大客车车身结构动力学建模与随机响应分析
2008年(第30卷)第12期
汽 车 工 程Aut omotive Engineering
2008(Vol .30)No .12
2008244
大客车车身结构动力学建模与随机响应分析
原稿收到日期为2008年1月9日,修改稿收到日期为2008年4月7日。
张 扬,桂良进,范子杰
(清华大学汽车安全与节能国家重点实验室,北京 100084)
[摘要] 建立了某型全承载式车身结构大客车包括蒙皮和固定玻璃在内的完整的动力学有限元模型,合理地
模拟了该车使用的空气弹簧悬架,通过与理论模型求解结果对比,验证了模型的正确性。运用结构动力学的频域求解方法,在模态分析、频率响应分析的基础上,进行了大客车整车结构的动应力随机响应分析。
关键词:客车车身;动力学建模;随机响应;有限元分析
Dyna m ics Modeling and Random Res ponse Analysis for Bus Body Structure
Zhang Yang,Gu iL i a ngji n &Fan Z iji e
Tsinghua U niversity,S tate Key L aboratory of Auto m otive Safety and Energy,B eijing 100084
[Abstract] A dyna m ics finite ele ment model f or the comp lete body structure of a bus with monocoque con 2structi on is established with rati onal modeling on outer skin panel,window glass,and air sus pensi ons .The model is verified thr ough comparing the results of modal analysis with si m p lified t w o 2axles 4DOFs model .Then a random re 2s ponse analysis on dyna m ic stress in the comp body structure of bus is conducted in frequency domain based on modal analysis and frequency res ponse analysis .
Keywords:bus body;dynam i cs m odeli n g;rando m respon se;FEA
前言
大型客车在行驶过程中总是处于动态工况下,受到路面不平等随机激励的作用,仅仅通过静力学分析并不能够真实反映客车在行驶工况下的受力状
况。针对车身结构的动力学有限元分析是预测结构动应力的有效方法,但如何准确建立整车的动力学模型,并进行有效的求解,成为研究中的关键。
动应力响应分析主要有时域分析和频域分析2种方法。时域动应力分析方法主要有多刚体系统动力学结合拟静态有限元分析方法以及柔性多体系统动力学方法
[1]
。时域方法能够进行线性或非线性问
题的模拟分析,但其计算效率较低。对于车身结构
这样大规模的有限元模型,通常受到求解规模、计算时间和存储容量的限制而难以实现。频域分析一般先求解结构的频率响应,然后根据输入的功率谱密度,采用线性叠加原理求解动应力功率谱密度。虽
然其只能够处理线性系统问题,需要对结构进行适当的简化假设,但大大降低了计算量。已经有不少学者采用频域分析方法成功地进行了相关车辆动应力的计算[2-4]
。然而对于完整大客车结构的动应力随机响应有限元分析,目前还没有见到相关文献。针对某型全承载式车身结构大客车,文中建立了该车包括蒙皮和固定玻璃在内的完整的动力学有限元模型,运用频域分析方法,进行了大客车结构动应力随机响应分析。
1 结构动力学有限元建模
111 骨架结构建模
全承载式大客车车身骨架主要由各种型号的薄壁管件焊接而成。为了获得结构准确的应力结果,采用边长20mm 的壳单元进行建模。车身骨架的连接主要采用Nastran 提供的焊点单元C W E LD 模拟缝焊、塞焊。
?1092
?汽 车 工 程2008年(第30卷)第12期112 蒙皮和固定玻璃建模
相关研究表明,蒙皮和固定玻璃对客车车身结
构的动力学特性有显著的影响[5],因此在动力学分
析中必须要考虑蒙皮和固定玻璃结构。由于分析中
并不关心蒙皮和固定玻璃的应力,因此采用较大边
长的网格对其进行划分。
实际生产中,顶、侧钢蒙皮采用塞焊和点焊的方
式与骨架连接,有限元模型中采用焊点单元模拟,焊
点间距与生产工艺一致。前后风窗玻璃、侧窗玻璃
等固定玻璃与骨架之间,采用高强度结构胶粘接。
建模时采用间断的焊点单元模拟粘接,通过调整焊
点单元的材料属性,保证连接的刚度与粘接一致。
前后围玻璃钢蒙皮,采用铆接和高强度结构胶粘接
的方式与前后围骨架连接。建模时,采用与上面类
似的方法,用交错的焊点单元模拟高强度结构胶的
粘接。
113 空气弹簧悬架建模
客车采用空气弹簧悬架,前悬架为独立双横臂
空气悬架,膜式空气弹簧,后悬架为双纵臂四连杆空
气悬架,膜式空气弹簧。空气弹簧通过高度控制阀
调节,随着载荷变化适当地充放气以调整刚度,因而
具有变刚度非线性的特性。客车行驶中,为了避免
频繁的充放气,通常会关闭高度控制阀,因此建模时
忽略其变刚度特性,近似认为在客车行驶振动过程
中,空气弹簧的刚度始终等于初始平衡位置时的刚
度,采用弹簧单元进行简化模拟。其平衡位置刚度
k的计算公式为[6]
k=m(p0+p a)A20
V0
+p0
d A
d x
x=0
(1)
式中m为气体多变指数,p
为平衡位置时气室压
力,p
a 为大气压力,A
为平衡位置时空气弹簧有效
截面积,V
为平衡位置时空气弹簧气室容积。
横向稳定杆和推力杆采用梁单元模拟,推力杆的橡胶衬套接头及减振器采用Bush单元进行模拟。114 质量件加载
由于动力学模型中需要考虑结构的惯性,因此需要将满载时的各种载荷转化为质量点添加在模型上。建模过程中,保证质量分布与设计一致。对于座椅、备胎等比较集中的载荷,在质心位置建立质量点,并通过多点约束单元将质量点和骨架相应的位置连接。对于地板、顶内饰等分布质量,通过在骨架相应位置建立均匀分布的质量点的方式进行加载。模型中考虑发动机总成的转动惯量。
115 参数设置
弹性及阻尼元件的性能参数对整车结构的动力学特性有重要影响。客车结构中主要的弹性、阻尼元件包括:轮胎、减振器、空气弹簧、推力杆橡胶衬套和发动机悬置垫。轮胎用弹簧单元进行模拟,根据其径向刚度试验得到其刚度为88513N/mm。根据减振器拉伸压缩行程试验参数,按照能量等效原则
图1 整车结构动力
学有限元模型
得到前、后悬架单个减振
器的等效黏性阻尼分别
为1018、714N?s/mm。
其余参数根据企业提供
的数据进行设定。
最终建立了如图1
所示的整车满载状态完
整的动力学有限元模型,
共计各类单元451518
个,
节点438053个。
2 模型验证
图2 4自由度汽车
振动简化模型为了验证有限元模型
的正确性,将整车简化为
双轴汽车振动模型。其中
车身及前、后悬架簧下系
统分别近似为集中质量,
车身考虑转动惯量,形成
如图2所示的4自由度汽
车振动简化模型,其运动方程为
m f z??f+(k ft+k f)z f-k f z c+ak fφ=0
m r z??r+(k rt+k r)z r-k r z c-bk rφ=0
m c z??c-k f z f-k r z r+(k f+k r)z c+(bk r-ak f)φ=0
I yφ??+ak f z f-bk r z r+(bk r-ak f)z c+(a2k f
+b2k
r
)φ=0
(2)
式中m
f
、m
r
分别为前、后悬架簧下质量,m
c
为车身
质量;k
f
、k
r
分别为前、后悬架空气弹簧刚度,k
ft
、k
rt
分
别为前、后轮胎刚度;I
y
为车身绕质心的转动惯量;
a、b分别为车身质心距前后轴的距离;z f、z r、z c分别为前、后悬架和车身质心的垂向自由度;φ为车身转动自由度。
输入满载状态下相应的设计参数,理论计算得到系统固有频率。动力学有限元模型中约束四轮接地,计算得到了相应振型的固有频率,两者结果对比见表1。比较结果表明,有限元模型与简化理论模型固有频率吻合,在一定程度上验证了整车动力学
2008(Vol .30)No .12张扬,等:大客车车身结构动力学建模与随机响应分析?1093 ?
