[发明专利]在越野道路随机激励下车辆及工作装置的应力计算方法

权利要求书

1.一种在越野道路随机激励下车辆及工作装置的应力计算方法，其特征在于，方法步骤如下：

步骤S1：在试验车上设置GPS车速传感器，在试验车的悬架上设置悬架位移行程传感器，在悬架与车身连接处设置车身加速度传感器，在车内设置多通道同步数据采集系统，在平直试验道路上安装脉冲输入凸块，试验车以一定车速通过脉冲输入凸块，采集上述GPS车速传感器、悬架位移行程传感器和车身加速度传感器的测试数据；

步骤S2：对试验车辆使用广义回归神经网络模型GRNN和二自由度振动系统动力学模型辨识轮胎参数和悬架参数，从而计算得到轮胎-悬架系统的频率响应函数；

步骤S3：当试验车辆以等间隔的若干组车速匀速地在越野道路上行驶时，采集车速信号和加速度传感器的车身加速度信号；

步骤S4：通过GRNN和轮胎-悬架系统的频率响应函数；得到该试验车辆在当前车速下的越野路面加速度输入功率谱密度函数PSD；

步骤S5：车辆及其工作装置的有限元模型包括车辆底盘系统模型、工作装置模型和驾驶室模型，其中车辆底盘系统包括轮胎模型、悬架模型、车架模型和车桥模型，工作装置根据实际情况进行建模；

使用有限元软件计算在车轮与路面接触点约束下，考虑轮胎与悬架弹性支撑的车辆及其工作装置的模态，包含模态频率和模态阵型；

步骤S6：使用有限元法的随机动力学方法，以路面加速度输入功率谱密度函数PSD为激励，车辆及其工作装置模态为计算对象，求得车辆及其工作装置的模态应力；因各模态应力服从正态分布，得到应力协方差矩阵S_σ；

步骤S7：使用SVD方法分别得到VonMises应力系数矩阵V的正交矩阵U_V、对角矩阵∑_V和应力协方差矩阵S_σ的对角阵D；

步骤S8：计算概率为p条件下的卡方概率对角阵G_p；

步骤S9：由应力协方差矩阵S_σ的对角阵D对角元素组成的列矩阵d，及矩阵d的最大元素，使用构造的逆卡方累积分布函数计算得到超过1-p概率下的VonMises应力

步骤S10：将计算得到的VonMises应力映射到对应的单元节点上绘制得到在概率为p条件下的VonMises应力均方根的分布云图。

2.根据权利要求1所述的在越野道路随机激励下车辆及工作装置的应力计算方法，其特征在于：上述步骤S2中，脉冲输入凸块使用GB4970-2009中规定的三角形状的单凸块的尺寸定义，所识别的是一个线性二自由度振动系统，该系统中轮胎参数包括簧下质量m₁和轮胎刚度K_t，悬架参数包括簧上质量m₂、悬架刚度K、悬架阻尼C；通过脉冲输入试验测得三角形脉冲位移激励信号，系统输出信号包括车身加速度信号和悬架行程信号，使用GRNN辨识出该线性二自由度振动系统中轮胎参数与悬架参数，并得到二自由度振动系统的频率响应函数。

3.根据权利要求1所述的在越野道路随机激励下车辆及工作装置的应力计算方法，其特征在于：上述步骤S4中，以10的整数倍对车速进行分类，将同一车速区间范围内的悬架行程信号和车身加速度信号样本截断出来，并按照同一时间轴所对应的信号通道将信号样本合并在一起，即得到试验过程中低速到高速行驶在越野道路上的不同车速区间的信号样本；对某一车速区间内加速度信号样本使用快速傅里叶变换和功率谱的自相关分析，得到车身加速度信号的功率谱密度信号，该信号被截断在0.1-80Hz范围内，频率间隔Δf＝0.1Hz，最后由GRNN辨识出该测试车辆受到的路面加速度输入功率谱密度函数PSD的近似模型

4.根据权利要求1所述的在越野道路随机激励下车辆及工作装置的应力计算方法，其特征在于：上述步骤S5中，在有限元软件中，将车轮与路面的接触点处进行全约束，建立具有帘布层内部充气的轮胎有限元模型和具有摆臂的悬架有限元模型，考虑了轮胎和悬架的弹性支撑作用对车辆及其工作装置模态的影响。