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基于Pro/E与ADAMS结合的车载担架床虚拟样机建模与动力学分析和优化设计

作　者: 范立冬
导　师: 李曙光
学　校: 第三军医大学
专　业: 生物医学工程
关键词: 人机工效学伤病员后送车辆担架床平顺性虚拟样机三维实体建模正弦波叠加仿真动力学分析加速度振动强度、隔振、优化设计
分类号: TP391.7
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

对于以后送伤病员为主要功能的伤病员后送车辆,平顺性是非常重要的指标,它要求车辆在行驶时能尽量减少路面不平度所造成的振动和冲击,在保证安全迅速地运送伤病员的同时,使伤病员感到舒适和平稳,不致因振动再度增加伤病员的痛苦和使伤情恶化。为从根本上改善伤病员运送平顺性,伤病员后送车辆应采用专用底盘,但是目前,伤病员后送车辆大多是在二类或三类车辆底盘基础上改装而成的,因此,进行合理的担架床隔振设计就成为改进其平顺性的主要途径。为此,本研究在建立车载担架床虚拟样机模型的基础上,利用随机正弦波叠加算法,将频域上的路面不平度位移功率谱密度转换为时域上的随机路面输入模型,并且利用VB语言编写了路面谱生成程序,该程序可以生成不同车速条件下,符合国标GB7031-86《车辆振动——路面平度表示方法》所规定的各种路面等级的路面文件。将路面不平度作为激励施加给模型,对模型进行仿真和动力学分析,并对车载担架床隔振系统的物理参数进行了优化设计,从而有效地改善了担架的乘卧舒适性。本研究的主要工作与结论如下:1.利用专业的三维实体建模软件Pro/E,完成对系统三维实体模型的建立。整个模型共由300多个建模零部件(不含标准件及重复使用的零件)装配而成。解决了动力学分析软件在复杂机械系统零、部件建模方面的不足。2.成功地解决了Pro/E与ADAMS软件的接口问题。利用接口软件Mech/Pro实现了两软件之间的“有缝连结”,研究表明,接口成功与否的关键首先在于刚体的定义,即将系统中无相互运动的组件定义为一个刚体。其次在于组件信息的正确提取和传输,这是解决模型在导入ADAMS后失真的关键步骤。本研究建立的虚拟样机模型具有操作简便、物理参数可以方便地根据需要进行改变的优点。3.编制了时域路面不平度激励生成软件。该软件编写的关键在于利用正弦波叠加算法的理论基础,推导出将路面不平度的功率谱密度函数(PSD)转换为时域位移输入的计算公式。这也是本课题的难点所在,该软件在今后涉及“路面——车辆”振动研究的课题中均可得到应用。4.取得了担架床测试点在无减振装置情况下的垂直加速度时域、频域曲线和均方根值,通过曲线和数据的对比,得出以下结论:振动强度随着车速的增加和路况变差而增加;低速和中速行驶过程中腹部所在点的振动强度大于头部所在点的振动强度,而在高速行驶过程中腹部所在点的振动强度略低于头部所在点的振动强度。系统的固有频率为2.7Hz。本实验为确定担架床的动力学特性、不同部位的运动状况提供了依据,为担架床隔振系统的优化提供了实验研究基础。5.以二级路面、车速50 Km h的行驶状态为前提,以担架床垂直振动加速度平方的平均值为优化目标,对担架床隔振系统进行优化设计。得出当弹簧减振器刚度为30 N mm,阻尼系数为5.9 N ? smm时,加速度均方根值由优化前的5344 mm s2变为优化后的5001 mm s2,振动强度明显减小,隔振性能有了显著改善。本实验对担架床隔振系统的参数选择具有一定参考价值。

全文目录

英文摘要  5-7
中文摘要  7-9
论文正文基于 Pro/E 与 ADAMS 结合的车载担架床虚拟样机建模与动力学分析和优化设计  9-56
  前言  9-12
  第一部分车载担架床系统分析模型的建立  12-22
    1.1 汽车振动系统模型  12
    1.2 模型的运动方程  12-14
    1.3 用Pro/E 软件建立模型  14-18
    1.4 模型的装配  18-19
    1.5 模型输出  19-21
    结论  21-22
  第二部分生成路面激励  22-32
    2.1 路面不平度的功率谱密度  22-23
    2.2 用谐波叠加法构建随机路面不平度时域模型  23-24
    2.3 随机路面的生成  24-28
    2.4 正弦波叠加算法理论验证  28-31
    结论  31-32
  第三部分系统动力学仿真  32-50
    3.1 汽车的平顺性  32
    3.2 平顺性的评价方法  32-34
    3.3 在ADAMS 中进行模型仿真  34-48
    结论  48-50
  第四部分担架床隔振系统参数优化设计  50-52
    结论  51-52
  致谢  52-53
  参考文献  53-56
文献综述虚拟样机技术在医疗卫生装备领域的应用  56-59
  参考文献  59

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