车辆振动学的思考（一）

2017-02-15 by:CAE仿真在线来源:互联网

作者:偶然

文章起缘

三月,春日的暖阳洒在河面上,金光闪闪,随着河面的涟漪起伏跳动。河边的柳树枝上冒出点点绿,柳条随着咋冷含暖的春风轻轻飘舞。路边的桃花、玉兰花,争相开放,粉的,白的,深红的,五彩纷呈。泥土润了,草儿们睁开了惺忪的眼睛,拼命地钻出地面,露出了尖尖的小脑袋,用嫩绿色的容颜给花儿做着衣裳,衬出它们的娇艳与多彩,泥土的清香夹杂着花的幽香扑面而来,让人沉醉。

此时此景,一如我从繁重的学业走出来的心境一样,对未来充满希望。经历过漫长冬季的萧瑟与挣扎,面对新生时如同大梦初醒。我深深地知道,曾经走过的路只是一段经历,而非结果。四季轮回中,终点,也是新的起点。任何的研究领域都具有无限的空间,我们还需不断的努力。

恩师生前为车辆减振研究做出了数年的努力和积累。他是一位虔诚的学者,所有的研究都是基于国家的需要。他的精神,如同白白的玉兰花,素装淡裹,晶莹皎洁,具有出污泥而不染的高尚情怀。我很想穷尽自己的后半生,将恩师及同门对于车辆减振方面所做的研究结果进行整合,期望将来的某一日出版,不负他曾经的期望。

因此,我想努力每周写一篇文字,记录自己对车辆振动学的思考。因为知识面、实践水平、研究思路和文字表达的局限性,难免有疏漏与不足,欢迎在车辆振动相关行业的同仁共同交流,探索。

一车辆振动的概念

车辆是由多个系统组成的复杂的振动系统,有发动机和传动系统的振动、制动系统的振动、转向系统的振动、车身和车架系统的振动以及悬架系统的振动。路况的变化和操纵需求的变化亦对车辆振动特性的存在影响。

随着机械技术的发展,人们对生活品质要求的提高,车辆的减振与降噪越来越成为厂家关注热点之一。激励源的分析,振动与噪声的测试,减振与降噪的实现手段(新型阻尼材料的选用,减振控制装置的设计与研发等),减振装置中刚度与阻尼的不同匹配性能,减振装置性能与成本之间的折衷,车辆轻型化与系统稳定性都对研究者提出了更高的要求,努力需要继续。随着系统的技术性能的提高,系统的复杂性和成本也随之提高。

记得有一位大学生问我:振动系统中的阻尼取多少比较好?有什么确定的值?我一时无法精确的回答。从他的问题里,反映出了大学生的思维:总是希望寻找一个最优的答案,或者说确切的答案。而实际的研究中,任何一个系统选用的阻尼材料及阻尼机构,均是各种因素的折衷,这个需要根据实际情况进行分析,如下图中为车辆采用行车高度控制悬架、空气悬架、和油气悬架时,车辆的各项性能的对比。

二车辆振动学的研究内容

理论力学中的动力学有两个研究内容:一、知道力,研究物体的运动;二、知道物体的运动,研究其受力。车辆振动学的研究与其相似,亦有两个方向:一,知道振动特性,优化产品结构,设计阻尼元件或装置,进行减振降噪;二是,研究不同元件及介质的减振特性,对系统的振动性能影响规律。(这是个人理解,如有不同观点或理解,欢迎交流)

在这两个研究内容中,有着许多的研究分支:阻尼材料的特性、尺寸的影响,阻尼装置的结构尺寸设计,阻尼装置的内特性产生机理及外特性影响;阻尼控制机构的机械部分及控制系统软件硬的设计;阻尼理论模型的建立及仿真手段的研究;每一种阻尼系统对振动特性的影响规律的评价;刚度与阻尼的匹配在不同的激励下的影响规律等等。

在机械制图中,学习的顺序为:点、线、面、体、零件、构件、部件、到最终的装配体,我们的研究从简单走向复杂。那么,对于振动的研究,亦服从此规律。振动现象遍布于机械、建筑、医疗、航空航天等众多领域。研究振动的机理,探索振动特性,设计经济合理的减振装置,避免或减少系统振动的损害是振动学研究者努力的方向之一。

在振动的研究中,理论研究是基础,试验是验证手段,仿真是在理论及试验验证的基础上,进一步拓展研究对象的内部特性及外特性影响规律。我初步计划,针对前人在车辆振动领域不同的理论研究、试验和仿真的研究结果进行分期探讨。

三车辆振动学的理论研究

数学本身是对客观物理世界的抽象,借用数学的办法,对振动系统进行理论分析。我们所研究的对象,都是复杂的系统。当建立的模型越复杂,越接近实际情况,也越能进行逼真的模拟,但是参数获取的难度增加,求解的难度更高,分析困难程度越高。建立的模型越简单,分析越容易,但得到的结果与实际的符合程度存大较大的差异。在建立振动系统的力学模型时,总是在求得简化表达和逼真模拟两者之间进行折中。

1.简化模型

当研究车辆的基本振动特性时,可将车辆简化为四分之一车体单自由度模型。