不平路面激励对挂接车辆纵向平顺性影响的时域模型仿真分析及试验研究

为了考察不平路面激励对挂接车辆纵向平顺性的影响,构造了一种能同时反映不平路面对车辆的垂直与纵向激励状况的随机接地印迹轮胎模型,建立了其相应的车辆动力学模型,并在确定性函数路面激励状况下对该模型进行了时域仿真,分析了其对挂接车辆牵引架动态纵向力的影响。仿真分析结果与试验结果相吻合。     

车辆道路模拟的计算机仿真系统设计研究

为了对道路随机激励下车辆的平顺性动力学进行研究首先必须建立道路高程的时间历程。为了对时域内道路的数学模型、算法设计和道路仿真实现的研究,分析了道路不平顺高程从频域向时域的转换方法并在建模数值道路过程中考虑了车轮之间以及两轮辙之间的相关性,设计了三种主要的道路模拟算法——谐波叠加法、白噪声过滤法和基于道路功率谱离散的逆Fourier变换法并将其于MATlab平台上集成为专用的道路仿真系统。为使仿真尽可能真实,包括时域中的双轮辙关系、道路仿真算法的改进以及多元算法的集成等方面也给予了重视。仿真算例研究表明了所用方法原理上的普适性、有效性,以及仿真结果与实际道路的一致性。     

随机激励状况下挂接车辆柔性牵引技术的试验研究

为改善挂接车辆的行驶平顺性状况，建立了平稳随机激励状况下挂接车辆的随机参数动力学微分方程，并进行了等效参数化。优化设计了挂接车辆的柔性牵引装置，并进行了仿真分析和平顺性试验，结果表明使用经过优化设计的柔性牵引装置后，改善了挂接车辆在平稳随机路面激励状况下的牵引运行状况和行驶平顺性状况。     

基于分形特征的交通运输车辆行走路面的三维重构

为获得路面激励,通过理论推导实现基于分形特征的交通运输车辆行走路面的三维重构。对国际与国家规定的标准路面谱进行逆傅里叶变换以产生随机路面样本,用轮廓均方根法获得路面平均分形维数(1.59);结合二维路面的统计特征,根据随机中点位移法和三角剖分法,建立三维路面理论模型;对各等级路面进行三维仿真,其纵向任一截面可作为二维仿真路面。该建模理论适合行走路面的三维重构。     

考虑路面激励的车辆侧翻仿真分析

为了能够有效地反映路面激励与转向输入引起的车辆侧翻特性,提出了一个能够同时考虑路面输入与转向操纵的联合车辆侧翻模型。利用Matlab/Simulink搭建了联合模型的仿真模型,并采用Adams车辆模型验证了联合模型的有效性。在此基础之上,通过开展仿真试验分析了路面等级、行驶车速、转向盘操纵速度等参数对车辆侧倾状态的影响。研究结果表明:联合模型能够较好地反映车辆在转向输入、路面输入耦合工况下的侧倾状态。该研究为车辆侧翻研究提供了有效的参考模型。     

基于多轴道路模拟激励谱的摩托车车架虚拟试验方法

摩托车车架的疲劳可靠性是摩托车整车最重要的性能之一,为了对摩托车车架的疲劳可靠性进行准确高效的分析和评价,提出了基于时频域误差加权和力-位移混合控制的摩托车车架多轴道路模拟试验方法,结合采集的实际行驶道路载荷谱和开发的车架多轴道路模拟试验台,采用时域和频域误差加权系数均为0.5的力-位移混合控制多轴道路模拟试验使摩托车车架实际行驶道路载荷谱模拟迭代精度达到93%,并提取了多轴道路模拟激励谱。基于摩托车车架多轴道路模拟试验系统,利用HYPERWORKS有限元分析软件和MSC.ADAMS多体动力学仿真软件,建立了摩托车车架刚柔耦合多轴道路模拟虚拟试验平台,以多轴道路模拟激励谱为输入进行了仿真分析,并采用多轴道路模拟试验进行了结果验证,从而建立了基于多轴道路模拟激励谱的摩托车车架虚拟试验方法。结果表明,仿真结果和试验结果在时频域中趋势和幅值都吻合很好,时域曲线几乎重合,只是频域曲线在13 Hz和24 Hz附近幅值略有差异,但频域曲线均方根值误差均在10%之内,基于多轴道路模拟激励谱的摩托车车架虚拟试验方法能够对摩托车车架疲劳可靠性进行高效准确的考核。     

软路面—车辆系统振动分析

该文建立了软路面——车辆系统的扭转振动、垂直振动和纵向振动耦合的动力学模型，并把路面不平度、发动机角速度和牵引负荷作为三个激励引入到传动系扭振的多分支系统中。推导出车辆振动的频响函数、振动响应的功率谱密度和振动响应均方根值的计算公式，并通过试验验证了该模型的可信性     

