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半挂牵引车牵引座强度设计及整车稳定性分析

作　者: 王旭敏
导　师: 姚国凤; 秦民
学　校: 吉林大学
专　业: 固体力学
关键词: 半挂牵引车 牵引座 强度优化设计 侧偏稳定性 侧倾稳定性
分类号: U469.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


随着国民经济持续健康发展，我国的公路运输事业得到了较大的发展。半挂牵引车由于其运输量大、成本低廉、高效经济等优点，逐渐引起了各方面的关注和重视。可以预见的是半挂牵引车将会在公路运输中扮演着越来越重要的角色，引领着公路运输行业的发展方向。牵引座作为牵引车和半挂车之间的连接装置，既要将二者连接为一个整体，又要承载运输过程中各种冲击载荷，是一辆载货半挂牵引车中最为敏感的安全设备之一。可见对牵引座结构进行研究分析，非常具有应用价值。由于牵引座结构比较复杂，而且在运输过程中的载荷工况比较复杂，如果采用经典力学分析方法对其进行结构强度分析，难以满足现代产品的设计要求。本文运用有限元分析技术，利用HyperMesh软件建立牵引座结构的有限元模型。基于建立好的有限元分析模型，进行模态分析计算，得到牵引座结构的前八阶模态频率和模态振型。添加边界条件，分别分析了在静载荷和动载荷作用下，牵引座结构的强度特性。分析结果表明在动静载荷作用下，结构模型的强度特性都是满足设计要求的。基于强度分析结果对牵引座的关键零部件鞍体结构进行了尺寸优化，确定以结构的板厚为优化设计变量，结构质量最小为目标函数，约束条件为第一阶模态频率和结构的vonMises应力在一定范围内。优化分析后结构的质量减轻了9.96Kg，第一阶模态频率提高了14.5%，实现了结构的轻量化优化目标。根据汽车操纵稳定性基础理论知识，在建立半挂牵引车的动力学模型的时候考虑到牵引座结构参数的影响，这有别于一般汽车动力学模型的建立。分别建立半挂牵引车系统的侧偏稳定性动力学模型和侧倾稳定性动力学模型。再根据所建立的动力学方程进行了稳态响应分析、动态特性分析、稳定性分析（根轨迹法）、瞬态响应分析。稳态响应分析中得到了半挂牵引车的结构参数对转向特性的影响；动态特性分析中得到了半挂牵引车的稳定因子；利用根轨迹法细化分析结构模型中各个参数对半挂牵引车操纵稳定性的具体影响；然后分析了在牵引车前轮阶跃输入时半挂牵引车的瞬态响应特性。分析计算得到的一些结论对工程应用中半挂牵引车的设计有一定的指导意义，并且可以根据其中的一些公式对所设计的车型进行验证，缩短半挂牵引车的研发周期。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-7
目录  7-9
第1章 绪论  9-15
  1.1 课题研究背景及意义  9-10
  1.2 课题的研究现状  10-12
    1.2.1 牵引座结构国内外研究现状  10-11
    1.2.2 半挂牵引车操纵稳定性的研究现状  11-12
  1.3 牵引座结构简介和工作原理  12-13
    1.3.1 牵引座结构简介  12-13
    1.3.2 牵引座工作原理  13
  1.4 本文主要研究内容  13-15
第2章 牵引座结构有限元建模和模态分析  15-35
  2.1 建立有限元方程的基本方法  15-18
    2.1.1 线弹性力学基本假设  15-16
    2.1.2 线弹性力学基本方程  16-18
  2.2 有限元法的基本步骤  18-20
  2.3 建立牵引座结构的有限元模型  20-25
    2.3.1 结构模型的简化  21-23
    2.3.2 有限元单元类型选择和建立模型  23-25
  2.4 模态分析基础知识  25-28
    2.4.1 计算模态分析  25-26
    2.4.2 结构固有频率和振型  26-27
    2.4.3 模态提取方法  27-28
  2.5 牵引座结构模态分析  28-33
    2.5.1 模态计算结果  28-31
    2.5.2 模态计算结果分析  31-33
  2.6 本章小结  33-35
第3章 牵引座结构强度设计及优化  35-53
  3.1 牵引座结构静态强度分析  35-39
    3.1.1 静力学分析基本理论及其流程  35-36
    3.1.2 载荷工况确定  36-37
    3.1.3 计算结果分析  37-39
  3.2 牵引座结构在动载荷作用下强度分析  39-46
    3.2.1 路面不平度的功率谱密度  39-40
    3.2.2 路面不平度激励时域模型  40-42
    3.2.3 路面激励作用下牵引座结构强度分析  42-46
  3.3 牵引座鞍体结构优化  46-51
    3.3.1 优化问题的数学模型  47-48
    3.3.2 鞍体结构优化分析  48-51
  3.4 本章小结  51-53
第4章 基于牵引座因素整车操纵稳定性分析  53-81
  4.1 半挂牵引车操纵稳定性概述  53-54
  4.2 半挂牵引车侧偏稳定性分析  54-73
    4.2.1 车辆运动方程的建立  54-55
    4.2.2 建立半挂牵引车动力学模型  55-60
    4.2.3 稳态响应分析  60-62
    4.2.4 动态特性分析  62-65
    4.2.5 根轨迹分析稳定性  65-69
    4.2.6 瞬态响应分析  69-73
  4.3 半挂牵引车侧倾稳定性分析  73-80
    4.3.1 建立半挂牵引车侧倾稳定性分析动力学模型  73-79
    4.3.2 动力学模型说明  79-80
  4.4 本章小结  80-81
第5章 总结与展望  81-83
  5.1 总结  81
  5.2 展望  81-83
参考文献  83-85
攻读硕士期间所取得的科研成果  85-87
致谢  87

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中图分类: > 交通运输 > 公路运输 > 汽车工程 > 各种汽车 > 牵引车、挂车、汽车列车
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