论文题目: 车辆弹性元件振动冲击波动机理及其应用研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 机械制造及其自动化
作者: 符朝兴
导师: 王秀伦
关键词: 车辆振动,波动力学,高频振动,弹性元件,应用研究
文献来源: 大连交通大学
发表年度: 2005
论文摘要: 车辆的振动和噪声是影响汽车行驶舒适性的两个最主要的因素。随着车速的提高,路面不平度的激振力也不断加大。高频段的振动能量成为激发车身部件振动并辐射噪声的主要能源。为此,对悬架系统隔振的研究必须向更高的频率范围扩展。在车辆中,弹性元件的特性是影响车辆振动的主要因素,要研究车辆的高频振动,必须分析车辆各种隔振元件的高频传递特性,它是车辆振动研究的基础。论文尝试用冲击波动理论去分析车辆的高频振动,揭示车辆高频振动的一些现象,以提高车辆的振动控制能力。论文把车辆隔振元件作为具体的研究对象,也就是把理论研究直接面对实际产品,可以提高我国车辆产品的设计水平及竞争力。基于上述观点,进行下面的研究工作。 1、建立了车辆常用三种弹性元件的波动方程,提出求解其传递特性的方法,并推导出弹性波在三种弹性元件中的传递速度,对沿弹性元件传播的位移、速度、应力、应变和作用力的传递特性进行了探讨,分析了弹性单波沿弹性元件传播时的求解方法及波动干涉问题,对钢板弹簧横向振动三个波动方程的应用范围进行分析,利用直杆状模型推导了螺旋弹簧的波阻公式。探讨了三种弹性元件波动传递特性的异同。可以得出,螺旋弹簧的传递特性与长直弹性杆的传递特性相同,钢板弹簧弯曲波动方程不适合分析高频振动,其剪切波动方程及转动惯量波动方程可以描述高频振动,但应该注意应用范围,在实际车辆中螺旋弹簧与扭杆弹簧的剪切波动传递速度相差很大。 2、应用三种弹性元件的波动传递特性,探讨其单自由度系统受短波冲击的求解方法。并对它们的响应进行分析,探讨了弹簧刚度变化对其响应的影响。得出不同的模型对位移、速度的响应影响比较小,对加速度响应影响比较大。 3、应用古典振动理论及冲击波动理论,对三种弹性元件悬架车辆的振动进行模拟并对响应进行分析。提出用冲击波动力学分析车辆振动的理论依据,由此建立车辆的波阻力及变形力振动模型。通过冲击波影响弹簧的长度及其对应的质量,建立了弹簧惯性力及变形力车辆振动模型。综合多种因素,建立螺旋弹簧悬架车辆振动的波动理论模型,探讨了模型的求解方法,并对各种模型从理论和解法两个方面进行对比。仿真验证冲击波动理论模型与古典振动理论模型在低频段的一致性及弥补后者不能表达高频振动的缺陷。提出了在波动理论下弹簧多参数的应用方法及悬架高频响应的模拟方法。并以螺旋弹簧悬架为代表,对车辆振动的时域响应进行分析。 4、应用螺旋弹簧的波动传递特性,依据波动冲击理论建立车辆受冲击两自由度模型。在考虑弹性元件的具体结构的情况下,模拟车辆在不同频率冲击下的稳态响应。揭示了车辆地板及车桥在一些频带有过大响应的原因。 5、应用古典振动理论及冲击波动理论,分别对扭杆悬架车辆、螺旋弹簧悬架车辆及钢板弹簧悬架车辆的振动进行模拟,并根据实际情况,把三种悬架的具体模型转化为统一模型。在当前悬架设计理论的基础上,考虑弹性元件的波阻力及惯性力,对弹性元件进行重新设计,分析两种参数对车辆高频振动的影响。为车辆模拟方法的多样性及悬架设计考虑高频因素等车辆振动有关问题的解决提供参考。 6、进行车辆振动的实验,分别测量车桥及车辆弹性元件上方地板的频域振动情况。验证波动理论应用在车辆振动研究的正确性,验证把车辆高频振动理解为冲击振动的正确性,
论文目录:
第一章 绪论
1.1 现代车辆振动研究状况及问题的提出
1.1.1 车辆振动研究的发展过程
1.1.2 车辆振动及理论研究现状
1.1.3 波动理论在车辆振动的研究状况
1.1.4 现代车辆振动研究存在问题
1.2 本文研究工作的意义和主要内容
1.2.1 问题的提出及课题研究的意义
1.2.2 课题研究的主要内容
本章小结
第二章 螺旋弹簧的波动传递特性分析
2.1 螺旋弹簧的轴向波速常见推导方法
