CN111581716B - 一种环道加速加载装置动力学性能的仿真方法 - Google Patents

一种环道加速加载装置动力学性能的仿真方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种环道加速加载装置动力学性能的仿真方法，包括：在三维实体造型软件中分别建立环道加速加载装置中的多个子装配体的三维实体模型，并进行简化；将简化后的环道加速加载装置的子装配体的三维实体模型分别导入多体动力学仿真软件中；在多体动力学仿真软件中分别为各个子装配体添加装配体内约束；建立环道加速加载装置的总体文件，各个子装配体对应的文件导入总体文件中，并添加子装配体之间的约束；添加路面及轮胎的三维实体模型；在总体文件中根据不同工况施加牵引力及液压缸压力，模拟环道加速加载装置的运行情况，仿真结束后导出各类表征动力学性能的特征参数。本发明能够降低试验成本，提高设计效率，缩短产品开发时间。

Description

一种环道加速加载装置动力学性能的仿真方法
技术领域
本发明涉及加速加载系统仿真技术领域，特别涉及一种环道加速加载装置动力学性能的仿真方法。
背景技术
随着计算机技术与仿真技术的发展，功能化虚拟样机已经广泛用于复杂产品设计与分析中。基于商用软件和计算多体动力学的动力学虚拟试验样机构建及其仿真分析。为产品设计、性能分析、故障预测与诊断、可靠性分析等设计和分析提供了技术手段。
环道加速加载系统在通过加载车来模拟真实轴载在足尺试验路段测试路面材料和路面结构性能方面具有广泛的运用前景。但其由于是近年来新发展的装置，学界对装置运行过程及对装置本身性能研究较少。其运行过程中的动力学性能主要通过理论公式法计算，由于考虑的因素较少，计算结果存在较大的偏差。而现场测试等方法又受到传感器技术的限定，使得到的结果不够精确。
与传统的基于理论计算或现场测试的方法相比，采用仿真的手段，不仅能够较全面的得到环道加速加载装置的动力学性能，而且采用仿真模型替代传统设计开发模式下的物理样机模型，降低了产品的开发成本，缩短了产品的开发周期。同时，利用仿真的手段，模型参数修改方便，能够实现设计的多样化，有利于产品的优化设计。
发明内容
本发明的目的在于提供一种建模过程工作量小、效率高、模型可以重复利用的环道加速加载装置动力学性能的仿真方法，该方法不仅能够有效探究环道加速加载装置的动力学性能，并且也能降低试验成本，提高设计效率，缩短产品开发时间。
为解决上述技术问题，本发明的实施例提供如下方案：
一种环道加速加载装置动力学性能的仿真方法，包括以下步骤：
S1、在三维实体造型软件中分别建立环道加速加载装置中的多个子装配体的三维实体模型，并进行简化，所述多个子装配体包括：路面结构子装配体、运动装置子装配体、双桥后悬架总成子装配体、钢板弹簧子装配体；
S2、利用所述三维实体造型软件与多体动力学仿真软件的接口，将简化后的环道加速加载装置的子装配体的三维实体模型分别导入所述多体动力学仿真软件中；
S3、在所述多体动力学仿真软件中分别为各个子装配体添加装配体内约束；
S4、建立环道加速加载装置的总体文件，在所述多体动力学仿真软件中将各个子装配体对应的文件导入总体文件中，并添加子装配体之间的约束；
S5、添加路面及轮胎的三维实体模型，并根据需求进行修改；
S6、在总体文件中根据不同工况施加牵引力及液压缸压力，模拟环道加速加载装置的运行情况，仿真结束后导出各类表征动力学性能的特征参数。
优选地，所述三维实体造型软件为SolidWorks软件，所述多体动力学仿真软件为ADAMS软件；
在步骤S1中，利用SolidWorks软件分别建立环道加速加载装置中的多个子装配体的三维实体模型，并进行简化；
在步骤S2中，简化后的环道加速加载装置的子装配体的三维实体模型通过ADAMS软件的Car模块导入；
在步骤S4中，利用ADAMS软件的View模块将各个子装配体对应的文件导入总体文件中；
