基于汽车路面路基耦合系统的路面动力学分析

合集下载

车辆与道路桥梁耦合随机动力分析及优化

车辆与道路桥梁耦合随机动力分析及优化摘要：本文主要研究了车辆与道路/桥梁耦合系统在动力分析以及动力优化过程中的关键问题，提出了一种建立在随机振动灵敏度基础之上的动力优化方法，望以上问题为后续同类作业的开展提供一定的参考与帮助。

关键词：车辆道路/桥梁耦合动力优化现阶段，有关车辆与道路/桥梁耦合系统随机动力分析的研究还比较少，在计算方面存在着比较大的问题与不足。

起来，主要可以归纳为以下两个方面：首先，在有关车辆与道路/桥梁耦合系统振动动力的分析中，为了判定车辆振动受路面随机不平整度的影响，多是通过时间历程分析的方式实现，其所得出的概率特征不够准确，随机动力响应不够精确，并会对后期有关车辆振动的控制产生不良影响；其次，在有关车辆与道路/桥梁耦合系统动力优化的过程当中，由于目标函数及约束函数多以复合、非线性函数作为表现形式，因此在灵敏度分析方面格外的复杂。

现阶段是应用的最小二乘法、或则是摄动法均无法解决计算量过于繁重的问题。

本文即针对上述实际情况，就车辆与道路/桥梁耦合系统在随机动力分析与优化方面的关键问题做详细分析与说明。

1.车辆与道路/桥梁耦合系统运动方程分析从车辆与道路/桥梁耦合系统的研究视角上来看，车辆在行驶过程当中从本质上来说属于一个极为复杂的多自由度振动体系。

为了使后续有关随机动力的分析优化操作更加简便，需要作出如下几点假设：（1）假设行驶车辆车身为钢体，前桥、后桥均为集中质量；（2）假设行驶车辆左向车轮、右向车轮所受到的路面不平整度激励功率谱表现完全一致，仅在受激励的时间方面存在差异；（3）假设行驶车辆始终保存均匀速度以直线运动，车辆轮胎始终与地面保持接触关系；（4）假设车辆在行驶过程当中的垂向针对以及仰俯振动会对路面产生显著影响；（5）剔除车辆在行驶过程当中，其他方向振动对路面的影响。

基于以上分析，在假定车辆轮胎与路面始终保持接触关系的前提条件下，以Zcn代表车辆第n个车轮所发生的位移反应，由此可以在DAlembert原理的基础之上，构建对应车辆行驶过程的基本运动方程，如下所示：2.精细积分法在车辆与道路/桥梁耦合系统随机动力分析中的应用相关研究人员认为：在车辆轮胎行驶于道路/桥梁表面的过程当中，只要车辆能够保证移动动作的晕苏醒，则对于轮胎同道路/桥梁的接触点而言，耦合力的表现与接触点自身对应的位移、速度、加速度表现均存在显著的相关性关系，而各单元当中，任意信息均可以通过节点信息的方式获取。

南方多雨地区公路路基长期服役性能保障技术研究及应用

《南方多雨地区公路路基长期服役性能保障技术研究及应用》2017年度湖南省科技进步奖项目公示材料一、项目名称：南方多雨地区公路路基长期服役性能保障技术研究及应用二、项目简介在交通运输部、湖南省科技厅、湖南省交通运输厅等科技项目的资助下，以南方多雨地区公路路基为依托，通过试验研究、理论分析、数值模拟、工程实践等手段，对交通荷载与湿度作用下路基长期服役性能进行了深入研究，形成了路基刚度匹配设计方法，提出了保障路基长期服役性能的成套工程处治技术：（1）建立了交通荷载与湿度综合作用下路基填料性能指标参数及量化模型。

利用系统的动三轴试验构建了更适应于重载交通荷载的填料动态回弹模量和累积塑性应变预估模型，首次提出采用“湿化率”作为路基水稳定性评价指标，建立了依据物性参数的水稳定性能预测模型，完善了路基填料湿度循环试验方法，并获取了动态回弹模量干湿循环折减系数。

该部分成果为交通荷载与湿度的综合作用研究提供了必要、可靠的路基填料本构模型，为路基长期服役性能保障技术奠定了理论和试验基础。

（2）形成了基于轮-路系统耦合和路基路面协调变形的路基刚度匹配设计方法。

推导了动态回弹模量预估模型在复杂空间应力状态下的精确一致切线刚度矩阵，构建了考虑动态回弹模量和轮-路系统耦合的路基路面动力学分析方法，开发了交互式、参数化的建模分析软件，获取了动力作用下路基路面破坏规律，形成了路基路面长期服役性能演变评价方法，研发了模型试验系统用于验证该方法的可靠性；创建了以地下水位、路基填筑高度为核心的路基当量回弹模量的预估方程，并从路基路面协调变形角度出发首次提出了路基刚度匹配系数的合理控制范围。

该部分成果为路基路面一体化计算分析提供了全新的视角和途径，既实现了路基设计方法的改进，又便于将新设计方法与实际工程填料控制技术紧密衔接起来，对潮湿多雨地区路基设计具有重要的现实意义。

（3）提出了保障南方多雨地区路基长期服役性能的成套工程处治技术。

针对重载交通荷载特征以及南方潮湿多雨环境，建立了以实现刚度匹配为目标的路基填料控制技术，结合PFC颗粒流分析和现场混合水平正交试验优化了路基填筑施工工艺，形成了基于连续压实控制技术的路基压实质量评估方法及补强技术，发展并完善了以毛细透排水管排水方式为代表的的路基湿度控制技术。