有限元模型的正确性。
表1 模型模态分析与简化理论模型结果对比
振型理论模型/Hz
有限元模型/Hz
相对误差/%
前后俯仰01991102219整车上下11311131012前簧下振动81118114014后簧下振动
8162
8167
016
3 整车结构模态分析
对整车模型进行了四轮接地条件下的模态分析,主要振型汇总见表2。
表2 满载动力学模型模态分析结果
阶数
固有频率/Hz
振型10192左右侧倾20199前后俯仰31131整车上下44131底架一阶侧弯55194顶盖底架错动66106一阶扭转15
10176
一阶垂弯
图3 20Hz 内固有
频率分布图
图3为计算得到的20Hz 内的固有频率分布。
可以看出,由于动力学模型中存在大量对结构的刚度没有贡献的质量件,因此整车固有频率较一般骨架结构明显降低。考虑了蒙皮和固定玻璃后,模态分析中不可避免地出现了
较多的局部振动,使得较高频率段内的模态数增加。
4 结构频率响应分析
车辆在行驶过程中,受到路面通过轮胎的激励。因此利用模态叠加法计算了各轮分别受到1mm 简谐垂向位移输入下的应力频率响应。
准确的频率响应分析是随机响应分析中的关键。采用模态叠加法进行频率响应分析时,影响分析准确性的因素主要包括频率计算点的选取和提取的结构模态阶数。
频率响应通常会在固有频率附近呈现较大的峰
值,而在远离共振点的两侧,响应又会快速衰减。客
车在行驶中,主要考虑路面的垂向激励作用,容易引起垂向共振,为了使频率响应计算准确,重要的垂向固有振动频率附近,需要减小频率计算点的间隔,而
在响应较小的高频段,可以适当增大计算点间隔以控制计算量。
使用模态叠加法时,提取的模态阶数越多,包含的结构主要模态也就越多,因而计算的结果就越准确。但提取过多的模态,不仅计算量大而且对于结果基本没有影响。
计算结构015～20Hz 之内的频率响应。在左前轮受到简谐垂向位移激励下,提取115倍最高频率,即0～30Hz 之内的模态,以及提取3倍最高频率,即0～60Hz 之内的模态,进行叠加计算。图4为2种
方法计算得到的窗立柱和腰梁T 型接头处危险点的
应力频率响应。
图4 危险点处频率响应结果比较
前者在HP x w9400工作站计算,总计用时18h,而后者需用时55h 。对比说明,对于完整的大客车
结构,提取115倍最高频率之内的模态进行叠加计算已经能够达到较高的精度,而且计算时间短。可以看出频率响应的峰值与整车主要垂向振型的固有频率对应,说明频率响应分析的结果合理。
5 结构随机动应力响应分析
结构动应力自功率谱密度S σ(f )计算式为
S σ(f )=H
3
(f )G (f )H T
(f )
(3)
式中H (f )为频率响应向量,G (f )为路面功率谱密
度矩阵。基于国标G B7031—86《车辆振动输入路面平度表示方法》中规定的路面功率谱密度拟合公式,对客车的双轮胎后轮取输入的平均值作为单侧后轮
输入[7]
,计算得到路面功率谱密度。
?1094 ?汽 车 工 程2008年(第30卷)第12期
图5为车速60km /h C 级路面、车速80km /h B 级路面和车速90k m /h A 级路面条件下的输入的路面自功率谱密度
。
图5 输入路面自功率谱密度
计算得到车身结构各点的动应力自功率谱密度,其中窗立柱和腰梁T 型接头处危险点的动应力自功率谱密度如图6所示
。
图6 危险点动应力功率谱密度
峰值频率对应结构左右侧倾振动、顶盖底架间的错动,说明窗立柱和腰梁T 型接头处的动应力主
要由于侧围相对于底架的错动引起。另外由于60km /h C 级路面条件下的路面不平度更高,客车在该工况下受到的路面冲击更大,因此动应力也较其它两个工况更大。
对动应力功率谱密度曲线积分再开方,就得到动应力均方根值RM S 为
RM S =
∫
∞
S σ
(f )d f
(4)
图7为时速60k m /h C 级路面整车的动应力均
方根值云图。
图7 整车动应力均方根值云图
RM S 反映了应力在客车行驶过程中变化的剧烈
程度。一般动应力均方根值越大,结构越容易由于受交变应力的作用而发生疲劳破坏。该车动应力较大的位置主要位于窗立柱和腰梁、侧窗上下纵梁的T 型接头处,这与一般大客车容易发生疲劳破坏的位置相符。
6 结论
(1)对完整的客车结构,提取115倍最高计算
频率内的模态进行叠加,就能够得到较为准确的频率响应。
(2)动应力随机响应的峰值点均与结构整体或局部共振有关。
(3)通过对动应力均方根值的分析,可以在设计早期预测结构容易发生疲劳破坏的位置,对结构设计进行指导。
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刚柔耦合动力学的建模方法
第42卷第11期 2008年11月 上海交通大学学报 JOU RN AL O F SH AN G HA I JIA OT O N G U N IV ERSIT Y Vol.42No.11 Nov.2008 收稿日期:2007 10 08 基金项目:国家自然科学基金资助项目(10772113);高等学校博士学科点专项科研基金资助项目(20040248013) 作者简介:洪嘉振(1944 ),男,浙江宁波市人,教授,博士生导师,研究方向:多体系统动力学与控制.电话(T el.):021 ********; E mail:jzhong@s https://www.docsj.com/doc/1214616288.html,. 文章编号:1006 2467(2008)11 1922 05 刚柔耦合动力学的建模方法 洪嘉振, 刘铸永 (上海交通大学工程力学系,上海200240) 摘 要:对柔性多体系统动力学研究的若干阶段和研究现状进行回顾,对已有的刚柔耦合动力学建模方法进行总结.为了对已有的建模方法进行评价,提出了5项指标:科学性、通用性、识别性、兼容性和高效性,指出现有的建模方法尚无法满足工程实际应用的需要,应研究满足全部评价指标的刚柔耦合动力学建模方法.文中对今后柔性多体系统刚柔耦合动力学的几个研究方向进行展望,包括理论建模、计算方法和试验研究等方面. 