[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

说明书

本发明公开了一种在越野道路随机激励下及工作装置的应力计算方法，方法包括：使用GRNN神经网络方法对越野路面的载荷进行反向识别，构建出路面PSD；通过约束车轮与地面接触点处对车辆的模态分析；使用随机动力学分析方法得到模态应力分量的均值与协方差矩阵；最后使用奇异值分解技术与近似逆卡方累积密度函数的方法，快速估算结构VonMises应力。本发明能够对车辆及其工作装置在越野道路的路面功率谱密度的进行快速识别，并能够快速、准确的计算出受动态随机载荷时车辆结构及其工作装置的结构应力。

技术领域

本发明属于车辆及其工作装置结构动态设计技术，具体涉及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。

背景技术

工程机械、特种作业车辆、消防车等车辆在转场或行进过程中，常需高速行驶在非铺装道路上，非铺装道路的路面随机激励对这类车辆及其工作装置的结构产生复杂的应力，这些应力大小直接影响车辆及其工作装置使用寿命和可靠性，因此对非铺装道路路谱的快速识别计算，并将非铺装道路路谱用于车辆及其工作装置结构应力的快速、准确的计算就显得重要和必要。

越野道路路面功率谱密度的准确获取直接影响车辆及其工作装置应力的分析和评价。常规路面功率谱密度是通过专用路谱采集设备获取，但这些设备仅使用于铺装道路上，对非铺装的越野道路功率谱的准确识别有一定难度；除专用设备外有通过加速度传感器进行载荷识别方式获取路谱的方法，但现有方法仅考虑了悬架动行程对车身加速度的影响并未考虑车轮弹性系统的影响，而轮胎的固有频率在越野道路的路面功率谱的频率范围内，对车辆及其工作装置的结构应力有一定的影响。

车辆及其工作装置通常由车辆底盘系统、驾驶室和工作装置三部分组成，其中车辆底盘系统由轮胎、悬架、车桥和车架等组成，工作装置根据使用情况，可能会有很大变化。以消防车为例说明，消防车工作装置含有水炮、水罐、泡沫罐、后备发动机、水带等特殊工作装置，其中水罐、泡沫罐的罐体结构对外部振动激励就很敏感；同时消防车的驾驶室、动力总成、水罐、泡沫罐等重量通常较大，它们通过车架连接在一起，而车架柔性安装于悬架系统和车轮之上，其整体模态频率一般较小，容易受到悬架和轮胎固有频率的影响；而现有计算车架结构模态时，常在悬架与车架连接点处进行全约束，并没有考虑悬架系统和车轮的柔性特性对车架结构的影响，所计算得到的车架结构的模态频率较实际情况偏大，对车辆及其工作装置整体动态应力计算容易出现偏差。

VonMises应力是用于结构失效评估的重要判据之一；VonMises应力计算准确与否直接影响后续的疲劳预测以及可靠性计算，准确、快速的计算VonMises应力是可靠性计算过程中关键的环节。

通过随机振动响应分析可以直接得到系统的加速度、位移、应力分量的时域响应或者这些分量的功率谱密度函数，这些分量在统计学特性上呈现的是服从高斯分布的特性，然而VonMises应力是各应力分量的二次函数关系，因此其统计特性不再服从高斯分布特性，其应力通常不能通过有限元方法直接计算得到。

现有的VonMises应力方法一般通过估算公式进行估算，或者通过时域方法计算得到，再不就是使用功率谱密度和VonMises应力的均方根的方法进行迭代计算得到。这些方法存在计算不准确或计算过程繁琐的问题。

综上所述，非铺装道路的路面功率谱的准确、快速的获取方法并对受该激励的车辆及其工作装置的动态应力的快速、准确的计算方法进行研究就显得尤为重要。

发明内容

本发明的目的在于提供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，能够对车辆及其工作装置在越野道路的路面功率谱密度的进行快速识别，并能够快速、准确的计算出受动态随机载荷时车辆结构及其工作装置的结构应力。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种在越野道路随机激励下车辆结构的应力计算方法，方法步骤如下：