车辆动载、水、温度耦合作用的沥青路面响应分析

通过评价沥青路面的抗车辙性能，可以判断沥青路面的使用性能和耐久性。
03
水作用下的沥青路面响应分析
水对沥青路面的影响
1 2
水损害
水通过沥青路面的孔隙和裂缝进入路面结构，可能导致内部沥青混合料的剥落和路面的损坏。
降低路面性能
水进入沥青路面会导致路面的抗滑性能、平整度和承载能力下降。
3
加速路面老化
不足
尽管单一因素的研究成果丰富，但缺乏对多因素耦合作用的系统分析和实验研究。因此，开展车辆动载、水、温度耦合作用的沥青路面响应分析是必要的。
研究内容与方法
研究内容
本研究旨在分析车辆动载、水、温度耦合作用下的沥青路面响应，包括路面形变、应力分布、裂缝扩展等路面性能指标的变化规律。
方法
采用理论分析和实验研究相结合的方法，首先建立车辆动载、水、温度耦合作用的沥青路面模型，然后通过实验验证模型的正确性，最后利用模型分析耦合作用对沥青路面性能的影响规律。
展望未来，可以进一步深入研究车辆动载、水、温度等因素的相互作用机制和沥青路面的长期性能演化规律，为实现沥青路面的智能化设计和维护提供支持。
THANKS
感谢观看
沥青路面低温开裂的防治措施
为了防止沥青路面产生低温开裂，可以采取提高沥青材料的韧性、优化混合料的级配和空隙率、设置防裂层等措施。
05
《车辆动载、水、温度耦合作用的沥青路
面响应分析》的研究成果与结论
研究成果概述
01
建立了车辆动载、水、温度耦合作用的沥青路面响应模型，该模型考虑了车辆动载、水、温度等多因素耦合作用，为研究沥青路面的响应提供了有力工具。
水分的侵入会加速沥青路面的疲劳损伤和形变累积，而温度的变化则会影响路面的应力和应变状态。

探究汽车与道路耦合动力学研究

3 结束语
车辆在路面坡度较大道路不平缓的行驶过程中，因为车辆的振动程度不断加剧，对路面的动力承载能力也加大了需求，这样就加快了路面的损伤程度，使得道路的使用寿命大幅度减少。了解汽车与道路中的耦合动力学，将其使用在加固道路系统与车辆行驶稳定性中，有效提升道路与车辆的使用寿命，同时也确保车辆在急弯陡坡上的行驶安全。
1 耦合动力学简述
对于现在的车辆而言，车体结构之间的线性振动模拟状态是相互独立的，这种情况就称之为非耦合模式。汽车内部的每个模态都符合能量守恒定律，使得汽车在行驶中动能与势能可以相互转化。一旦存在非线性因素，将会形成模态之间的耦合状态，能量就有可能从一种模态转移到其他模态中，这种情况下振动也就变得较为复杂，对这种情况称之为动力学中非耦合与耦合现象。在一些急弯陡坡道路上行驶时有效保障平稳驾驶，对道路与汽车的使用寿命起到了一定的延长作用。车辆与道路之间存在很大的联系，两者之间相互作用力的动荷载直接影响了道路的使用情况。
在对车辆与道路中的相互关系研究时，可以通过实验方式对这种情况加以分析，利用室内实验来得到数据。首先建造相应急弯陡坡道路的模型，所用柏油材料如表1所示[2]。通过车ห้องสมุดไป่ตู้行驶中汽车与道路之间的相互作用力、多次试验所存在的数据差距、道路路面所出现的损害对其做出相应的分析，更为有效的将道路与汽车行驶间的联系加以了解。
编号厚度
1
0.2
2
0.2
3
0.2
4
2.8
5
3.0
6
3.0
表1 道路材料标准
弹性模量 1000 700 260 45 35 35
泊松比 0.25 0.25 0.30 0.35 0.40 0.40

基于车路耦合系统下的路面结构行为仿真分析.pdf

基于车路耦合系统下的沥青路面结构行为仿真分析1 研究背景及意义研究目的：建立车路耦合系统力学分析模型，从车路整体系统来研究沥青路面结构在行车荷载作用下的力学行为响应，为路面结构各设计参数优化设计和路面材料设计提供理论指导。

基本概念解释：车路耦合系统动力学研究的基本思想是：将车辆系统和道路系统视为一个相互影响、相互作用、相互耦合的整体大系统，将轮胎与路面相互作用关系作为连接两个子系统的纽带，综合考虑车辆在阻尼道路结构上的动态运行行为、车轮与路面的动态相互作用特性和车辆对路面结构的动力作用规律，在此基础上，系统研究路面结构在运动荷载下的力学响应情况。

轮胎对路面的作用关系是车路耦合系统的核心问题！车辆系统和道路系统之间的动态反馈作用均由轮胎与路面作用关系的动态变化来实现，具体是通过轮胎与路面的振动变形进而引起轮胎与路面的接触变形及接触几何状态变化而产生作用的。

两个关键问题：（1）建立初步的车路耦合系统力学分析模型【研究平台和基本工具】（2）沥青路面结构行为仿真分析的研究思路【分析目的、分析参数、分析内容】研究出发点：1 由于车辆自身的振动作用以及路面平整度的不规则变化，当车辆行驶时，车轮实际上会以一定的频率和振幅在路面上振动，而这种振动与路面平整度及行车参数有一定关系，而且反过来又会影响对路面施加的作用力，从而在道路和车辆之间产生耦合作用，也就是说，在车辆行驶过程中，车辆外加荷载与路面结构参数之间是相互影响和相互作用的。

2 室内研究所采用的静力加载模式和简单的动力加载模式与车辆行驶过程中对路面结构的实际作用力之间的差异非常大，由行车荷载动力特性所造成的路面疲劳开裂现象难以用静力学模式和简单的动力学模式去描述，归根到底是因为对车辆动荷载的模拟明显不能考虑路面特征（结构及材料参数、平整度等）对行车的影响3 公路领域对车路耦合系统下路面结构动力学问题的分析研究较少，行业内很少从车路整体系统的角度来考虑路面各个设计参数（路面结构形式、路面材料特性、路面平整度等表面性状等）对车辆行驶特性的影响，以及路面结构在随机变化的行车荷载作用下的力学响应特征项目特点：（1）比较新颖，比较复杂，动力学问题，对力学分析能力和数学计算能力要求较高；（2）基础性强，可继续开发性强，建立车路耦合系统力学分析模型属于平台搭建，能够进一步提升材料与结构一体化研究的层次，结合路面结构的动力学分析结构来指导材料设计的方向；（3）涉及道路工程和车辆工程两个领域；2 国内外研究现状及发展动态众所周知，车辆系统和道路系统实际上是相互作用的，而我国现阶段的路面设计采用双轮组单轴载100kN作为标准轴载，并将其简化为单圆或者双圆均布荷载进行计算，这种设计方法显然没有考虑车辆对路面的动态作用，即使要考虑动态作用，也只限于在静力设计的基础上根据经验用冲击系数进行修正。