关键词:刚柔耦合系统;动力学;建模方法;评价指标中图分类号:O 313 文献标识码:A Modeling Methods of Rigid Flexible Coupling Dynamics H ON G J ia z hen, L I U Zhu y ong (Department of Engineering M echanics,Shanghai Jiaotong Univ er sity,Shanghai 200240,China)Abstract:A brief review about several phases and present status o f flexible multi bo dy dynamics w as given and the ex isting m odeling m ethods o f r ig id flex ible coupling dynam ics w ere sum marized.Five indexes,in cluding scientific index,g eneral index,identifiable index,compatible index and efficient index ,w ere pro posed to evaluate the ex isted mo deling methods.It show s that the ex isted m odeling metho ds can no t satis fy the actual needs of eng ineer ing application and new modeling m ethod w hich satisfies all the evaluating index es should be inv estig ated.T he r esearch tar gets including modeling theor y,com putational methods and exper im ents w er e sugg ested for the rigid flexible co upling dynamics o f the flex ible multi body sys tems. Key words:rigid flex ible coupling sy stem s;dy nam ics;mo deling methods;evaluating index 柔性多体系统是指由多个刚体或柔性体通过一定方式相互连接构成的复杂系统,是多刚体系统动力学的自然延伸.考虑刚柔耦合效应的柔性多体系统动力学称之为刚柔耦合系统动力学,主要研究柔性体的变形与其大范围空间运动之间的相互作用或相互耦合,以及这种耦合所导致的动力学效应.这种耦合的相互作用是柔性多体系统动力学的本质特 征,使其动力学模型不仅区别于多刚体系统动力学,也区别于结构动力学.因此,柔性多体系统动力学是 与经典动力学、连续介质力学、现代控制理论及计算机技术紧密相联的一门新兴交叉学科[1 3],它对高技术、工业现代化和国防技术的发展具有重要的应用价值. 根据力学的基本原理,基于不同的建模方法,得
移动载荷作用下连续梁的动力响应分析
第八届全国振动理论及应用学术会议论文集，上海，2003年11月 移动载荷作用下连续梁的动力响应分析 钟卫洲1, 2，罗景润1，高芳清3，徐友钜1 （1.中国工程物理研究院结构力学研究所，绵阳 621900；2.中国工程物理研究院研究生部，绵阳 621900; 3.西南交通大学振动与强度实验室，成都 610031） 摘要： 本文以磁悬浮交通轮轨接触车桥动力行为研究为背景，把车辆对桥梁的动力作用简化为一个稳态力和一个低频扰动力，把连续钢桥梁简化为伯努力—欧拉梁，建立了车辆过桥的力学模型和振动微分方程，运用模态分析法得到了该微分方程的解析解，分析了连续桥梁频率方程、模态表达式以及低阶模态。援引德国TR06和连续钢梁的参数对不同速度的移动荷载下连续钢梁的动力响应进行计算分析，给出了相应条件下连续梁的动挠度曲线（w-t图和w-x图），并分析了桥梁的动力响应特征。本文的研究为评定桥梁在高速车辆作用下的稳定性和安全性提供了参考。 关键词： 连续梁；模态分析；动力响应；动挠度 Dynamic Response Analysis of Continuous Beam Under Moving Load ZHONG Wei-zhou 1, 2, LUO Jing-run 1, GAO Fang-qing3, XU You-ju 1 (1.Institute of Structural Mechanics of CAEP, Mianyang 621900; 2.Graduated School of CAEP, Mianyang 621900; https://www.docsj.com/doc/1214616288.html,boratory of Vibration and Intensity of SWJTU, Chengdu 610031) Abstract: This paper is based on the background of the study of the dynamic behavior between maglev vehicle and guideway. The moving force exerting on the bridge is simplified as a steady force and a pulsating force with low frequency. The continuous steel beam is taken as Bernoulli-Euler beam, then the corresponding force model and vibrating equation of the bridge is established. The modal analysis method is applied to solve the equation of vibration. Frequency equation, analytical solution of mode of the beam and the lower modes are analysed. By quoting the data of TR06 of German, the dynamic response of continuous beam is obtained under moving vehicle at several typical speeds. The results of this paper can be taken as reference to assess security and stability of a bridge under moving load.
结构动力学心得汇总
结构动力学学习总结
通过对本课程的学习，感受颇深。我谈一下自己对这门课的理解： 一．结构动力学的基本概念和研究内容 随着经济的飞速发展，工程界对结构系统进行动力分析的要求日益提高。我国是个多地震的国家，保证多荷载作用下结构的安全、经济适用，是我们结构工程专业人员的基本任务。结构动力学研究结构系统在动力荷载作用下的位移和应力的分析原理和计算方法。它是振动力学的理论和方法在一些复杂工程问题中的综合应用和发展，是以改善结构系统在动力环境中的安全和可靠性为目的的。高老师讲课认真负责，结合实例，提高了教学效率，也便于我们学生寻找事物的内在联系。这门课的主要内容包括运动方程的建立、单自
