车辆—柔性路面力学相互作用系统的研究

【摘要】： 车辆与路面相互作用的动力学问题是一个新的科学分支，它主要研究车辆、道路以及它们之间 的相互作用的动力学问题，而后面的研究是现阶段研究的薄弱环节。关于车辆和道路本身的研究工 作，各自领域的专家、学者们已开展了很深入的研究，但是将他们联系起来作为一个系统来研究至 今开展得不够广泛和深入，尤其是涉及到车辆结构参数上的变化引起车辆的动载及路面的动态响应 的研究工作开展的更少。 为了弥补和完善车辆-路面相互作用系统研究中的不足，课题展开了一系列有关这方面的工作， 取得了一些成果。课题涉及的研究内容有以下几方面： 1、动载模型的研究。车辆对路面的载荷并非是定值载荷，而是不断变化的动载，深入研究这 种载荷的变化规律，在车辆-路面相互作用的研究中十分重要。在研究过程中，一系列被动悬架车 辆模型被建立起来，并以此作为动载分析的基础。悬架结构的调整可以降低车辆动载、改善车辆对 路面的破坏性作用（即动载）、提高路面的使用寿命，因此，作者引入了半主动悬架技术用于改善 车辆动载。通过变更振动系统的输出模型和目标函数，课题建立多个基于轮胎动载的半主动悬架的 车辆模型。从模拟分析结果上可知，半主动悬架确实可以降低车辆对路面的动态载荷。 2、动载的参数影响分析。有了动载的分析模型，使我们动载的分析有了理论根据。课题进一 步分析了各种参数（包括路面参数和路面参数）对车辆动载的影响。只有正确的认识各种参数影响 车辆动载的规律，我们才能为路面工作者提供有价值的参考资料。 3、路面动载响应分析方法的研究。路面在变化载荷（动载）作用下的响应研究是车辆-路面相 互作用研究中另一个重要组成部分。目前对层状路面结构动载响应的研究工作存在着不足，课题以 此作为研究的一个方面。在研究过程中，作者提出了静荷转化法，并引入动力计算的有限元数值算 法，解决移动载荷或随机载荷作用下路面响应的分析问题。 4、路面性能指标发展模型的研究。弯沉是柔性路面的主要设计指标，但由于柔性路面结构复 杂，使得采用现有弯沉计算的经验公式和理论公式设计出的路面寿命与实际使用情况有较大出入， 尤其反映不了动载对设计的影响。课题结合边缘学科——神经网络建立了基于神经网络的路面弯沉 发展模型，在模型中将车辆动载作为网络的一个输入结点，反映了动载对路面设计的影响。从分析 结果上看，神经网络的方法很适合描述这种复杂关系。 随着渠化交通和超载运输的加剧，车辙已经成为柔性路面破坏的一个重要形式。针对这一问题， 课题建立了基于粘弹性力学理论的车辙发展模型，在模型中考虑动载作用的影响，此模型很好地解 释了车辙发展的前期和中期规律。 5、试验研究。虽然试验在车辆-路面相互作用研究中占有很重要的地位，但目前仍是一个薄弱 的环节。只有以试验的基础，我们的分析才能可信。在课题的研究中，作者根据轮胎动载的特点和 评价指标，设计了一套轮胎动载的测量装置，初步解决了轮胎动载的试验研究问题。同时，利用可 动态测量的设备，试验得到了加速加载机加载速度下路面的响应，解决了动载实测问题。 6、轮胎-路面相互作用系统分析软件的研究。分析软件对车辆-路面相互作用的系统分析十分重 要。良好的、智能化的分析软件不但加快我们对系统分析的速度，更为重要的是，这可以使我们能 够更加深入地了解车辆-路面相互作用的规律。在面向对象的编程思想和Visual C++开发平台的基础 上，课题建立了一套交互性好、易扩充的软件系统，实现了系统分析的智能化。