车辆-道路非线性耦合系统动力学建模与分析

车辆-道路非线性耦合系统动力学建模与分析车辆-道路非线性耦合系统动力学建模与分析摘要：本文针对车辆与道路的非线性耦合系统动力学进行建模与分析。

首先，介绍车辆与道路非线性耦合系统的背景和重要性。

然后，详细讨论了车辆与道路的动力学特性以及它们之间的相互作用。

接着，给出了车辆和道路的数学模型，并分析了模型的参数对系统动力学行为的影响。

最后，通过仿真实验验证了模型的有效性，并对系统的特征进行了分析。

一、引言随着交通工具的不断发展和道路建设的快速增长，现代车辆与道路的耦合关系越来越紧密。

而车辆与道路的非线性耦合动力学系统研究可以为交通安全、交通流理论等领域提供重要理论依据。

因此，对车辆-道路非线性耦合系统进行动力学建模与分析具有重要意义。

二、车辆与道路的动力学特性及相互作用车辆的动力学特性主要包括车辆的质量、惯性、悬挂系统、制动系统、传动系统等。

道路的动力学特性则主要包括道路的几何形态、纵横坡度、摩擦系数等。

车辆与道路之间的相互作用主要表现为车辆在道路上的运动轨迹、车辆对道路的依赖性和道路对车辆的约束性等。

三、车辆和道路的数学模型1. 车辆的数学模型车辆可以用于多体动力学系统进行建模，其中车辆的运动可以由几个基本参数描述，如车辆的质量、重心高度、弹簧刚度、阻尼系数等。

通过牛顿力学和拉格朗日动力学原理，可以得到车辆的运动方程。

2. 道路的数学模型道路可以用一维和三维模型进行建模。

一维模型主要考虑道路的纵向坡度和横向坡度对车辆运动的影响。

三维模型则考虑了道路的几何形状、纵横坡度和摩擦系数等对车辆运动的影响。

四、模型参数对系统动力学行为的影响分析模型参数对系统动力学行为的影响主要表现为车辆的稳定性、速度、加速度等方面的变化。

例如，车辆的质量增加，会导致车辆加速度减小；道路的纵向坡度增加，会导致车辆速度减小。

五、系统动力学行为的仿真实验与分析通过对车辆-道路非线性耦合系统进行仿真实验，验证了模型的有效性，并对系统的特征进行了分析。

车—路耦合条件下高速铁路路基及桥路过渡段结构系统动力分析

车—路耦合条件下高速铁路路基及桥路过渡段结构系统动力分析一、本文概述随着高速铁路的迅速发展，列车运行速度与日俱增，对线路结构的安全性、平稳性和舒适性提出了更高要求。