由度体系、多自由度体系、无限自由度体系的动力学问题、随机振动、结构抗震计算及结构动力学的前沿研究课题。既有线性系统的计算，又有非线性系统的计算；既有确定性荷载作用下结构动力影响的计算，又有随机荷载作用下结构动力影响的随机振动问题；阻尼理论既有粘性阻尼计算，又有滞变阻尼、摩擦阻尼的计算，对结构工程最为突出的地震影响。 二．动力分析及荷载计算 1.动力计算的特点 动力荷载或动荷载是指荷载的大小、方向和作用位置随时间而变化的荷载。如果从荷载本身性质来看，绝大多数实际荷载都应属于动荷载。但是，如果荷载随时间变化得很慢，荷载对结构产生的影响与
静荷载相比相差甚微，这种荷载计算下的结构计算问题仍可以简化为静荷载作用下的结构计算问题。如果荷载不仅随时间变化，而且变化很快，荷载对结构产生的影响与静荷载相比相差较大，这种荷载作用下的结构计算问题就属于动力计算问题。 荷载变化的快与慢是相对与结构的固有周期而言的，确定一种随时间变化的荷载是否为动荷载，须将其本身的特征和结构的动力特性结合起来考虑才能决定。 在结构动力计算中，由于荷载时时间的函数，结构的影响也应是时间的函数。另外，结构中的内力不仅要平衡动力荷载，而且要平衡由于结构的变形加速度所引起的惯性力。结构的动力方程中除了动力荷载和弹簧力之外，还要引入因其质量产生的惯性力和耗散能量的阻尼力。而
用有限元方法进行摩托车动力响应分析报告
用有限元方法进行摩托车动力响应分析 文>>月辉史春涛骞郝志勇 摘要本文采用有限元方法对某125型骑式摩托车进行了动力响应分析。文章首先建立了摩托车整车的有限元模型，并利用该模型进行摩托车整车的动态特性计算，取得了和实验模态分析一致的结果。而后分析了摩托车在发动机激励和路面不平度激励下的整车动力学响应特性，得出了具有工程参考价值的结论。 关键词摩托车应力有限元法 本文采用有限元方法研究了摩托车整车结构的动态特性，并进行了在各种激励作用下的动力响应分析，得到了发动机车架的应力场，可用于进一步的摩托车强度分析。 1、摩托车有限元模型的建立 摩托车有限元模型如图1所示。 摩托车的车架结构大多是由各种截面形状的梁组合而成的空间框架结构，而且其截面尺寸，包括直径、壁厚，与构件长度相比很小，因此选用空间的直梁或者曲梁单元来离散车架结构，而车架的一些板件和加强盘可以采用空间板元模拟，各种梁单元的截面力学特性可用有限元程序的前处理模块或CAD软件计算。 摩托车的发动机具有较大质量，同时也具有很大刚度。考虑到发动机在车体结构中所起的作用及变形小的特点，将发动机简化为若干个板单元，这些板的总质量应与发动机的质量相同。然后，根据发动机与车架的实际连接方式，将由这些板单元模拟的发动机与车架组装到一起。 摩托车的减振器主要作用是支撑车体并缓和振动与冲击。考虑到减振器的结构与作用，简化后减振器的模型在受到载荷时应具有较大的轴向位移，同时又要有较大抗弯刚度。本文把减振器简化为一种梁单元和弹簧阻尼单元的综合体——轴向刚度由弹簧阻尼单元提供，而抗弯刚度由梁单元提供。 摩托车车轮主要由轮胎和轮辋组成，其中轮胎直接与路面接触，与摩托车悬挂共同缓和摩托车行驶时所受到的冲击，并协助减振，轮辋是固定轮胎的骨架，它与轮胎共同承受作用在车轮上的负荷。轮辋可以采用若干个梁单元模拟，轮胎
汽车车身结构与设计考试题目
第一章 1. 什么是车身结构件、车身覆盖件 答：车身结构件：支撑覆盖件的全部车身结构零件的总称。 车身覆盖件：覆盖车身内部结构的表面板件。 2. 车身类型一般按什么分类，可分为哪几类？非承载式车身的车架一般可分为哪 几类？答：车身类型一般按承载形式不同，可分为非承载式、半承载式和承载式。 非承载式车身的车架一般可分为：1）框式车架：边梁式车架和周边式车架2）脊梁式车架3）综合式车架 3.边梁式、周边式、脊梁式、X 式车架的用途及特点？轿车车身特点分类有 哪些？轿车车身造型分类有哪些？ 答：边梁式车架： 特点：此式车架结构便于安装车身（包括驾驶室、车箱或其它专用车身乃至特 种装备等）和布置其它总成，有利于满足改装变型和发展多品种的需要。 用途：被广泛采用在货车、大多数专用汽车和直接利用货车底盘改装的大客车 以及早期生产的轿车上。 周边式车架: 特点：最大的特点是前、后狭窄端系通过所谓的“缓冲臂”或“抗扭盒”与中 部纵梁焊接相连，前缓冲臂位于前围板下部倾斜踏板前方，后缓冲臂位于后座下 方。由于它是一种曲柄式结构，容许缓冲臂具有一定程度的弹性变形，它可以吸 收来自不平路面的冲击和降低车内的噪声。此外，由于车架中部的宽度接近于车 身地板的宽度，从而既提高了整车的横向稳定性，又减小了车架纵梁外侧装置件 的悬伸长度。 用途：适应轿车车身地板从边梁式派生出来的。 脊梁式车架： 特点：具有很大的抗扭刚度，结构上容许车轮有较大的跳动空间，便于装用独立悬架。 用途：被采用在某些高越野性汽车上。 X 式车架： 特点：车架的前、后端均近似于边梁式车架，中部为一短脊管，前、后两端便于 分别安装发动机和后驱动桥。中部脊梁的宽度和高度较大，可以提高抗扭刚度。 用途：多采用于轿车上。
结构动力学读书笔记
《结构动力学》读书报告 学院 专业 学号 指导老师 2013 年 5月 28日
摘要：本书在介绍基本概念和基础理论的同时，也介绍了结构动力学领域的若干前沿研究课题。既注重读者对基本知识的掌握，也注重读者对结构振动领域研究发展方向的掌握。主要容包括运动方程的建立、单自由度体系、多自由度体系、无限自由度体系的动力学问题、随机振动、结构动力学的前沿研究课题。侧重介绍单自由度体系和多自由度体系，重点突出，同时也着重介绍了在抗震中的应用。 1 概述 1.1结构动力学的发展及其研究容： 结构动力学，作为一门课程也可称作振动力学，广泛地应用于工程领域的各个学科，诸如航天工程，航空工程，机械工程，能源工程，动力工程，交通工程，土木工程，工程力学等等。作为固体力学的一门主要分支学科，结构动力学起源于经典牛顿力学，就是牛顿质点力学。质点力学的基本问题是用牛顿第二定律来建立公式的。牛顿质点力学，拉格朗日力学和哈密尔顿力学是结构动力学基本理论体系组成的三大支柱。 经典动力学的理论体系早在19世纪中叶就已建立，。但和弹性力学类似，理论体系虽早已建立，但由于数学求解上的异常困难，能够用来解析求解的实际问题实在是少之又少，能够通过手算完成的也不过仅仅限于几个自由度的结构动力体系。因此，在很长一段时间，动力学的求解思想在工程实际中并未得到很好的应用，人们依然习惯于在静力学的畴用静力学的方法来解决工程实际问题。 随着汽车，飞机等新时代交通工具的出现，后工业革命时代各种大型机械的创造发明，以及越来越多的摩天大楼的拔地而起，工程界日新月异的发展和变化对工程师们提出了越来越高的要求，传统的只考虑静力荷载的设计理念和设计方法显然已经跟不上时代的要求了。