考虑驱动电机激振的电动车油气悬架系统振动分析

电传动车辆中轮边驱动电机壳体振动直接作用于悬架下端,为评价电机激振力对悬架系统的输出影响,在考虑电机—路面不平度耦合激励影响下构建系统运动微分方程组进行分析。应用气体状态方程和油液孔口出流方程建立了单气室油气悬架非线性数学模型,采用麦克斯韦应力法对异步电机竖直方向激振力进行求解,采用白噪声滤波法模拟时域内随机路面,将耦合激励信号作用于系统模型,将悬架输出力和电机激振力带入系统运动方程组联立求得数值解,改变参数可进行多工况下平顺性仿真,并通过实车试验与耦合振动模型进行了对比。结果表明在常见正弦路面激励下,在考虑电机激振影响下系统输出振幅约增大10%且达到稳定所需时间更长。高频激振力使系统加速度功率谱幅值变大,在激振力自身频率段影响明显,不可忽略。通过分析实测数据与仿真数据,验证了耦合激励模型在实车中的有效性;耦合激励模型对电动车悬架及整车平顺设计有指导意义。     

水泥混凝土路面传力杆系统极限承载力的扩展有限元分析

针对超载引起的水泥混凝土路面传力杆系统的早期损坏问题,在多工况道路整体结构三维有限元分析的基础上,基于扩展有限元方法与子模型技术,对传力杆周围混凝土的承载力极限开裂过程进行了数值模拟。计算给出了传力杆周围混凝土材料内裂纹萌生、扩展及最终的破坏形式,并设计足尺试验对数值模拟结果进行验证,对比结果表明两者在加载点荷载-位移曲线与裂纹断裂模式上吻合较好。根据该文的研究可以发现,采用扩展有限元法与子模型技术相结合的方式,能够快速、准确地计算传力杆系统的极限承载力,进而反推出水泥混凝土路面缩缝结构的临界车辆轴载。同时该文的研究方法为解决混凝土结构局部应力集中区域的开裂、破坏过程行为研究提供了一种可行性数值研究手段。     

基于实测道路谱的路面等效重构

为汽车试验与动力学仿真提供更准确的路面激励,提出了一种对实测路面谱进行二维等效重构的方法。结合某三级公路实测路面数据特征,系统研究了经验模态分解法去除趋势项、经验模态分解小波阈值法滤波去噪、实测路面二维自回归模型(auto regressive,AR)重构等方法,并利用相关系数方法进行了重构精度分析。结果表明,基于固定门限准则的经验模态分解小波硬阈值去噪后的功率谱方差最小,利用AR模型重构道路谱与实测道路谱重合度高,为道路谱的进一步应用提供参考。     

振动压路机用于不同土壤地面的平顺性评价

实际工况中振动压路机车轮会在各种土壤地面上作业和行驶,为了评价振动式压路机在不同土壤路面上的行驶平顺性,该文针对车轮―不同土壤地面的接触分析,建立了某单钢轮振动压路机非线性动力学模型;描述了振动轮在弹塑性土壤下压实对前车架产生垂直激励力.基于Adam D和Kopf F的弹塑性土壤模型,建立了振动轮在作业时的三自由度振动模型;采用软性土壤地面的Bekker假设,建立了轮胎―变形土壤地面接触模型.对建立的非线性动力学模型进行了仿真,并根据ISO2631-1:1997(E)标准分析与评价了不同路况、工况和速度对驾驶员乘坐舒适性的影响.结果表明,刚性路面不平度等级对振动压路机行驶平顺性有较大影响,路面等级越差,驾驶员的主观感觉越不舒适;路面的变形对驾驶室水平晃动有较大影响,土壤路面越软,驾驶室晃动越大;弹塑性土壤对振动压路机的影响表现在低频工况压实时,车辆平顺性比较差.该研究可为振动式压路机的平顺性设计提供参考.     

道路景观美学研究初探

随着社会发展和人们生活水平提高,对道路沿线景观欣赏和审美的需求日益增加。自上世纪60年代西方国家已经对道路景观的“视觉美”开展专门研究。而我国直到今天仍鲜有相关报道。我国道路景观美学研究已经迫在眉睫。提出了道路景观美学研究的重大意义,介绍道路景观概念、特征,道路景观美学评价理论和流派,从道路景观组成要素、属性特征、空间序列等方面对道路景观美学做了简要分析。最后提出我国道路景观美学研究的发展方向。     