车—路耦合系统作为高速铁路的重要组成部分，其动力学特性对列车运行品质和线路结构安全具有重要影响。

特别是在路基与桥路过渡段，由于结构形式的突变和材料的非线性，动力响应问题尤为突出。

本文旨在深入研究车—路耦合条件下高速铁路路基及桥路过渡段结构系统的动力分析，为高速铁路的安全、稳定运行提供理论支持和实践指导。

本文首先介绍了高速铁路路基及桥路过渡段的结构特点，分析了车—路耦合系统的动力学原理。

在此基础上，建立了高速铁路路基及桥路过渡段结构系统的动力学模型，并采用了先进的数值分析方法，对列车在不同速度、不同轨道不平顺条件下的动力响应进行了深入研究。

通过对路基及桥路过渡段结构的位移、应力、加速度等关键参数的分析，揭示了车—路耦合条件下结构系统的动力特性及其影响因素。

本文还针对高速铁路路基及桥路过渡段结构的动力优化问题进行了探讨，提出了相应的改进措施和建议。

这些措施旨在提高结构系统的动力性能，减少列车运行时的振动和噪声，提高乘客的舒适度，同时确保线路结构的安全性和稳定性。

本文的研究对于深入理解高速铁路路基及桥路过渡段结构系统的动力学特性，提高高速铁路的安全性和平稳性，具有重要的理论价值和实践意义。

通过本文的研究，可以为高速铁路的设计、施工和维护提供科学依据，为高速铁路的可持续发展贡献力量。

二、车—路耦合条件下的动力学基础车—路耦合条件下的高速铁路动力学研究，是探究列车与线路之间相互作用、相互影响的科学问题。

在高速运动状态下，列车与路基、桥梁等线路结构之间的动力相互作用尤为显著，这种相互作用不仅影响列车的运行平稳性和安全性，也对线路结构的长期服役性能产生深远影响。

对车—路耦合条件下的动力学基础进行深入研究，是高速铁路工程设计与运营维护的重要理论基础。

汽车-路面-路基系统动态响应及参数分析

汽车-路面-路基系统动态响应及参数分析李韶华;杨绍普;李皓玉【摘要】为了研究汽车与公路路面的相互作用机理,采用二自由度四分之一汽车悬架模型模拟汽车系统,用无限长Bernoulli-Euler梁模拟公路路面,用Kelvin黏弹性地基模拟公路路基,同时对汽车和路面建模,构成二维汽车-路面-路基系统.通过线性振动理论、积分变换和广义杜哈梅积分得到了汽车和路面的动力响应解析解及路面响应在时间域和空间域的分布规律.另外,分析了车速、地基反应模量、地基阻尼系数、悬架刚度、悬架阻尼、轮胎刚度和轮胎阻尼7个参数对路面动力响应的影响.结果表明,地基反应模型的影响最大,而车速的影响与地基阻尼系数密切相关.【期刊名称】《北京交通大学学报》【年(卷),期】2010(034)004【总页数】5页(P127-131)【关键词】汽车-路面-路基系统;路面动力学;汽车动力学;黏弹性地基;积分变换【作者】李韶华;杨绍普;李皓玉【作者单位】北京交通大学,机械与电子控制工程学院,北京,100044;石家庄铁道大学,机械工程学院,河北,石家庄,050043;石家庄铁道大学,机械工程学院,河北,石家庄,050043;北京交通大学,机械与电子控制工程学院,北京,100044【正文语种】中文【中图分类】TP391.9;U463.33随着公路交通的迅猛发展,许多沥青混凝土路面在通车2～3 a后就出现了不同程度的破坏.这种路面早期破坏主要是由于汽车动载引起的,而路面破坏反过来又会影响行车的安全和舒适,引起汽车的振动加剧,从而进一步加大汽车对路面的动载.因此,研究汽车与路面之间的相互作用具有重要的理论意义和工程应用价值.目前的汽车动力学和路面动力学是将汽车和路面作为两个独立系统分别进行研究的.汽车动力学以汽车为研究对象,把路面作为汽车系统的随机激励,来研究汽车的操纵性、平顺性和汽车参数对路面破坏的影响.D.Cebon[1]是这方面的代表人物,他在重型汽车参数对路面破坏的影响方面进行了一系列研究,对传统被动悬架系统进行了优化设计,分析了车辆参数对轮胎压力和路面损伤的影响.美国公路合作研究计划(NCHRP Report 353)详细研究了重型车辆的特性对路面响应及性能的影响[2].余卓平、任卫群等人[3-4]也对汽车的道路友好性进行了研究.而路面动力学是以路面为研究对象,将汽车作为对路面的移动载荷,来研究路面的响应和使用寿命.邓学钧、孙璐[5-6]在国内最早提出研究地面动力学问题,运用广义Duhamel积分,研究随机振动激励下车辆对地面结构的各种运动荷载及运动荷载作用下地面结构的动力响应.Giuseppe[7]研究了黏弹性地基梁在移动的单自由度振子作用下的响应,对耦合方程无量纲化后通过模态叠加法和数值积分研究了系统的响应.另外,国内外很多学者用有限元法分析了车载、悬挂特性、车速及路面粗糙度等参数对路面响应的影响.但是,将汽车动力学和路面动力学相结合,建立汽车-路面-路基系统,对汽车与路面相互作用机理的研究尚未见报道.本文作者建立了汽车-路面-路基系统,对汽车与路面之间的相互作用机理进行了理论研究和数值分析.通过积分变换得到了车体、轮胎和路面动力响应的解析解,分析了车速、路基反应模量、路基阻尼系数、悬架刚度、悬架阻尼、轮胎刚度和轮胎阻尼对沥青混凝土路面动力响应的影响.可为避免路面的早期破坏、延长路面使用寿命提供理论参考.1 汽车-路面-路基系统建模研究汽车的垂向运动,并且假设汽车在对称路面上延直线行驶.因此,在汽车行驶方向和垂直方向构成的二维空间中建模可以较真实地反映工程实际.采用二自由度四分之一汽车悬架模型模拟汽车系统,用无限长Bernoulli-Euler梁模拟公路路面,用Kelvin黏弹性地基模拟路基,建立了二维汽车-路面-路基系统,如图1所示.假定二自由度汽车悬架中的刚度及阻尼都是线性的,其运动微分方程为式中:y1和y2分别为轮胎垂直位移和车体垂直位移;C1和 C2分别为轮胎和悬架阻尼系数;K1和K2分别轮胎和悬架刚度;m1和 m2分别为轮胎和悬架质量;y0=B0sinΩ t=B0eiΩ t为路面位移激励,其中B0为激励振幅,Ω为激励频率. 图1 汽车-路面-路基系统Fig.1 Vehicle-pavement-foundation system轮胎与路面之间的作用力为路面结构用Kelvin黏弹性地基上的无限长Bernoulli-Euler梁模拟,其垂向受迫振动方程为式中:E为弹性模量;I为转动惯量;yr为梁垂直方向的位移;x为汽车纵向位移;v为车速;t为时间;K为地基反应模量;C为地基阻尼系数;δ为狄拉克函数.路面垂直振动的初始条件和边界条件为2 理论分析据线性振动理论可得路面受到动态轮胎力为式中:B和φ为轮胎垂向位移响应的振幅和相位;利用积分变换法可求得路面在动态轮胎力F作用下的受迫响应为式中:τ为时间滞后;ω为频率;a,φ,γ是系统参数的组合,详见文献[8].3 数值仿真路面响应解析解是双重积分的形式,很难通过解析方法求得,因此本文采用数值积分来研究.选取汽车、路面、路基参数分别为 m2=600 kg,m1=100 kg,K2=11 858 N/m,K1=343 000 N/m,C2=3 194.8 Ns2/m,C1=4 287.5 Ns2/m,路面为6 m单车道二级沥青混凝土公路,路面宽度为6 m,路面厚度为10 cm,弹性模量E=1.6×109N/m2,沥青混凝土密度ρ=2.5×103kg/m3,地基反应模量K=48×106N/m2,地基阻尼系数C=0.3×106Ns/m2,车速 v=20 m/s.路面响应的空间域分布和时间域分布如图2、图3所示.