也正是从这个时候起，结构动力学作为一门学科，也开始受到工程界越来越高的重视，从而带动了结构动力学的快速发展。 结构动力学这门学科在过去几十年来所经历的深刻变革，其主要原因也正是由于电子计算机的问世使得大型结构动力体系数值解的得到成为可能。由于电子计算机的超快速度的计算能力，使得在过去凭借手工根本无法求解的问题得到了解决。目前，由于广泛地应用了快速傅立叶变换（FFT），促使结构动力学分析发生了更加深刻地变化，而且使得结构动力学分析与结构动力试验之间的相互关系也开始得以沟通。总之，计算机革命带来了结构动力学求解方法的本质改变。 作为一门课程，结构动力学的基本体系和容主要包括以下几个部分：单自由度系统结构动力学，；多自由度系统结构动力学，；连续系统结构动力学。此外，如果系统上所施加的动力荷载是确定性的，该系统就称为确定性结构动力系统；而如果系统上所施加的动力荷载是非确定性的，该系统就称为概率性结构动力系统。 1.2主要理论分析 结构的质量是一连续的空间函数，因此结构的运动方程是一个含有空间坐标和时间的偏微分方程，只是对某些简单结构，这些方程才有可能直接求解。对于绝大多数实际结构，在工程分析中主要采用数值方法。作法是先把结构离散化成为一个具有有限自由度的数学模
大客车车身结构强度及刚度分析
xx彩霞xx 近年来，随着城市公共交通的不断发展，在经济发达、城市化水平高的大型及特大型城市对大型城市公交客车提出了更高的要求。对于国内的大客车而言，道路行驶条件较为严峻，通常为B级或C级路面。客车在高低不平、崎岖起伏的道路上行驶时，整个车身骨架会产生成为车架强度主要问题的反复约束扭转应力。因大客车车身是由空间骨架、抗弯薄板、壳体和应力蒙皮等构成的空间高次超静定结构。各杆件结构形状各异，而且杆件之间的连接也是多种多样，骨架受力情况比较复杂，难以用经典的理论方法进行研究。 本文运用有限元方法和电测量技术对某白车身结构进行了研究，并对构件的形状、布置以及板材厚度等影响进行了分析，通过反复模拟计算，设计出满足车身刚度和强度等性能要求的轻量化结构。 1模型的建立 1.1车身骨架模型 (1)整体坐标系的建立，以通过前轴中心线的垂直平面与客车纵向对称面的交线与车架上平面的交点为坐标原点；以客车前进的反方向为X轴的正方向；以从原 点垂直向上的直线为Z轴的正方向；由右手定则确定Y轴。 (2)本文应用ANSY&S序及车身结构模型化方面成功的经验，选取某半承载框 架式结构的大客车为研究对象，该车整个骨架由矩形钢管以及钢板冲压件 通过焊接而成。建立模型时取各构件之间的连接点、集中载荷的作用点作为有限元计算模型的节点。根据模型的简化原则，样车车身骨架被划分为1281个长 度不等，截面形状各异的单元和783个节点，见图1。 1.2车身有限元计算时载荷的处理 (1)对于车身骨架的白重，在软件前处理程序中输入骨架材料密度和重力加速度，程序便根据所输入的单元截面形状、实常数白动将单元载荷因子的信息计入总载荷，进行计算。
动力响应理论
第2章 动力响应理论 2.1引言 机柜结构动力响应的计算机仿真分析是以设备动力响应理论为基础的，是进行设备结构动力响应研究的一种有效手段。论文中主要研究设备动力响应两个方面的内容：设备结构固有特性分析和结构在地震波作用下的响应分析。固有特性分析可以得到结构的固有频率和固有振型，是进行响应分析的基础；地震波响应分析将得到设备响应的时间历程变化。在使用有限元工具对结构进行建模、分析之前必须掌握结构动力响应的理论和相关的有限元基本原理。因此，本章重点叙述了与设备结构动力响应相关的机械振动学理论及其有限元仿真技术。 2.2结构动力响应分析相关理论 2.2.1结构固有特性分析理论 机柜设备结构的固有特性包括固有频率和振型，是响应分析的基础。通过进行结构的固有特性分析可以使设计有效地避开结构的共振频率。机柜设备是一个复杂振动系统，在理论分析过程中，常常可以把机柜设备简化为多自由度集中参数系统。 一般，多自由度系统的自由振动方程可以写成如下形式： {}... []()[]{()}[]{()}{0}M x t C x t K x t ++= (21)a - 式中：[]M ， []C 和[]K 分别为系统的质量矩阵、阻尼矩阵和刚度矩阵;()x t 、 .()x t 、.. ()x t 分别为系统的位移列向量、速度列向量和加速度列向量。而多自由系统的无阻尼自由振动方程可以写成如下形式: {}.. []()[]{()}{0}M x t K x t += (21)b - 通常系统的自由振动是简谐振动，所以可以假设式 (21)b -的解为： {()}{}sin x t X pt = (22)- 式中：{}X 为系统的振幅列向量;p 为系统的自由振动频率。将(22)-代入(21)b -，就可以得到系统的振型方程，其具体形式如下： 2[][]{}{0}K M X p -= (23)- 可以看到，式(23)-是一个齐次线性方程组，根据线性代数知识，它具有非零解的充分必要条件为系数矩阵的行列式为零，亦即有下式成立。
触变性模型的结构动力学研究
５０国外油田工程第２６卷第１期（２０１０．１） 触变性模型的结构动力学研究 编译：侯磊（中国石油大学（北京）城市油气输配技术北京市重点实验室） 杨卫红（中国石油管道公司秦京输油气分公司） 审校：崔秀国（中国石油天然气股份有限公司管道分公司科技中心） 摘要结构动力学模型通常描述非弹性悬浮介质触变物系的流动行为，总应力分为 与结构有关的弹性应力和黏性应力。结构参 数动力学方程考虑剪切对结构裂降和建立的 影响效应以及布朗运动对结构建立的影响效 应，还考虑絮凝物的松弛和形变。动力学方 程和松弛方程都考虑时间常数的分布。采用 客观的参数估算法，通过实验数据将该模型 与文献中列出的２个代表性模型进行比较。 用剪切率突变引起的应力变化数据验证模 型。通过稳态和非稳态初始条件下的应力阶 跃实验评估模型预测弹性和黏性两部分应力 的准确性。 关键词触变性模型模型评价絮凝悬浮 ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００２—６４１Ｘ．２０１０．０１．０１４１引言 许多弱絮凝物系具有触变性，这意味着当剪切率突然增加时，黏度随时间逐渐降低，这种时间效应是可逆的，即当剪切率随后减小时黏度随时间升高。Ｍｅｗｉｓ和Ｂａｒｎｅｓ等学者对此进行了大量研究。触变性物系的时间效应与微观结构的裂降和建立有关。对触变性物系，应力松弛和第一法向应力差等黏弹性通常不明显。由于触变物系中的微观结构具有广泛性和复杂性，与微观结构模型相比，结构动力学模型更适于用作通常的触变模型。结构动力学模型方面的文献较多，但是模型评价仅局限于两种情况，一种是适用潜力的定性分析，另一种是通过有限的数据验证，在目前所查文献中极少有对模型的定量评价。