在步骤S5中，轮胎选择ADAMS软件中自带的Ftire型轮胎，路面选择ADAMS软件中自带的路面模型；
在步骤S6中，仿真结束后通过ADAMS软件的PostProcessor模块导出各类表征动力学性能的特征参数。
优选地，所述路面结构子装配体包括：
路面；位于路面下方的路面支撑；用于组成路面上直线部分的直线轨道支座和弹簧直线导向板；用于组成路面上内圆弧部分的内侧轨道、内圆弧轨道支座和内圆弧辅助导向板；用于组成路面上外圆弧部分的外侧轨道和外圆弧轨道支座。
优选地，所述运动装置子装配体包括：
车架；位于车架内上方的承载梁；位于车架内下方的加载梁；连接加载梁的后悬架连接架；连接加载梁的加载液压缸；位于承载梁外侧的侧移液压缸；位于车架外侧的外侧导向轮及其轮系、外侧导向臂及其轴系、外侧导向弹簧及其轴系、承载弹簧及限位装置、外侧辅助导向轮及其轴系；位于车架主体两侧的承载轮及其轴系、承载臂及其轴系；位于车架内侧的内侧导向轮及其轴系、内侧导向弹簧及其轴系、内侧导向板及其轴系、内侧辅助导向轮及其轴系。
优选地，所述双桥后悬架总成子装配体包括：
后悬架；连接后悬架的导向杆和导向杆连接支座；位于导向杆连接支座外侧的平衡轴；位于平衡轴外侧的底座；安装在底座上的限位块；与平衡轴连接的车轴；位于车轴外侧的车轴外壳；安装在车轴外壳上的钢板弹簧连接支座。
优选地，所述钢板弹簧子装配体包括：
左侧十三块钢板弹簧和右侧十三块钢板弹簧。
本发明的上述方案至少包括以下有益效果：
(1)本发明通过将装置分解为四类子装配体，减少了后续修改过程中的建模工作量，提高了动力学模型的适应性，能够为样机提供准确的模型信息。
(2)本发明构建的环道加速加载装置为研究相关装置的动力学性能提供了更加切实可行的方法。
(3)本发明通过仿真的手段为环道加速加载装置未来的进一步发展降低了试验成本，缩短了设计时间，对环道加速加载装置的设计研发具有重大意义。
附图说明
图1是本发明实施例提供的环道加速加载装置动力学性能的仿真方法的流程图；
图2是是本发明实施例的路面结构子装配体的示意图；
图3是本发明实施例中的运动装置子装配体的俯视图；
图4是本发明实施例中的运动装置子装配体的正视图；
图5是本发明实施例中的双桥后悬架总成子装配体的示意图；
图6是本发明实施例中弹簧刚度设置示意图；
图7是本发明实施例中的接触刚度设置示意图。
附图标记说明：101-路面，102-路面支撑，103-直线轨道支座，104-弹簧直线导向板，105-内侧轨道，106-内圆弧轨道支座，107-内圆弧辅助导向板，108-外侧轨道，109-外圆弧轨道支座，201-外侧导向轮及其轮系，202-外侧导向臂及其轴系，203-外侧导向弹簧及其轴系，204-承载弹簧及限位装置，205-外侧辅助导向轮及其轴系，206-承载轮及其轴系，207-承载臂及其轴系，208-车架，209-承载梁，210-侧移液压缸，211-内侧导向轮及其轴系，212-内侧导向弹簧及其轴系，213-内侧导向板及其轴系，214-内侧辅助导向轮及其轴系，215-加载梁，216-后悬架连接架，217-加载液压缸，301-后悬架，302-导向杆，303-导向杆连接支座，304-限位块，305-平衡轴，306-底座，307-钢板弹簧连接支座，308-车轴外壳，309-车轴。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
本发明的实施例提供了一种环道加速加载装置动力学性能的仿真方法，如图1所示，该方法包括以下步骤：
S1、在三维实体造型软件中分别建立环道加速加载装置中的多个子装配体的三维实体模型，并进行简化；其中，多个子装配体包括：路面结构子装配体、运动装置子装配体、双桥后悬架总成子装配体、钢板弹簧子装配体；
S2、利用三维实体造型软件与多体动力学仿真软件的接口，将简化后的环道加速加载装置的子装配体的三维实体模型分别导入多体动力学仿真软件中；
S3、在多体动力学仿真软件中分别为各个子装配体添加装配体内约束；