可以看出,汽车正在驶过的路面振动位移最大,随着时间和空间的延伸,路面位移呈现衰减振动;从空间域看,路面振动沿着汽车行驶方向向前传播,汽车前方路面的振动位移大于驶过的路面;当汽车经过路面时,路面上的每个点都经历一次从拉应变到压应变再到拉应变的交变过程,这对路面的疲劳寿命影响很大.3.1 车速图2 路面响应的空间域分布Fig.2 Pavement response in space图3 路面响应的时间域分布Fig.3 Pavement response in time3种车速下t=0时路面的空间域响应和x=0处的时间域响应,见图4和图5.可以看出,车速越高,路面响应在时间域的影响区域越小,在空间域的影响区域变化不大.但在小地基阻尼下车速对路面振幅的影响呈波动规律,这一结论与文献[9]一致;在大地基阻尼下车速越高,路面振幅越大,这一结论与文献[4,7]一致.因此,车速的影响与地基阻尼系数密切相关.而地基阻尼系数与地基的湿度和压实度有关,不同路段和不同天气下地基阻尼系数相差很大.为了延长路面的使用寿命,避免早期破坏,对各路段限制最高车速不失为一种有效的方法.图4 小地基阻尼下车速的影响(C=30 kPa◦s)Fig.4 Effect of vehicle velocity with little foundation damping(C=30 kPa◦s)图5 大地基阻尼下车速的影响(C=300 kPa◦s)Fig.5 Effect of vehicle velocity with big foundation damping(C=300 kPa◦s)3.2 地基反应模量图6(a)和图6(b)是3种地基反应模量下t=0时路面的空间域响应和 x=0处的时间域响应,图6(c)是地基反应模量对路面振幅 Ayr的影响.可以看出,地基反应模量越大,路面位移响应的振幅越小,在空间域和时间域上的影响区域越小;在不同地基阻尼下,地基反应模量的影响规律相同,但大地基阻尼下的影响曲线较平稳.因此,增大地基反应模量可有效抑制路面的振动.实际工程中,可通过选择路基材料、填充方法和垫层厚度等得到适合的地基反应模量.3.3 轮胎刚度轮胎刚度对路面振幅的影响见图7.可以看出,轮胎刚度越大,路面响应振幅越大.因此,轮胎胎压越小、弹性越大,引起的路面振动越小.但在设计汽车悬架时还要考虑轮胎载重的影响,需综合选择合理的轮胎刚度.图6 地基反应模量的影响Fig.6 Effect of foundation stiffness图7 轮胎刚度的影响Fig.7 Effect of tire stiffness3.4 悬架刚度悬架刚度的影响如图8所示.可以看出,不同地基阻尼下,悬架刚度对路面振幅的影响规律相同,但在小地基阻尼下影响曲线的波动较大;路面响应振幅随悬架刚度 K2的增大而增大,选择较小的悬架刚度可减小路面振动.图8 悬架刚度的影响Fig.8 Effect of suspension stiffness另外,在研究地基、轮胎和悬架阻尼系数的影响时发现:较大的地基阻尼和轮胎阻尼,较小的悬架阻尼,可减小汽车载荷对路面的破坏作用.4 结论1)限制最高车速,增大地基反应模量、地基阻尼系数和轮胎阻尼系数,减小悬架阻尼系数、悬架刚度和轮胎刚度都能抑制路面振动.其中,地基反应模量的影响最大,轮胎阻尼系数和悬架刚度的影响最小.2)地基反应模量对路面振动空间和时间上的作用域影响都较大.车速对路面振动时间上的作用域影响较大,对空间作用域影响较小.其他参数对路面振动空间和时间作用域的影响都较小.3)不同地基阻尼系数下,除车速以外的各参数对路面振动的影响规律相同.但在小地基阻尼下,影响曲线的波动较大.4)车速对路面振动的影响规律较复杂,并且对地基阻尼非常敏感.因此,有必要测定各路段的地基阻尼系数,以合理限制车速.参考文献:[1]Cebon D.Theoretical Road Damage Due to Dynamic Tyre Forces of Heavy Vehicles[J].Proc Instn Mech Engrs,1988,202:103-117.[2]Myers L.Measurement of Contact Stress for Different Truck Tire Types to Evaluate Their Influence on Near Surface Cracking andRutting[R].Transportation Research Record 1655,1999:175-184.[3]余卓平,黄锡朋,张洪欣.减轻重型汽车对道路的损伤——汽车悬架优化设计[J].中国公路学报,1994,7(3):83-87.YU Zuoping,HUANG Xipeng,ZHANG Hongxin.The Alleviation of Damage to Road by Heavy Vehicle:Opti-mization Design of Vehicle Suspension[J].China Journalof Highway andTransport,1994,7(3):83-87.(in Chinese)[4]任卫群.车-路系统动力学中的虚拟样机[M].北京:电子工业出版社,2005.REN Weiqun.Dummy Prototype for Systematic Dynamics of Vehicle-Pavement[M].Beijing:Publishing House of Electronics Industry,2005.(in Chinese)[5]邓学钧,孙璐.车辆-地面结构系统动力学[M].北京:人民交通出版社,2000.DENG Xuejun,SUN Lu.Study on Dynamics of Vehicle-Ground Pavement Structure System[M].Beijing:China Communications Press,2000.(in Chinese)[6]Sun Lu.Dynamics of Plate Generated by Moving HarmonicLoads[J].Transactions of the ASME,2005,72(9):772-777.[7]Giuseppe Muscolino,Alessandro Palmeri.Response of Beams Resting on Viscoelastically Damped Foundation to Moving Oscillators[J].International Journal of Solids and Structures,2007,44:1317-1336.[8]李韶华.重载汽车-路面-路基耦合系统动力学研究[D].北京:北京交通大学,2009.LI Shaohua.Investigation on Dynamics of Heavy Vehicle-Pavement-Foundation Coupled System[D].Beijing:Beijing Jiaotong University,2009.(in Chinese)[9]侯芸,孙四平,郭忠印.移动荷载下刚性路面响应的参数影响分析[J].同济大学学报,2003,31(1):31-35.HOU Yun,SUN Siping,GUO Zongyin.Dynamic Response Sensitivity Analysis of Plate on Elastic Foundation Subjected to Moving Point Loads[J].Journal of Tongji U-niversity,2003,31(1):31-35.(in Chinese)。