近年来，有研究成果显示现有结构动力学模型也存在一定不足，本文提出一种新的结构动力学模型克服这些问题，该模型通过一系列剪切率突变引起的应力瞬变实验来评价，考虑了结构的破坏和恢复。 ２实验材料和方法 ２．１实验材料 使用两种不同的触变物系验证所建立的结构动力学模型。第１种物系是将熏硅颗粒分散在精炼石蜡油和低分子量聚异丁烯混合液中而成，所有的实验数据都是针对包含２．９％（体积分数）熏硅颗粒的悬浮液得到的，这些颗粒分散在由石蜡油和２７．５％（体积分数）聚异丁烯组成的牛顿体溶液中，悬浮液在２０℃时的黏度为０．６５Ｐａ?ｓ。第２种物系是将由３．２３％（体积分数）的碳黑颗粒分散在未加工的石脑油（２０℃黏度为１．４１Ｐａ?ｓ）中而成。这两种分散物系的流变数据都是在均匀流条件下获得的。 ２．２实验方法 通过控制应变流变仪测得２０℃时的稳态流动性质和应力变化。对熏硅分散物系，使用半径为２５ｍｍ、角度为０．０４ｒａｄ的钛锥板；对碳黑分散物系，使用半径为２０ｍｍ、角度为０．０４ｒａｄ的塑料锥板。通过取消过滤器和在扭矩连接器上加装８位数据采集卡来获取瞬时数据。 ３模型的建立 考虑一维结构动力学模型，剪切应力盯包括颗粒应力盯。和介质应力盯。： 盯（Ａ，ｙ）＝盯。（Ａ，ｊ，）＋ｄ。（，）（１）式中，ｊ，为剪切率；叉为结构参数，取值范围是ｏ～１；颗粒应力ｃｒｐ包括弹性应力盯；和黏性应力口ｉ５。 口（Ａ，ｊ，）＝盯；（Ａ，ｊ，）＋盯；“（Ａ，≯）＋仃。（夕）（２）对弹性应力ｄ：，用１个Ｍｕｊｕｍｂａｒ模型中的Ｈｏｏｋ弹簧来表示其受力机制；介质应力口。与介质黏度刀。成正比；颗粒黏性应力仃：：ｉ３由两部分构成：第１部分应力来源于结构完全破坏时的黏度舳和介质，黏度呀。的差，第２部分应力来源于可变结构的黏度增量粕。即使在稀释的触变性物系中，高剪切黏度弘也远大于介质黏度＇７。。因此，认为高剪切黏度与介质黏度是不同的。因此，式（２）变为： 万方数据
大系统机械结构动力响应分析平台
大系统动力响应分析平台 2011/1/14
大系统动力仿真分析平台分析对象示意图特点：有多个子系统部分结构用超单元 分析类型：模态分析谐波响应随机振动冲击响应传递函数
平台功能概述 软件环境： CAD软件：Pro/E … CAE前处理软件：I-DEAS… CAE求解器：NASTRAN… 功能概述： 1.CAE工作小组的人员能够平行开展子装配CAE模型的处理 2.子装配CAE模型可以方便快速地汇总成总体模型，各人的修改可以快速地在总 体模型中反映 3.部件之间连接形式：一般连接，滑移，弹性（阻尼）连接 4.根据需要引入超单元，自动处理超单元之间的连接，自动生成超单元刚度、质 量、阻尼矩阵的NASTRAN计算input文件，并调用NASTRAN进行计算 5.可以方便地定义计算系统（整个系统或分系统） 6.可以方便地对计算系统进行模态分析、谐波响应、随机振动、冲击、传递函数 等设置和计算，自动生成NASTRAN计算input文件，并调用NASTRAN进行计算 7.能够自动生成计算报告的主要内容 特点：按规范流程，使用大系统动力响应分析平台软件，一般的CAE分析工程师都能正确快速完成大型复杂系统动力响应分析
按照使用平台进行分析的总体流程，简要说明各个功能模块的实现原理。 1.UNV子装配（部件）模型读取 平台与分析起点的接口。读入内容包括节点、单元、坐标系、材料、物理属性、符合命名规则的组、R类型单元主节点系数、截面定义参数、位移约束等。 可以读入多个UNV模型，并按次序对所有节点、单元、坐标系、材料、物理属性进行编号，保证在分析各子系统和整机系统时节点、单元号的统一。 2.子装配（部件）连接关系生成 可以生成普通连接（RBE3单元）、滑移（变化RBE3单元从节点自由度）、弹簧阻尼连接（RBE3单元、新生成节点、弹簧阻尼单元）。 选择连接节点组、单元节点组、连接属性生成连接关系。组的定义在起点UNV模型中定义完整，可以选择手工连接和自动连接。其中新生成节点号、单元号、物理属性号在平台现有基础上递增。
客车车身结构及其设计
第5章客车车身结构及其设计 5-1 车身结构及其分类 客车与轨道交通车辆是现代社会中运输旅客的主要交通工具。在我国，客车是指在设计和技术特性上用于载运乘客及其随身行李的商用车。由于其载客量大，占地面积小，在我国应用广泛。客车由发动机、底盘、车身和电器设备等几大部分构成。作为客车的重要组成部分，车身的设计越来越受到重视，客车车身主要由骨架结构和蒙皮结构两部分组成。 在客车结构中，车身即是承载单元，又是功能单元。作为承载单元，由车身骨架与底架或车架（小型客车车身壳体与车架）组成的车身结构，在客车行驶中要承受多种载荷的作用。作为功能单元，车身应该为驾驶员提供便利的工作环境，为乘员提供舒适的乘坐环境，保护他们免受车辆行驶时产生的振动噪声和废气等的侵袭，以及外界恶劣天气的影响；同时在交通事故中，可靠的车身结构和乘员保护系统有助于减轻对乘员和行人造成的伤害；此外，合理的车身外部形状，以便客车行驶时能有效地引导周围的气流，提高车辆的动力性、燃油经济性和行驶稳定性，并改善发动机的冷却条件和车内通风。因此，客车车身对客车产品的设计制造有着十分重要的影响。 5.1.1、客车车身定义GB37301-88 在GB37301-88中，客车车身的定义为：具有长方形的车箱，主要用来装载乘员和随身行李。 5.1.2、客车车身分类方法 由于客车品种繁多，所以车身的分类形式也是多种多样的。常见的分类方法有按客车的用途、承载形式和车身结构进行分类。 1、按用途分类 按客车的用途可分为城市客车、长途客车、旅游客车和专用客车四类。 （1）城市客车 城市客车是为城市内公共交通运输而设计和装备的客车，如图5-1所示。这种车辆设有座椅及乘客站立的区域，由于乘客上下频繁，所以车厢内地板低、过道高、通道宽、座椅少、车门多，车窗大，并有足够的空间供频繁停站时乘客上下车走动使用。按运行特点，城市客车分为市区城市客车和城郊城市客车。为了满足大、中城市公共交通的需要及环保要求，城市客车正逐步向大型化、低地板化、环保化、高档化和造型现代化等方面发展。
结构动力学：理论及其在地震工程中的应用
5章 动力反应的数值计算 如果激励[作用力)(t p 或地面加速度)(t u g ]是随时间任意变化的，或者体系是非线性的，那么对单自由度体系的运动方程进行解析求解通常是不可能的。这类问题可以通过数值时间步进法对微分方程进行积分来处理。在应用力学广阔的学科领域中，有关各种类型微分方程数值求解方法的文献（包括几部著作中的主要章节）浩如烟海，这些文献包括这些方法的数学进展以及它们的精度、收敛性、稳定性和计算机实现等问题。 然而，本章仅对在单自由度体系动力反应分析中特别有用的很少几种方法进行简要介绍，这些介绍仅提供这些方法的基本概念和计算算法。尽管这些对许多实际问题和应用研究已经足够了，但是读者应该明白，有关这个主题存在大量的知识。 5.1 时间步进法 对于一个非弹性体系，欲采用数值求解的运动方程为 )(),(t p u u f u c u m s =++ 或者 )(t u m g - (5.1.1) 初始条件 )0(0u u = )0(0u u = 假定体系具有线性粘滞阻尼，不过，也可以考虑其他形式的阻尼（包括非线性阻尼），后面会明显看到这一点。然而由于缺乏阻尼信息．因此很少这样做，特别是在大振幅运动时。作用力)(t p 由一系列离散值给出: )(i i t p p = ,0=i 到N 。时间间隔 i i i t t t -=?+1 （5.1.2）
