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汽车行驶平顺性建模与仿真方法研究

作　者: 张凤
导　师: 秦玉英
学　校: 辽宁工业大学
专　业: 车辆工程
关键词: 汽车平顺性建模与仿真有限元法虚拟激励法数学模型
分类号: U461.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

随着汽车行业的发展,每年都有大量新车型的出现,如何缩短开发周期,而且要能够保证新车性能,是当前亟待解决的问题。汽车行驶平顺性作为衡量驾驶员与乘客舒适性,在新车开发初期是一个重要问题。本文就此问题在前人研究的基础之上,做了进一步探讨,从另一种角度出发,需求一种能快速解决平顺性分析的方法,为新车开发缩短周期,降低新车开发成本。本论文基于有限元法思想,对汽车行驶平顺性模型进行离散,划分单元,根据单元性质特征进行同类单元的划分,推导出同类单元刚度阵通式。对于一个平顺性模型的不同单元,将单元数据带入同类单元刚度阵通式,即能写出其单元刚度阵。将每个单元的刚度阵、阻尼阵进行分块组装完成整体分析。采取强迫位移约束处理方法建立汽车平顺性数学模型。提出总位移向量、总质量阵组装方法。通过手工组装汽车平顺性数学模型的系数矩阵,验证建模方法的有效性。研制单元分析、整体分析与约束处理的程序模块,用于自动生成总刚度阵和总阻尼阵。以一种易于工程人员理解和应用的方式,阐述虚拟激励法在汽车平顺性分析中的应用理论与方法。与建模方法结合,给出虚拟激励法在汽车随机振动分析中的具体应用,比较虚拟激励法和傅里叶方法的不同特点。验证应用虚拟激励法进行汽车平顺性分析与傅里叶方法具有等价性,但优于傅里叶分析方法。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
1 绪论  9-14
  1.1 汽车行驶平顺性研究的意义  9
  1.2 汽车行驶平顺性的主要研究内容  9-11
    1.2.1 路面激励  9
    1.2.2 汽车振动结构的力学模型  9-10
    1.2.3 汽车振动数学模型的建模方法  10
    1.2.4 汽车平顺性的分析方法  10-11
  1.3 汽车平顺性分析中有限元法的应用  11-12
    1.3.1 有限元法的基本步骤  11
    1.3.2 有限元法坐标系的建立与各种符号的规定  11-12
    1.3.3 有限元法在汽车平顺性分析中的应用  12
  1.4 虚拟激励法的发展概述  12-13
  1.5 本文研究的主要内容  13-14
2 平稳随机振动虚拟激励法的理论阐述  14-21
  2.1 虚拟激励法的基本原理  14-16
    2.1.1 平稳随机过程  14
    2.1.2 虚拟激励法的基本原理  14-15
    2.1.3 虚拟激励法的证明  15-16
  2.2 单点虚拟激励  16-19
    2.2.1 单源多点同相位激励  16-17
    2.2.2 单源多点异相位激励  17-19
  2.3 多点虚拟激励  19-20
    2.3.1 多点虚拟激励与虚拟响应  19
    2.3.2 多点激励的功率谱密度  19-20
  2.4 本章总结  20-21
3 基于有限元法的汽车平顺性建模  21-40
  3.1 整车力学模型的离散  21-22
    3.1.1 节点的选择  21
    3.1.2 单元的划分  21-22
  3.2 弹簧阻尼单元刚度阵  22
    3.2.1 单元力学模型  22
    3.2.2 弹簧串单元刚度和阻尼矩阵  22
  3.3 平面三节点单元的刚度阵  22-25
    3.3.1 单元数据说明  22-23
    3.3.2 单元刚度阵的推导  23-25
  3.4 平面四节点单元刚度阵推导  25-27
    3.4.1 单元数据分析  25
    3.4.2 单元刚度阵推导过程  25-27
  3.5 空间三、四节点单元刚度阵  27-35
    3.5.1 四节点单元刚度阵的推导过程  27-29
    3.5.2 三节点单元刚度阵推导过程  29-30
    3.5.3 空间第二种三点单元刚度阵推导  30-32
    3.5.4 空间两节点单元刚度阵  32
    3.5.5 空间第二种四节点单元刚度阵的推导  32-35
  3.6 总刚度阵和总阻尼阵形成  35-38
  3.7 整体分析与约束处理  38-39
    3.7.1 总位移向量的形成  38
    3.7.2 总质量阵地形成  38-39
    3.7.3 汽车结构系统的约束处理  39
  3.8 本章总结  39-40
4 实例建模与程序实现  40-48
  4.1 手工组装汽车平顺性数学模型  40-45
    4.1.1 单元刚度阵的列写  40-42
    4.1.2 单元刚度阵的分块  42-43
    4.1.3 总位移向量  43
    4.1.4 总刚度阵和总阻尼阵的形成  43-45
    4.1.5 总质量阵  45
  4.2 程序的实现流程图  45-46
  4.3 读入文档的写法及其规定  46-47
    4.3.1 模型类型命名  46
    4.3.2 节点数据  46
    4.3.3 单元数据  46-47
    4.3.4 材料集  47
    4.3.5 惯性量与激励  47
  4.4 本章总结  47-48
5 建模与仿真方法应用  48-63
  5.1 路面激励的描述  48-49
  5.2 傅里叶法对汽车振动响应量的分析  49-51
  5.3 虚拟激励法对汽车振动响应量的分析  51-52
  5.4 傅里叶变换法与虚拟激励法的结果比较  52
  5.5 虚拟激励法和建模方法联合仿真  52-62
    5.5.1 总位移向量  52-53
    5.5.2 单元划分  53
    5.5.3 单元刚度阵的列写  53-55
    5.5.4 总刚度与总阻尼阵形成  55-57
    5.5.5 总质量阵  57
    5.5.6 虚拟激励法的应用实例  57-59
    5.5.7 振动响应量的功率谱密度  59
    5.5.8 仿真分析  59-62
  5.6 本章总结  62-63
结束语  63-64
参考文献  64-66
攻读硕士期间发表的学术论文情况  66-67
致谢  67

汽车行驶平顺性建模与仿真方法研究

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