水田作业工况的拖拉机振动特性

为研究拖拉机在水田工况下的振动特性。该文采用轮胎滚动法测取南京江浦农场水田硬底层纵断面空间函数,对数据进行自相关性检验,分析硬底层垂直位移功率谱密度;以CF700型拖拉机(常发集团)为研究对象,基于轮胎-湿软水田土壤系统,建立水田工况下拖拉机三自由度振动微分方程和仿真模型,以水田硬底层纵断面时间函数为输入矢量,对拖拉机振动特性进行仿真研究,并将仿真结果与试验结果进行对比分析。结果表明,水田硬底层高程具有统计相关性,其不平度系数Gx(0.1)=316.7×10-6 m3,拟合指数w=-1.651;试验所得拖拉机前桥、后桥及座椅椅面垂向振动频率分别是2.91、3.6及2.5 Hz,与仿真结果相对误差分别为19.9%、7.2%、16.0%。以上结果为面向水田作业的拖拉机振动研究提供路面参考模型,验证了水田工况下拖拉机三自由度平面振动模型的有效性,为拖拉机减振系统的参数设计提供理论依据。     

由降雨事件引起的坡面产流和土壤侵蚀的元胞自动机模拟

A novel quantitative cellular automata (CA) model that simulates and predicts hillslope runoff and soil erosion caused by rainfall events was developed by integrating the local interaction rules and the hillslope surface hydraulic processes. In this CA model, the hillslope surface was subdivided into a series of discrete spatial cells with the same geometric features. At each time step, water and sediment were transported between two adjacent spatial cells. The flow direction was determined by a combination of water surface slope and stochastic assignment. The amounts of interchanged water and sediment were computed using the Chezy-Manning formula and the empirical sediment transport equation. The water and sediment discharged from the open boundary cells were considered as the runoff and the sediment yields over the entire hillslope surface. Two hillslope soil erosion experiments under simulated rainfall events were carried out. Cumulative runoff and sediment yields were measured, respectively. Then, the CA model was applied to simulate the water and soil erosion for these two experiments. Analysis of simulation results indicated that the size of the spatial cell, hydraulic parameters, and the setting of time step and iteration times had a large impact on the model accuracy. The comparison of the simulated and measured data suggested that the CA model was an applicable alternate for simulating the hillslope water flow and soil erosion.     

考虑水库来用水过程关联性的多维随机动态规划算法

水库来水和以农业灌溉用水为典型代表的用水过程均受到气候条件的显著影响.气候过程的随机性会导致水库入库径流(供给侧)与需求过程(需求侧)的随机性;同时,流域气候条件的空间相似性使得二者之间存在一定程度的关联性.为有效解决水库随机优化调度中来用水过程的随机性与关联性问题,该研究采用Copula函数描述多维变量的随机性与关联...     

道路工程胁迫下生态系统适宜性研究

道路工程胁迫下生态系统适宜性是生态效应的逆向研究,它从生态系统的角度出发,以生态系统结构和功能稳定性为标准,探讨生态系统对道路工程建设的适宜程度.生态系统适宜性的时空差异性构成其特有的属性特征,空间上表现为系统属性上和工程建设性质上的差异性,在时间上表现为对公路不同建设时期的适宜性差异.生态系统适宜性研究关注的核心问题是临界阈值确定、指标体系和评估模型的建立.通过工程建设的干扰强度与系统稳定性的比较,确定生态系统适宜性的临界阈值,采用AHP法并选取工程强度指标、系统特征指标,建立适宜性评价指标体系,最终基于三个基本假设的前提,构建了适宜性评估理论模型,为适宜性的量化研究提供了理论基础.     

Using sequential Gaussian simulation to assess the field-scale spatial uncertainty of soil water content

Soil water content (SWC) has a vital role in a variety of hydrological processes such as infiltration, runoff and erosion. Mapping the spatial pattern of SWC is then essential for appropriate addressing of these processes. Geostatistics is often used to characterize the spatial variability of SWC. This information may be used for estimating SWC e.g., by ordinary kriging (OK) or modeling location-specific uncertainty (local uncertainty) of the estimates by indicator kriging (IK). Kriging-based algorithms however smooth out the details and are incapable of detecting multi-location uncertainty (spatial uncertainty) of SWC estimates. Sequential Gaussian simulation (sGs) can model the spatial uncertainty through generation of several equally probable stochastic realizations. In this study sGs is used to map SWC spatial distribution and to provide a quantitative measure of its spatial uncertainty in particular. The SWC measurements were performed on 157 soil samples taken from an 18 ha erosion experiment field in Lower Austria. The results show that the spatial pattern of SWC is well recognized using the sGs as the simulated models reproduce the sample statistics including histogram and semivariogram model reasonably well. The difference among realizations is used to provide a quantitative measure of spatial uncertainty of SWC estimates. Knowledge of spatial uncertainty is helpful to evaluate the delineation of vulnerable areas to erosion.