弯坡路面的车路耦合仿真模型建立

弯坡路面的车路耦合仿真模型建立赵书美;魏冬【摘要】现有的车辆与道路相互作用的研究只是考虑平直路面下路面不平整度引起的车辆动载荷分析，行驶工况对车辆动载荷的影响也很重要。

针对车-路耦合作用的特点，运用ADAMS/Car动力学仿真软件，建立重型卡车的多自由度仿真模型和3D弯坡路面模型。

重型卡车与弯坡路面耦合仿真模型的建立为更加精确地进行车辆-道路相互作用研究提供了可能。

【期刊名称】《汽车零部件》【年(卷),期】2011(000)006【总页数】3页(P59-60,63)【关键词】路面不平度；弯坡路面；动载荷；耦合振动【作者】赵书美;魏冬【作者单位】重庆交通大学交通运输学院，重庆400074;重庆交通大学机电与汽车工程学院，重庆400074【正文语种】中文0 引言汽车行驶在不平整的路面上，车轮将对路面产生附加的动荷载，即关于静荷载的波动，这种动荷载将加速路面平整度的衰减，而路面平整度变差又将使得车轮对路面产生的附加动荷载增大，这就是路面平整度与汽车动荷载之间的耦合作用。

引起道路破坏的车辆－道路相互作用，包括上述车轮静荷载与车轮动荷载，其中，起主要作用的为车轮动荷载［1］。

应用多体动力学建模研究车辆对路面的动载荷作用是十分必要的，重型卡车与弯坡路面耦合仿真模型的建立是多体系统动力学仿真的基础，为更加精确地进行车路耦合作用研究提供可能。

1 重型卡车仿真模型的建立1.1 仿真模型的简化在ADAMS软件建立的模型过于复杂时会使仿真比较困难且速度太慢，因此建模时做以下适当的简化:(1)主要考虑随机路面不平度对汽车动载荷带来的影响，因此对影响动载荷的非主要因素进行简化。

(2)在建模时把各个零部件视作刚体，即在模型的分析过程中不考虑其本身的变化。

这种假设在仿真分析中所带来的误差是可以接受的。

简化后的整车组合主要由前/后悬架系统、转向系统、前/后轮胎、车身六个子系统组成。

1.2 模型车辆的主要技术参数及配置选用重型卡车的主要技术参数如表1所示。

车辆-轨道-路基垂向耦合模型研究综述

车辆-轨道-路基垂向耦合模型研究综述周广新;周颖【摘要】我国有关高速铁路动力学问题的研究已基本采用耦合动力学方法,而不再是传统的孤立系统动力学分析方法.为方便相关领域科研人员熟悉各种耦合动力学模型以解决高速铁路运营中的实际问题及指导施工,首先从轮轨动力、轨道模型、车辆模型及路基参振四个方面回顾了车辆-轨道-路基垂向耦合模型的发展历史,从模型实际应用及模型与有限元软件结合和试验验证两个方面介绍了车辆-轨道-路基垂向耦合模型的发展现状,总结了车辆-轨道-路基垂向耦合模型的发展趋势,通过归纳整理,指出有限元软件中纳入车辆系统、建立创新的“两半车”模型将是车辆-轨道-路基垂向耦合模型新的发展方向.【期刊名称】《结构工程师》【年(卷),期】2015(031)006【总页数】10页(P190-199)【关键词】高速铁路;动力响应;垂向耦合模型;综述【作者】周广新;周颖【作者单位】同济大学土木工程防灾国家重点实验室,上海200092;同济大学土木工程防灾国家重点实验室,上海200092【正文语种】中文State-of-the-art of the Vehicle-track-subgrade Model ofVertical Coupled SystemAbstract The research on the dynamic response of high-speed railway in our country has already been studied by the method of coupling dynamics, and no longer the traditional method of independent system dynamics.Aiming at providing reference for related scholars to have a good grasp of various coupling dynamics models to solve existing practical problems and efficiently guide the construction of high-speed railway, this paper reviewed the development history of the vehicle-track-subgrade model of vertical coupled systems, including the wheel/rail dynamic interaction, the improvement of track model and vehicle model and the participation of subgrade in vibration. The state of the art of the vehicle-track-subgrade model of vertical coupled systems, including the practical application and the combination with finite element software and test technique, was introduced. It is pointed out that modeling of vehicle system in finite element software and development of innovative “two-halves vehicle” model will be the t rends of the vehicle-track-subgrade model of vertical coupled system.Keywords high-speed railway, dynamic response, vertical coupled model, state-of-the-art铁路是我国主要运输方式,在国民经济中起着非常重要的作用,是国民经济发展的先导[1]。

车辆动荷载作用下路面结构动响应分析最后祥解

载重对沥青路面结构动力响应影响分析
1、载重对竖向位移响应影响
对于沥青路面层同一深度，载重的增加与沥青路面竖向位移的增加呈正比例关系。
竖向位移随载重变化曲线
2、载重对垂直动应力的影响
垂直动应力随载重的变化曲线
沥青路面层4cm处垂直动应力随超载率的变化曲线
3、载重对动应变的影响
弹性应变和塑性应变是组成动应变的最主要的两个部分，不同轮载作用，动应变将随之发生变化。由图可知，路面路基的应变，随着荷载的增加，都在增加。
研究现状
现有的沥青路面结构设计理论中，通常采用静态加载模式设计路面各结构层厚度。这种方法适用于车速较低、车载较小的情况，但随着汽车工业的快速发展，车辆的速度越来越快，重型汽车也越来越多，因此研究行驶的车辆对路面产生动荷载作用下路面结构的力学响应具有重要的理论意义和潜在的应用前景。
路面平整度Leabharlann 连续式平整度仪3、单向位移累积值VBI
单向位移累积值VBI是车辆在路面上行驶时后轴与车厢之间的单向位移累积的总和与行驶的路面总长度之比，测试车辆在路面上行驶时与路面相互作用产生振动，引起车厢和车轴的相对位移，这样就可以通过感应器测量出汽车在行驶一段距离后相对位移的总和，进而得出VBI值，单位cm/km。
垂直动应力σz沿横向距离的变化规律
2、沥青路面各层动态响应的水平动应力
水平动应力时程曲线图
荷载作用下，沥青路面响应主要有压应力和拉应力，而且是交替变化着。路面层产生压应力，在路面层顶部有最大压应力，而后随深度增加从上往下逐渐减小，到达底基层时，压应力趋于零，拉应力慢慢增大，在基层与底基层结合部拉应力达到较大值，到达底基层底部时拉应力最大。
(4)沥青路面结构处于三向受压状态，产生破坏主要原因是层间存在大量的剪应力；沥青路面结构层底拉应力是引起疲劳破坏的最主要因素，且最大水平和横向拉应力均发生在底基层底部，因此，路面结构的疲劳破坏将沿着路面结构深度从底基

车辆与道路／桥梁耦合随机动力分析及优化

车辆与道路／桥梁耦合随机动力分析及优化车辆与道路/桥梁耦合系统随机动力清晰化验证与灵活优化工作结果，将直接决定日后我国交通事业长期可持续发展进程，不过目前我国在此类结构单元下的改造优势却不太乐观。

单纯拿车辆振动与路面不平整程度关联验证评估工作来讲，内部技术人员通常会将核心注意力自然地投射到时间历程之上，获取的概率、随机动力结果必然不够精准，最终严重制约车辆行驶安全质量。