S4、建立环道加速加载装置的总体文件，在多体动力学仿真软件中将各个子装配体对应的文件导入总体文件中，并添加子装配体之间的约束；
S5、添加路面及轮胎的三维实体模型，并根据需求进行修改；
S6、在总体文件中根据不同工况施加牵引力及液压缸压力，模拟环道加速加载装置的运行情况，仿真结束后导出各类表征动力学性能的特征参数。
与传统的基于理论计算或现场测试的方法相比，本发明采用仿真的手段，不仅能够较全面的得到环道加速加载装置的动力学性能，而且采用仿真模型替代传统设计开发模式下的物理样机模型，降低了产品的开发成本，缩短了产品的开发周期。同时，利用仿真的手段，模型参数修改方便，能够实现设计的多样化，有利于产品的优化设计。
此外，本发明方法还具有以下优点：
(1)本发明通过将装置分解为四类子装配体，减少了后续修改过程中的建模工作量，提高了动力学模型的适应性，能够为样机提供准确的模型信息。
(2)本发明构建的环道加速加载装置为研究相关装置的动力学性能提供了更加切实可行的方法。
(3)本发明通过仿真的手段为环道加速加载装置未来的进一步发展降低了试验成本，缩短了设计时间，对环道加速加载装置的设计研发具有重大意义。
作为本发明方法的一种具体实现方式，三维实体造型软件采用SolidWorks软件，多体动力学仿真软件采用ADAMS软件；
在步骤S1中，利用SolidWorks软件分别建立环道加速加载装置中的多个子装配体的三维实体模型，并进行简化；
在步骤S2中，简化后的环道加速加载装置的子装配体的三维实体模型通过ADAMS软件的Car模块导入；
在步骤S4中，利用ADAMS软件的View模块将各个子装配体对应的文件导入总体文件中；
在步骤S5中，轮胎选择ADAMS软件中自带的Ftire型轮胎，路面选择ADAMS软件中自带的路面模型；
在步骤S6中，仿真结束后通过ADAMS软件的PostProcessor模块导出各类表征动力学性能的特征参数。
需要说明的是，以上仅是本发明方法的优选实施方式，不构成对本发明的限制，本发明方法还可以通过其他的三维实体造型软件及多体动力学仿真软件实现，此处不再赘述。
进一步地，如图2所示，路面结构子装配体包括：
路面101；位于路面101下方的路面支撑102；用于组成路面上直线部分的直线轨道支座103和弹簧直线导向板104；用于组成路面上内圆弧部分的内侧轨道105、内圆弧轨道支座106和内圆弧辅助导向板107；用于组成路面上外圆弧部分的外侧轨道108和外圆弧轨道支座109。
进一步地，如图3和图4所示，运动装置子装配体包括：
车架208；位于车架208内上方的承载梁209；位于车架208内下方的加载梁215；连接加载梁215的后悬架连接架216；连接加载梁215的加载液压缸217；位于承载梁209外侧的侧移液压缸210；位于车架208外侧的外侧导向轮及其轮系201、外侧导向臂及其轴系202、外侧导向弹簧及其轴系203、承载弹簧及限位装置204、外侧辅助导向轮及其轴系205；位于车架主体两侧的承载轮及其轴系206、承载臂及其轴系207；位于车架208内侧的内侧导向轮及其轴系211、内侧导向弹簧及其轴系212、内侧导向板及其轴系213、内侧辅助导向轮及其轴系214。
进一步地，如图5所示，双桥后悬架总成子装配体包括：
后悬架301；连接后悬架301的导向杆302和导向杆连接支座303；位于导向杆连接支座303外侧的平衡轴305；位于平衡轴305外侧的底座306；安装在底座306上的限位块304；与平衡轴305连接的车轴309；位于车轴309外侧的车轴外壳308；安装在车轴外壳308上的钢板弹簧连接支座307。
进一步地，钢板弹簧子装配体包括：
左侧十三块钢板弹簧和右侧十三块钢板弹簧。
在本发明的实施过程中，需要对子装配体中的部件进行弹簧刚度及接触刚度参数设置，以更好地模拟环道加速加载装置的动力学性能。图6-图7给出了部分参数的设置示例。
图6是本发明实施例中弹簧刚度设置示意图，分别给出了弹簧销轴、外侧轴及外侧套、内侧轴及内侧套、前侧板及后侧板的弹簧刚度设置参数。