图5.1.1 时间步进法的记号 通常取为常数，尽管这不是必需的。在离散时刻i t （表示为i 时刻）确定反 应，单自由度体系的位移、速度和加速度分别为i u 、i u 和i u 。假定这些值是已知的，它们在i 时刻满足方程 i i s i i p f u c u m =++)( （5.1.3） 式中，i s f )(是i 时刻的抗力，对于线弹性体系，i i s ku f =)(，但是如果体系是非弹性的，那么它会依赖于i 时刻以前的位移时程和速度。将要介绍的数值方 法将使我们能够确定i +1时刻满足方程(5.1.1)的反应1+i u 、1+i u 和1+i u ，即在i +1时刻 1111)(++++=++i i s i i p f u c u m （5.1.4） 对于i =0，1，2，3，…，连续使用时间步进法，即可给出i =0，l ，2，3，… 所有瞬时所需的反应。已知的初始条件)0(0u u =)0(0u u =和提供了起动该方法的必要信息。 从i 时刻到i +1时刻的步进一般不是精确的方法，许多在数值上可以实现的近似方法是可能的。对于数值方法，有三个重要的要求：(1)收敛性一随着时间步长的减少，数值解应逼近精确解；(2)稳定性一在存在数值舍入误差的情况下，数值解应是稳定的；(3)精度一数值方法应提供与精确解足够接近的结果。这些重要的问题在本书中均作简要的讨论，全面的论述可在着重微分方程数值解法的书中找到。 本章介绍三种类型的时间步进法：(1)基于激励函数插值的方法；(2)基于速度和加速度有限差分表达的方法；(3)基于假设加速度变化的方法。前两类中各
飞行器结构动力学-期末考试(大作业)题目及要求
《飞行器结构动力学》 2019年-2020年第二学年度 大作业要求 一、题目： 1.题目一：请围绕一具体动力学结构，给出其完整的动力学研究报告， 具体要求： （1）作业最终上交形式为一个研究报告。 （2）所研究结构应为实际科学发展或生产生活中的真实结构，可对其进行一定程度的简化，但不应过分简化，不可以为单自由度 系统，若为多自由度系统，其自由度应不少于5。 （3）所研究内容应当围绕本学期所讲授的《飞行器结构动力学》课程内容展开，可以包含但不限于：不同研究方法的对比，对结 构动力学响应的参数影响研究，针对结构动力学响应的结构优 化设计，动力学研究方法的改进，结构动力特性影响机理分析 等。 （4）研究报告应至少包含8部分内容：摘要，关键词，引言，问题描述，分析方法，研究结果，结论，参考文献等，正文字号为 小四，1.5倍行距，篇幅不短于3页，字数不少于1500字。 2.题目二：请拟出一份《飞行器结构动力学试卷》并给出正确答案和评 分标准，具体要求： （1）作业最终上交形式为一份考试卷答案及评分标准，具体形式及格式参考附件。 （2）题目应当围绕本学期所讲授的《飞行器结构动力学》课程内容展开，且明确合理无歧义。 （3）卷面总分100分。其中，考察单自由度系统知识点题目应占总分值的30%~40%；考察多自由度系统知识点题目应占总分值的 15%~30%；考察连续弹性体系统知识点题目应占总分值的 15%~30%。考察结构动力学的有限元方法及数值解法占
15%~30%。 （4）试卷可以包含的题目类型为：单选题，填空题，简答题和计算题四类，题目类型应不少于2种，不多于这4种。其中计算题 为必含题目，且分值应不少于40%。 （5）每道题均应给出分值、标准答案和评分标准。 分值的安排应当合理并清晰，需针对每道具体题目给出。 标准答案应当正确无误，且清晰明确，包含整个分析或计算的流程步骤。针对概念或问答等类型题目，应当给出该问题及 答案的来源，并附图以证实。针对计算类型题目，应给出至少 两种不同计算方法及其相应的计算步骤和结果，以证实该结果 的正确性。 评分标准应当合理并清晰地给出标准答案和分值的对应关系，例如：填空题应给出每一空格的分值；简答题应细化给出 题目内所有的关键内容，并给出所有关键内容各自所对应的评 判标准及分值；计算题应依据计算步骤给出每一关键步骤对应 的评判标准及分值。 二、要求 1.大作业题目有两道，请自选其一完成。 2.大作业上交截止时间为2020年6月2日晚12点，逾期则认定为缺考 无成绩。 3.大作业评定分为5个等级，分别为：优（90~100分），良（80~90分）， 中等（70~80分），及格（60~70分）和不及格（60分以下）。其中由于 题目难易关系，若无抄袭情况出现，选择题目一的学生可以寻求任课 老师指导，且等级至少为良。 4.抄袭判定：上交作业若出现重复率超过30%情况则判定为抄袭，有7 天时间可以修改，修改后若仍旧为抄袭，则涉及学生均按照不及格处 理。 5.大作业相关参考资料见附件。
动载荷作用下的结构动力响应分析
在动载荷作用下的结构动力响应分析 一、问题的突出 1.求钢结构的动力学响应 2.结构及载荷数据 立柱间距长180，宽120；顶距 地面180 E=200GPa,v=0.3,p=7800kg/m3 A=100kg, w=20π 二、有限单元模型建立 1.单元类型选择以及截面性质定义 FINISH /CLE /PREP7 ET,1,BEAM188 mp,ex,1,200e9 mp,nuxy,1,0.3 mp,dens,1,7800 !截面1 sectype,1,beam,I secoffset,cent secdata,0.12,0.12,0.1212,0.00605, 0.00605,0.0039 !截面2 sectype,2,beam,I secoffset,cent secdata,0.06535,0.06535,0.0805,0.00465,0.00465,0.00285 !截面3 sectype,3,beam, HREC secoffset,cent secdata,0.06,0.06,0.0025,0.0025,0.0025,0.0025