面对此类状况，笔者决定联合车辆与道路/桥梁耦合系统内部动力规则加以科学验证解析，同时联合以往弊端调查结果进行关键性优化方案制定，希望在一类以随机振动灵敏程度为核心的动力优化方式辅助范畴下，能够为后续相关施工活动提供更加坚实的安全技术保障。

标签：车辆；道路/桥梁；耦合；随机动力；优化解析0 引言随着中国特色社会主义事业体系架构不断完善，有关交通领域内的车辆道路/桥梁耦合随机动力分析成果开始不断革新。

但是毕竟我国计算机信息处理技术发展起步较晚，施工管理主体在处理多元化数据信息期间力有不逮。

结合以往我国特定区域车辆和道路/桥梁耦合动力评估和优化工作流程加以客观论证，因为当中穿插目标、约束等多种函数，致使后期灵敏度分析流程遭受百般限制，即便是目前较为流行的最小二乘法、摄动法，面对此类困境基本束手无策。

因此，联合上述一切状况，进行车辆和道路/桥梁耦合系统随机动力优化分析关键性问题整理说明，绝对是迎合交通事业安定和谐发展诉求的最佳途径。

1 探究车辆和道路/桥梁耦合运动规则的必要条件整理结合以往实践调查经验整理解析，在特定区域车辆与道路/桥梁耦合体系架构之下，车辆行驶动作便可被视为一类较为复杂的多自由角度振动单元，为了尽量维持内部随机动力优化解析流程的简易程度，技术人员有必要提前作出以下规范准备。

首先，将处于行驶过程中的车辆车身视为常规钢体结构，至于前桥、后桥等自然过渡转化成为集中质量。

其次，认定此类车辆左向、右向轮胎在同一时间内所承受的路面不平整激励功率不存在任何偏差迹象，特殊状况下会在受激励时间方面出现些许偏差迹象。

车—路耦合条件下高速铁路路基及桥路过渡段结构系统动力分析

车—路耦合条件下高速铁路路基及桥路过渡段结构系统动力分析车—路耦合条件下高速铁路路基及桥路过渡段结构系统动力分析摘要：近年来，随着高速铁路的快速发展，对于路基及桥路过渡段结构的动力分析研究也越来越受到关注。

本文通过数值模拟的方式，研究了车—路耦合条件下高速铁路路基及桥路过渡段结构的动力响应特性。

研究结果表明，车—路耦合对路基及桥路过渡段结构动力响应具有显著影响，应引起重视。

此外，文章还结合实际工程案例，并对未来研究进行了展望。

1. 引言高速铁路是现代交通领域的重要组成部分，它具有运输能力大、运行速度快、运行安全可靠等优势。

对于高速铁路的设计和建设，路基及桥路过渡段结构是其中十分重要的组成部分。

在实际运行过程中，铁路车辆与轨道之间以及桥梁与路基之间存在耦合作用，这种耦合作用对路基及过渡段结构的动力特性产生相当大的影响。

因此，深入研究车—路耦合条件下高速铁路路基及桥路过渡段结构的动力响应特性，对于铁路建设和运行具有重要现实意义。

2. 研究方法本文采用数值模拟的方法进行研究。

首先，根据实际工程案例，建立了高速铁路路基及桥路过渡段结构的有限元模型。

接下来，采用ANSYS软件对建立的模型进行了静态和动态分析，得到了路基及过渡段结构的应力和位移等动力响应数据。

然后，结合车辆—轨道系统动力学模型，考虑了铁路车辆与轨道之间的相互作用，得到了车—路耦合条件下的动力响应数据。

3. 研究结果通过对高速铁路路基及桥路过渡段结构的计算和分析，得出了以下结论：（1）车—路耦合对路基及过渡段结构的动力响应具有显著影响，尤其是在高速列车通过时。

（2）车辆质量、速度和车轴频率等因素对路基动力响应产生明显影响。

（3）路基动力响应随着车辆行驶距离的增加而逐渐减小，说明路基的动力特性随着时间的推移而逐渐稳定。

（4）过渡段结构的动力响应受到车辆与桥梁的相互作用及桥梁自身固有频率等因素的影响。

4. 实际工程案例本研究还结合具体的工程案例进行了分析。

车辆—路面耦合动力学模型文献综述

车辆—路面耦合动力学模型文献综述刘宏伟;杨徐平【摘要】汽车行驶在不平整路面上时候会产生耦合振动.这一耦合振动对车辆的行驶安全和驾驶员的舒适度有很大的影响.研究者这一耦合过程,就要建立车辆和道路的模型.车辆是一个多自由度的体系,面对不同的研究目的可以进行不同程度的简化,路面结构以刚性路面为主要的研究对象,通过动力学研究这一体系然后得出响应结论.本文将综述近年来国内车辆—路面耦合动力学模型技术的最近进展.【期刊名称】《南方农机》【年(卷),期】2018(049)010【总页数】1页(P80)【关键词】动力学;车辆振动模型;路面模型【作者】刘宏伟;杨徐平【作者单位】重庆交通大学土木工程学院,重庆 400041;重庆交通大学土木工程学院,重庆 400041【正文语种】中文【中图分类】U4161 车辆路面相互作用车辆震动后会产生对路面波动作用力，当波动达到路面的共振频率时，波动变化的动荷载就会引起路面的振动和变形，而路面的振动和变形又会影响行驶车辆的振动，体现出一种动态的车辆—路面耦合系统特质[1]。