2.2 螺旋弹簧的轴向波速新的推导
2.3 螺旋弹簧对运动学参数及物理量的传递特性
2.4 螺旋弹簧波阻
2.5 弹性波在弹簧中的传递过程分析
2.5.1 弹性单波在无限长的弹簧中传播
2.5.2 螺旋弹簧中波动的干涉问题
本章小结
第三章 螺旋弹簧受短波冲击的瞬态响应研究
3.1 以波动理论的观点分析力在弹簧内的传播
3.1.1 波传播时弹簧的状态变化
3.1.2 弹簧受到扰动刚度的推导
3.1.3 弹簧受到高频冲击的理论分析
3.2 古典振动理论单自由度系统的运动方程建立及响应求取
3.2.1 建立运动方程
3.2.2 冲击力作用在质点m上响应
3.2.3 系统对基础扰动的响应
3.3 波动理论方程的建立及求取响应
3.4 实例分析
3.4.1 对于形如m(x|¨)+kx(t)=F(t)及m(x|¨)(t)+Z(x|·)(t)=F(t)的求解
3.4.2 对于形如m(x|¨)+kx(t)=kx_0(t)及m(x|¨)(t)+Z(x|·)(t)=kx_0(t)的求解
3.4.3 圆周频率对响应的灵敏度分析
本章小结
第四章 螺旋弹簧悬架车辆振动的波动理论建模及频响分析
4.1 用冲击波动力学分析车辆振动的理论依据
4.2 依据古典振动学及波动力学理论建立车辆振动模型
4.3 依据冲击波动力学理论建立二自由度的车辆振动模型
4.3.1 模型的建立及求解
4.3.2 各种情况的讨论分析
4.3.3 算例分析
本章小结
第五章 螺旋弹簧悬架车辆受短波冲击的稳态响应研究
5.1 车辆受短波冲击过程分析
5.1.1 短波冲击过程的数学建模
5.1.2 系统受不同频率冲击的响应分析
5.1.3 算例分析
5.2 变波阻螺旋弹簧悬架车辆受短波冲击的稳态响应研究
5.2.1 变波阻螺旋弹簧短波冲击过程的数学建模
5.2.2 系统受不同频率冲击的响应分析
5.2.3 算例分析
本章小结
第六章 扭杆弹簧悬架车辆高频振动特性分析
6.1 扭杆弹簧的波动传递特性分析
6.1.1 扭杆弹簧的扭转自由振动运动方程的建立
6.1.2 扭杆弹簧对运动学参数及物理量的传递特性
6.1.3 扭杆弹簧波阻
6.2 扭杆弹簧受短波冲击的响应研究
6.2.1 以波动理论的观点分析力在弹簧内的传播
6.2.2 波动冲击理论分析单自由度系统振动
6.2.3 算例分析
6.3 扭杆弹簧与螺旋弹簧独立悬架车辆高频振动的比较分析
6.3.1 求弹性元件当量刚度及波阻
6.3.2 两种悬架高频影响因素分析
6.3.3 算例分析
本章小结
第七章 钢板弹簧悬架车辆高频振动特性分析
7.1 钢板弹簧的波动传递特性分析
7.1.1 钢板弹簧的横向振动运动方程的建立
7.1.2 只考虑弯曲变形产生的横向运动轴向波速研究
7.1.3 钢板弹簧对运动学参数及物理量的传递特性
7.1.4 钢板弹簧波阻
7.2 单片钢板弹簧受短波冲击的瞬态响应研究
7.2.1 以波动理论的观点分析力在弹簧内的传播
7.2.2 波动冲击理论分析单自由度系统的运动
7.2.3 算例分析
7.3 钢板弹簧两种波动方程受短波冲击稳态响应研究
7.3.1 车辆受短波冲击过程分析
7.3.2 单自由度钢板弹簧悬架车辆受短波冲击的稳态响应研究
7.4 钢板弹簧与螺旋弹簧悬架车辆高频振动的比较分析
7.4.1 建立两种弹性元件悬架的振动方程
7.4.2 两种悬架高频影响因素分析
7.4.3 两级钢板弹簧悬架车辆受短波冲击的响应研究及算例分析
本章小结
第八章 车辆高频振动实验研究
8.1 车辆随机振动测试
8.2 实验数据处理
8.3 实验结果分析
8.3.1 螺旋弹簧悬架车辆的振动实验分析
8.3.2 扭杆弹簧悬架车辆的振动实验分析
8.3.3 钢板弹簧悬架车辆的振动实验分析
本章小结
总结与展望
总结
未来研究展望
本文的创新点
参考文献
攻读博士学位期间发表的学术论文
攻读博士学位期间从事科研项目
致谢
发布时间: 2005-10-26
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