图7是本发明实施例中的接触刚度设置示意图，分别给出了导向轮及内外轨道、承载轮及内外轨道、内侧辅助导向轮及内圆轨道、弹簧轨道、限位块及限位板的接触刚度设置参数。
可以看出，本发明通过采用仿真的手段，不仅能够较全面的得到环道加速加载装置的动力学性能，而且采用仿真模型替代物理样机模型能够降低产品的开发成本及开发周期。同时，本发明利用仿真的手段，模型参数修改方便，能够实现设计的多样化，有利于产品的优化设计。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种环道加速加载装置动力学性能的仿真方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、在三维实体造型软件中分别建立环道加速加载装置中的多个子装配体的三维实体模型，并进行简化，所述多个子装配体包括：路面结构子装配体、运动装置子装配体、双桥后悬架总成子装配体、钢板弹簧子装配体；
所述路面结构子装配体包括：
路面；位于路面下方的路面支撑；用于组成路面上直线部分的直线轨道支座和弹簧直线导向板；用于组成路面上内圆弧部分的内侧轨道、内圆弧轨道支座和内圆弧辅助导向板；用于组成路面上外圆弧部分的外侧轨道和外圆弧轨道支座；
所述运动装置子装配体包括：
车架；位于车架内上方的承载梁；位于车架内下方的加载梁；连接加载梁的后悬架连接架；连接加载梁的加载液压缸；位于承载梁外侧的侧移液压缸；位于车架外侧的外侧导向轮及其轮系、外侧导向臂及其轴系、外侧导向弹簧及其轴系、承载弹簧及限位装置、外侧辅助导向轮及其轴系；位于车架主体两侧的承载轮及其轴系、承载臂及其轴系；位于车架内侧的内侧导向轮及其轴系、内侧导向弹簧及其轴系、内侧导向板及其轴系、内侧辅助导向轮及其轴系；
所述双桥后悬架总成子装配体包括：
后悬架；连接后悬架的导向杆和导向杆连接支座；位于导向杆连接支座外侧的平衡轴；位于平衡轴外侧的底座；安装在底座上的限位块；与平衡轴连接的车轴；位于车轴外侧的车轴外壳；安装在车轴外壳上的钢板弹簧连接支座；
所述钢板弹簧子装配体包括：
左侧十三块钢板弹簧和右侧十三块钢板弹簧；S2、利用所述三维实体造型软件与多体动力学仿真软件的接口，将简化后的环道加速加载装置的子装配体的三维实体模型分别导入所述多体动力学仿真软件中；
S3、在所述多体动力学仿真软件中分别为各个子装配体添加装配体内约束；
S4、建立环道加速加载装置的总体文件，在所述多体动力学仿真软件中将各个子装配体对应的文件导入总体文件中，并添加子装配体之间的约束；
S5、添加路面及轮胎的三维实体模型，并根据需求进行修改；
S6、在总体文件中根据不同工况施加牵引力及液压缸压力，模拟环道加速加载装置的运行情况，仿真结束后导出各类表征动力学性能的特征参数；
其中，所述三维实体造型软件为SolidWorks软件，所述多体动力学仿真软件为ADAMS软件；
在步骤S1中，利用SolidWorks软件分别建立环道加速加载装置中的多个子装配体的三维实体模型，并进行简化；
在步骤S2中，简化后的环道加速加载装置的子装配体的三维实体模型通过ADAMS软件的Car模块导入；
在步骤S4中，利用ADAMS软件的View模块将各个子装配体对应的文件导入总体文件中；
在步骤S5中，轮胎选择ADAMS软件中自带的Ftire型轮胎，路面选择ADAMS软件中自带的路面模型；
在步骤S6中，仿真结束后通过ADAMS软件的PostProcessor模块导出各类表征动力学性能的特征参数；
在仿真方法过程中，对子装配体中的部件进行弹簧刚度及接触刚度参数设置，弹簧刚度设置包括分别给出了弹簧销轴、外侧轴及外侧套、内侧轴及内侧套、前侧板及后侧板的弹簧刚度设置参数；接触刚度设置包括分别给出了导向轮及内外轨道、承载轮及内外轨道、内侧辅助导向轮及内圆轨道、弹簧轨道、限位块及限位板的接触刚度设置参数。
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