[發(fā)明專利]在越野道路隨機激勵下車輛及工作裝置的應力計算方法

有效

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• 申請日: 2017-12-27
• 公開（公告）號: CN108228994B
• 公開（公告）日: 2021-06-11
• 發(fā)明（設計）人: 謝繼鵬;楊國來;葛建立;孫全兆
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F30/15;G01M17/007;G06F119/14
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 朱沉雁

本發(fā)明公開了一種在越野道路隨機激勵下及工作裝置的應力計算方法，方法包括：使用GRNN神經(jīng)網(wǎng)絡方法對越野路面的載荷進行反向識別，構建出路面PSD；通過約束車輪與地面接觸點處對車輛的模態(tài)分析；使用隨機動力學分析方法得到模態(tài)應力分量的均值與協(xié)方差矩陣；最后使用奇異值分解技術與近似逆卡方累積密度函數(shù)的方法，快速估算結構VonMises應力。本發(fā)明能夠?qū)囕v及其工作裝置在越野道路的路面功率譜密度的進行快速識別，并能夠快速、準確的計算出受動態(tài)隨機載荷時車輛結構及其工作裝置的結構應力。

技術領域

本發(fā)明屬于車輛及其工作裝置結構動態(tài)設計技術，具體涉及一種在越野道路隨機激勵下車輛及工作裝置的應力計算方法。

背景技術

工程機械、特種作業(yè)車輛、消防車等車輛在轉(zhuǎn)場或行進過程中，常需高速行駛在非鋪裝道路上，非鋪裝道路的路面隨機激勵對這類車輛及其工作裝置的結構產(chǎn)生復雜的應力，這些應力大小直接影響車輛及其工作裝置使用壽命和可靠性，因此對非鋪裝道路路譜的快速識別計算，并將非鋪裝道路路譜用于車輛及其工作裝置結構應力的快速、準確的計算就顯得重要和必要。

越野道路路面功率譜密度的準確獲取直接影響車輛及其工作裝置應力的分析和評價。常規(guī)路面功率譜密度是通過專用路譜采集設備獲取，但這些設備僅使用于鋪裝道路上，對非鋪裝的越野道路功率譜的準確識別有一定難度；除專用設備外有通過加速度傳感器進行載荷識別方式獲取路譜的方法，但現(xiàn)有方法僅考慮了懸架動行程對車身加速度的影響并未考慮車輪彈性系統(tǒng)的影響，而輪胎的固有頻率在越野道路的路面功率譜的頻率范圍內(nèi)，對車輛及其工作裝置的結構應力有一定的影響。

車輛及其工作裝置通常由車輛底盤系統(tǒng)、駕駛室和工作裝置三部分組成，其中車輛底盤系統(tǒng)由輪胎、懸架、車橋和車架等組成，工作裝置根據(jù)使用情況，可能會有很大變化。以消防車為例說明，消防車工作裝置含有水炮、水罐、泡沫罐、后備發(fā)動機、水帶等特殊工作裝置，其中水罐、泡沫罐的罐體結構對外部振動激勵就很敏感；同時消防車的駕駛室、動力總成、水罐、泡沫罐等重量通常較大，它們通過車架連接在一起，而車架柔性安裝于懸架系統(tǒng)和車輪之上，其整體模態(tài)頻率一般較小，容易受到懸架和輪胎固有頻率的影響；而現(xiàn)有計算車架結構模態(tài)時，常在懸架與車架連接點處進行全約束，并沒有考慮懸架系統(tǒng)和車輪的柔性特性對車架結構的影響，所計算得到的車架結構的模態(tài)頻率較實際情況偏大，對車輛及其工作裝置整體動態(tài)應力計算容易出現(xiàn)偏差。

VonMises應力是用于結構失效評估的重要判據(jù)之一；VonMises應力計算準確與否直接影響后續(xù)的疲勞預測以及可靠性計算，準確、快速的計算VonMises應力是可靠性計算過程中關鍵的環(huán)節(jié)。

通過隨機振動響應分析可以直接得到系統(tǒng)的加速度、位移、應力分量的時域響應或者這些分量的功率譜密度函數(shù)，這些分量在統(tǒng)計學特性上呈現(xiàn)的是服從高斯分布的特性，然而VonMises應力是各應力分量的二次函數(shù)關系，因此其統(tǒng)計特性不再服從高斯分布特性，其應力通常不能通過有限元方法直接計算得到。

現(xiàn)有的VonMises應力方法一般通過估算公式進行估算，或者通過時域方法計算得到，再不就是使用功率譜密度和VonMises應力的均方根的方法進行迭代計算得到。這些方法存在計算不準確或計算過程繁瑣的問題。

綜上所述，非鋪裝道路的路面功率譜的準確、快速的獲取方法并對受該激勵的車輛及其工作裝置的動態(tài)應力的快速、準確的計算方法進行研究就顯得尤為重要。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種在越野道路隨機激勵下車輛及工作裝置的應力計算方法，能夠?qū)囕v及其工作裝置在越野道路的路面功率譜密度的進行快速識別，并能夠快速、準確的計算出受動態(tài)隨機載荷時車輛結構及其工作裝置的結構應力。

實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術解決方案為：一種在越野道路隨機激勵下車輛結構的應力計算方法，方法步驟如下：