接触关系,对工作状态下的非线性接触应力做出了理论分析和数值模拟,分别得出了支承系统内摩擦环、支撑轮和轮轴的应力分布规律。根据有限元分析结果,以限制筒体变形量和避免疲劳裂纹扩散作为主要关注点,提出了在制造过程中需要控制焊接变形和减少焊接残余应力的重点部位和技术要求。通过电测应力法在工程现场对仿真结果进行验证,结果表明:有限元计算对应力峰值部位预测结果与试验值一致,得到的应力分布规律具有较高的准确性。该研究可为类似大型回转式农业机械的支承结构的设计提供参考。     

圆环型压电蠕动泵的结构设计与仿真

为了进一步探索压电技术在蠕动泵中的应用,使蠕动泵进一步向着体积小、质量轻、结构简单方向发展,并应用于更广泛的领域中,该文在现有机械蠕动泵结构基础上,结合压电驱动技术提出一种圆环周向行波驱动流体的圆环型压电蠕动泵结构。该蠕动泵的压电振子为一圆环型结构,在其外圆环壁面上贴有压电陶瓷薄片,以环面周向行波产生的蠕动,加之外圆环与内圆环的配合,代替机械蠕动泵中电机驱动偏心泵实现蠕动。依据弹性力学和振动理论推导出圆环振子的振动方程,利用有限元分析软件建立圆环振子模型,并对其周向振动模态及驱动机理进行了有限元分析,由此确定圆环型压电蠕动泵驱动振子的振动模态,设计出圆环型压电蠕动泵的整体结构,对其结构及工作机理进行了仿真分析。结果表明该压电蠕动泵同时具有机械蠕动泵和压电泵的优点。     

基于双参数弹性地基梁理论的梯形渠道冻胀力学模型

为克服已有梯形渠道弹性地基梁模型未考虑土体连续性及需要预先假定切向冻结力分布的不足，该研究在Winkler模型的基础上，用土弹簧的伸缩来描述法向冻胀力与法向冻结力，引入剪切层和接触界面层构建了梯形渠道双参数冻土地基梁模型。通过引入剪切层考虑土弹簧间的相互作用，引入接触界面层把切向冻结力计算纳入模型中一体化求解。以甘肃省靖会总干渠梯形渠道为例，计算了衬砌板法向冻胀位移，并将计算值与Winkler模型、有限元法计算结果及试验值进行对比分析，最后对衬砌板各点切向位移及切向冻结力分布进行计算。结果表明：本文模型计算值与Winkler模型、有限元法计算结果的总体变化趋势一致，且关键点上与试验值更加符合，当剪切系数g=0时双参数模型则退化为Winkler模型，验证了模型合理性；衬砌板各点切向位移及切向冻结力呈非线性分布，且随切向刚度增大，各点切向位移总体呈减小趋势，与实际相符。本研究可为梯形渠道抗冻胀设计提供参考。     

车用空气弹簧力学性能仿真及试验研究

车用空气弹簧工作过程中产生几何、材料、接触三重非线性,用传统的经验公式难以准确预测其非线性力学性能.近年来,随着非线性有限元理论和计算机的发展,用有限元法预测车用空气弹簧力学性能成为可能.该文以某一汽车悬架用空气弹簧为研究对象,采用Mooney-Rivlin模型模拟橡胶、Rebar模型模拟帘线、刚体模拟缘板和活塞等方法建立其有限元模型,导入非线性有限元软件ABAQUS进行力学性能数值计算.为了验证计算结果的可靠性,在Instron 8800电液伺服系统台架上进一步测试了该弹簧力学性能,结果分析表明计算值与试验值比较吻合,因此,非线性有限元为车用空气弹簧力学性能预测提供了一种经济实用的方法.     

游隙对双列调心球轴承静力学性能影响及游隙控制分析

为了分析游隙对轴承静力学性能的影响,基于赫兹弹性接触原理和变形协调原理,且在考虑初始游隙和实际接触角变化的前提下,建立了双列调心球轴承在径向和轴向联合载荷下的静力学数学模型。对静力学平衡方程和未知变量的可行域进行分析,提出基于Broyden秩1拟牛顿迭代法的数值求解流程。以调心球轴承BRF12为例,建立其非线性静力学平衡方程组并求解,分析轴承初始游隙对内、外圈相对位移、轴承刚度、负荷分布、实际接触角等的影响情况。分析得出游隙是影响调心球轴承品质的关键因素,需严格控制。分析各游隙及和接触角的几何关系,进而得到各游隙的简单计算公式,提出游隙尺寸控制和测量方法。研究结果可为新型双列调心球轴承的额定静、动载荷计算、动力学分析和优化设计等提供理论参考和依据。