目前，耦合振动的研究有：1）首先根据研究需要简化模型建立自由度适中的车辆模型，然后将车辆行驶作用下的路面、路基、地基结构一起视为刚体。

2）将车辆对路面的荷载简化成为集中荷载或者均布荷载，同时将路面结构简化为弹性或黏弹性地基上的梁板，然后来研究路面的动力响应。

3）根据研究需要简化模型建立自由度适中的车辆模型，研究耦合振动下路面的动力响应。

2 车辆振动模型首先要对车辆振动模型进行分析。

按照车辆的结构的动力来分析，车辆可以视为：车身、车轮和车胎以及各种非线性的和线性的支悬装置的集合体[2]。

按照研究对象和研究目的的不同，可以建立：1）单轮双自由度车轮模型。

其结构用刚性体质量来代替车辆上部结构，用一组弹簧阻尼系统和一个块质量来近似模拟每个轮轴的轮胎悬置支承系统。

单轮双自由度车轮模型的二个自由度分别为上部刚体质量和块质量的竖向移。

车辆与路面相互作用下路面结构动力学研究

车辆与路面相互作用下路面结构动力学研究一、本文概述随着交通运输业的快速发展，车辆与路面之间的相互作用对路面结构的影响日益显著。

车辆与路面的动力学相互作用不仅关系到路面的使用寿命，更直接关系到行车安全和舒适性。

对车辆与路面相互作用下的路面结构动力学进行深入研究，具有重要的理论价值和现实意义。

本文旨在探讨车辆与路面相互作用下的路面结构动力学问题。

我们将对车辆与路面相互作用的基本原理进行阐述，包括车辆的运动特性、路面的力学特性以及两者之间的相互作用机制。

在此基础上，我们将对路面结构的动力学模型进行分析，包括路面的振动特性、应力分布以及损伤演化等方面。

我们将结合具体案例，对车辆与路面相互作用下的路面结构动力学进行实证研究，以期为路面的设计、施工和维护提供科学依据。

通过本文的研究，我们期望能够深化对车辆与路面相互作用下路面结构动力学的认识，为路面的优化设计和长期维护提供理论支持。

我们也希望通过本文的研究，能够为相关领域的研究人员提供有益的参考和启示，共同推动交通运输工程领域的发展。

二、车辆与路面相互作用的基本理论车辆与路面的相互作用是一个复杂的动力学问题，涉及多个物理和工程学科的知识。

这种相互作用不仅影响车辆的运行性能，也直接关系到路面的使用寿命和安全性。

深入理解这种相互作用的基本理论，对于优化车辆设计、提高路面质量以及确保交通安全具有重要意义。

车辆与路面的相互作用主要体现在轮胎与路面的接触上。

轮胎作为车辆与路面之间的唯一连接点，其力学行为直接影响到车辆的行驶稳定性和舒适性。

轮胎与路面的接触压力、摩擦力以及由此产生的轮胎变形，都是车辆动力学分析中的重要参数。

路面的结构特性对车辆动力学行为有重要影响。

路面的平整度、弹性模量、阻尼比等参数，都会直接影响车辆行驶过程中的振动和冲击。

例如，路面的不平整会导致车辆产生颠簸，进而影响车辆的操控性和乘坐舒适性。

车辆与路面的相互作用还受到多种外部因素的影响，如气候条件、交通流量、车辆速度等。

车-桥耦合系统动力学建模与响应分析

车-桥耦合系统动力学建模与响应分析
车-桥耦合系统动力学建模与响应分析
车辆行驶过桥时,车与桥之间存在相互耦合作用.本文根据车的三种简化模型,分别建立了车与桥结构相互耦合作用的动力学模型,并给出桥结构在两轴车载荷作用下的动响应计算方法,该方法很容易推广到更一般的多轴车载荷作用的情况.文中通过数值算例计算了基于车的三种简化模型桥梁的响应,将三种计算结果与实验数据比较,证明二自由度的车简化模型为最优,此时桥梁的弯矩响应与实验结果能较好地吻合.
作者：秦远田陈国平余岭张方 Qin Yuantian Chen Guoping Yu Ling Zhang Fang 作者单位：秦远田,陈国平,张方,Qin Yuantian,Chen Guoping,Zhang Fang(南京航空航天大学,210016,南京)
余岭,Yu Ling(长江科学院爆破与振动研究所,430010,武汉)
刊名：应用力学学报 ISTIC PKU英文刊名：CHINESE JOURNAL OF APPLIED MECHANICS 年，卷(期)：2008 25(1) 分类号：O322 关键词：车辆桥梁动力学模型响应。

国内路面动力学研究进展_张德胜

国内路面动力学研究进展张德胜1田燕1周二丽1杜海龙21.包头市公路规划勘测设计院;2.乌海市威斯特分公司[摘要]使用动力学模型能较准确地分析路面与车体相互作用的动力特性。

本文介绍了目前国内公路动力学研究的基本概况，在车辆与路面相互作用的情况下，针对不同的力学模型，阐述了各种力学模型的分析结果与特点。

[关键词]路面动力学相互作用力学模型1引言路面结构的力学分析是路面设计的一项重要内容，特别是对于理论设计方法、力学模型的建立与分析更是处于核心地位。

随着道路工作者认识水平的日益提高，以及数学力学研究的不断发展,路面分析的力学模型也逐步完善起来。

早在本世纪初,柔性路面结构分析就采用了静力平衡原理，后来发展到弹性半空间理论。

迄今为止,国内外采用的柔性路面的理论设计方法都还是以这个理论为基础。

水泥混凝土路面最早采用的是变截面梁模型,后来发展到地基板或弹性半空间地基板模型以及目前的层状体系上的弹性薄板或中厚板模型。

虽然人们很早就意识到了车轮对路面的作用是一种动态作用力,但还是缺乏深入系统的理论研究。

力学分析模型总是力求能客观地反映路面结构在各种荷载和环境条件下的工作状况,即是对客观世界的一个理论拟合。

在交通运输业不断发展的今天,道路交通量越来越大,车轮轴载也越来越重,路面结构表现出的许多损坏，用传统的静力学分析模型已得不到很好的解释。

例如,引起路面结构出现疲劳破坏的原因非常复杂,但其主要原因之一就表现在车轮荷载的重复动态作用。

因此用车辆动力学的原理来解释沥青路面的车辙和开裂、水泥混凝土路面的网裂和起皮等现象的原因，是非常具有意义的。

路面动力学模型较好地模拟了车辆和路面实际的工作特性,因而对它的研究对于深入地了解路面结构在动态作用力作用下的各种力学响应,解释各种因动力作用而产生的路面损害,保持路面良好的结构性能具有重要的理论价值。

路面行驶质量或行驶舒适性同路面表面的不平整度、车辆的振动性能以及乘客对舒适性的要求和对颠簸的接受能力等因素有关。