选择Y方向为立柱方向，通过由下向上建模即由关键点到线。k,1, k,2,1.8 k,3,1.8,,1.2 k,4,,,1.2 k,5,,1.5 k,6,1.8,1.5 k,7,1.8,1.5,1.2 k,8,,1.5,1.2 l,1,5 l,2,6 l,3,7 l,4,8 k,9,1.8/2,1.8,1.2/2 l,9,5 l,9,6 l,9,7 l,9,8 l,5,8 l,8,7 l,7,6 l,6,5 3.对于不同的杆赋予不同的截面性质，并进行网格划分 lsel,s,,,1,4,1 lplot lesize,all,0.04 secnum,1 lmesh,all lsel,s,,,9,12 lplot lesize,all,0.04 secnum,2 lmesh,all lsel,s,,,5,8,1 lplot lesize,all,0.04 secnum,3 lmesh,all
用有限元方法进行摩托车动力响应分析报告
用有限元方法进行摩托车动力响应分析 文＞＞月辉史春涛骞郝志勇 摘要本文采用有限元方法对某125型骑式摩托车进行了动力响应分析。文章首先建立了摩托车整车的有限元模型，并利用该模型进行摩托车整车的动态特性计算，取得了和实验模态分析一致的结果。而后分析了摩托车在发动机激励和路面不平度激励下的整车动力学响应特性，得出了具有工程参考价值的结论。 关键词摩托车应力有限元法 本文采用有限元方法研究了摩托车整车结构的动态特性，并进行了在各种激励作用下的动力响应分析，得到了发动机车架的应力场，可用于进一步的摩托车强度分析。 1、摩托车有限元模型的建立 摩托车有限元模型如图1所示。 摩托车的车架结构大多是由各种截面形状的梁组合而成的空间框架结构，而且其截面尺寸，包括直径、壁厚，与构件长度相比很小，因此选用空间的直梁或者曲梁单元来离散车架结构，而车架的一些板件和加强盘可以采用空间板元模拟，各种梁单元的截面力学特性可用有限元程序的前处理模块或CAD软件计算。 摩托车的发动机具有较大质量，同时也具有很大刚度。考虑到发动机在车体结构中所起的作用及变形小的特点，将发动机简化为若干个板单元，这些板的总质量应与发动机的质量相同。然后，根据发动机与车架的实际连接方式，将由这些板单元模拟的发动机与车架组装到一起。 摩托车的减振器主要作用是支撑车体并缓和振动与冲击。考虑到减振器的结构与作用，简化后减振器的模型在受到载荷时应具有较大的轴向位移，同时又要有较大抗弯刚度。本文把减振器简化为一种梁单元和弹簧阻尼单元的综合体--- 轴向刚度由弹簧阻尼单元提供，而抗弯刚度由梁单元提供。 摩托车车轮主要由轮胎和轮辋组成，其中轮胎直接与路面接触，与摩托车悬挂共同缓和摩托车行驶时所受到的冲击，并协助减振，轮辋是固定轮胎的骨架，它与轮胎共同承受作用在车轮上的负荷。轮辋可以采用若干个梁单元模拟，轮胎则可用
大客车车身结构强度及刚度分析
大客车车身结构强度及刚度分析 作者：斯彩霞杨绪红 近年来，随着城市公共交通的不断发展，在经济发达、城市化水平高的大型及特大型城市对大型城市公交客车提出了更高的要求。对于国内的大客车而言，道路行驶条件较为严峻，通常为B级或C级路面。客车在高低不平、崎岖起伏的道路上行驶时，整个车身骨架会产生成为车架强度主要问题的反复约束扭转应力。因大客车车身是由空间骨架、抗弯薄板、壳体和应力蒙皮等构成的空间高次超静定结构。各杆件结构形状各异，而且杆件之间的连接也是多种多样,骨架受力情况比较复杂，难以用经典的理论方法进行研究。 本文运用有限元方法和电测量技术对某白车身结构进行了研究，并对构件的形状、布置以及板材厚度等影响进行了分析，通过反复模拟计算，设计出满足车身刚度和强度等性能要求的轻量化结构。 1 模型的建立 1.1 车身骨架模型 （1）整体坐标系的建立，以通过前轴中心线的垂直平面与客车纵向对称面的交线与车架上平面的交点为坐标原点；以客车前进的反方向为X轴的正方向；以从原点垂直向上的直线为Z轴的正方向；由右手定则确定Y轴。 （2）本文应用ANSYS程序及车身结构模型化方面成功的
经验，选取某半承载框架式结构的大客车为研究对象，该 车整个骨架由矩形钢管以及钢板冲压件通过焊接而成。建立模型时取各构件之间的连接点、集中载荷的作用点作为有限元计算模型的节点。根据模型的简化原则，样车车身骨架被划分为1281个长度不等，截面形状各异的单元和783个节点，见图1。 1.2 车身有限元计算时载荷的处理 （1）对于车身骨架的自重，在软件前处理程序中输入骨架 材料密度和重力加速度，程序便根据所输入的单元截面形状、实常数自动将单元载荷因子的信息计入总载荷，进行计算。（2）对乘客和座椅质量分别在相应受力点上施力。对于车 窗玻璃质量，考虑窗框质量，取系数k=1.2，以均布载荷的形式加到车身骨架腰梁的相应单元(构件)上。对于底盘各总成质量，以静力等效的原则按实际位置以集中载荷施加。（3）车架的两根纵梁均为开口薄壁结构，截面形心和弯曲 中心不相重合。如图2所示，取弯心轴OL为X轴，按右手坐标系建立单元局部坐标系OXYZ，形心坐标系C，这时单元杆的轴线即为截面弯心的连线，而杆单元上的作用载荷P1、P2等在向节点处的简化时，有一个对纵梁产生扭转的附加 局部扭矩。 1.3 车身有限元计算时工况的选取 1.3.1 弯曲工况
柔性多体动力学建模
柔性多体动力学建模 、仿真与控制 近二十年来，柔性多体系统多力学（the dynamics of the flexible multibody systems）的研究受到了很大的关注。多体系统正越来越多地用来作为诸如机器人、机构、链系、缆系、空间结构和生物动力学系统等实际系统的模型。huston认为： “多体动力学是目前应用力学方面最活跃的领域之一，如同任何发展中的领域一样，多体动力学正在扩展到许多子领域。最活跃的一些子领域是： 模拟、控制方程的表述法、计算机计算方法、图解表示法以及实际应用。这些领域里的每一个都充满着研究机遇。”多柔体系统动力学近年来快速发展的主要推动力是传统的机械、车辆、军械、机器人、航空以及航天工业现代化和高速化。传统的机械装置通常比较粗重，且*作速度较慢，因此可以视为由刚体组成的系统。而新一代的高速、轻型机械装置，要在负载/自重比很大，*作速度较高的情况下实现准确的定位和运动，这是其部件的变形，特别是变形的动力学效应就不能不加以考虑了。在学术和理论上也很有意义。 关于多柔体动力学方面已有不少优秀的综述性文章。 在多体系统动力学系统中，刚体部分： 无论是建模、数值计算、模拟前人都已做得相当完善，并已形成了相应的软件。但对柔性多体系统的研究才开始不久，并且柔性体完全不同于刚性体，出现了很多多刚体动力学中不呈遇到的问题，如： 复杂多体系统动力学建模方法的研究，复杂多体系统动力学建模程式化与计算效率的研究，大变形及大晃动的复杂多体系统动力学研究，方程求解的stiff数值稳定性的研究，刚柔耦合高度非线性问题的研究，刚-弹-液-控制组合的复杂多体系统的运动稳定性理论研究，变拓扑结构的多体系统动力学与控，复杂多体系统动力学中的离散化与控制中的模态阶段的研究等等。柔性多体动力学而且柔性多体动力学的发展又是与当代计算机和计算技术的蓬勃发展密切相关的，高性能的计算机使复杂多体动力学的仿真成为可能，特别是计算机的功