CN112487685A - 一种直道加速加载装置动力学性能的仿真方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种直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直道加速加载装置中加载单元的四个子装配体的三维实体模型；利用三维实体造型软件与多体动力学仿真软件的接口，将四个子装配体分别导入多体动力学仿真软件中；对四个子装配体添加各自装配体内的约束；建立直道加速加载装置的总体文件，在多体动力学仿真软件中将四个子装配体分别导入总体文件中，并添加子装配体之间的约束；在多体动力学仿真软件中添加路面、轮胎，并设置接触力；在总体文件中根据直道加速加载装置的具体运行工况设置驱动力和载荷，模拟直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。

Description

一种直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，特别涉及一种直道加速加载装置动力学性能的仿真方法。
背景技术
近年来，随着道路里程不断增加，路面的早期破坏现象日益严重。为了有效研究路面结构的破坏形式，路面加速加载是一种有效的试验方法。路面加速加载试验(APT)能够在短期内模拟在外界荷载和环境的长期耦合作用下的路面结构，是揭示路面早期损坏机理的有效措施。
然而，路面加速加载试验需要特制的实验装置，并且试验周期相对较长，试验的花费多，若能辅以仿真分析技术，能够更加全面的开展路面服役性能评估。因此，通过仿真分析可以实现高效率、低成本路面结构疲劳寿命分析，同时利用仿真分析的方法也可以探讨环境因素对路面结构乃至加速加载装置本身的疲劳寿命的影响，验证装置运行的可靠性。
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、模型可以重用的直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直道加速加载装置的动力学性能，而且能够降低试验成本，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：
一种直道加速加载装置动力学性能的仿真方法，包括以下步骤：
在三维实体造型软件中分别建立直道加速加载装置中加载单元的各个子装配体的三维实体模型，并进行简化处理，所述加载单元包括：车架、加载梁、小车轮和液压缸四个子装配体；
利用三维实体造型软件与多体动力学仿真软件的接口，将简化处理后的四个子装配体分别导入多体动力学仿真软件中；
对四个子装配体添加各自装配体内的约束；
建立直道加速加载装置的总体文件，在多体动力学仿真软件中将四个子装配体分别导入总体文件中，并添加子装配体之间的约束；
在多体动力学仿真软件中添加路面、轮胎，并设置接触力；
在总体文件中根据直道加速加载装置的具体运行工况设置驱动力和载荷，模拟直道加速加载装置的运行情况，仿真结束后从多体动力学仿真软件中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采用SolidWorks软件，所述多体动力学仿真软件采用ADAMS软件，通过ADAMS软件中的View模块将简化处理后的四个子装配体分别导入总体文件中。
优选地，所述直道加速加载装置的四个子装配体之间的约束包括固定副约束和旋转副约束。
优选地，所述驱动力通过STEP函数来添加，选用的STEP函数如下：
STEP(time,0,0,2,-(VM(chejia.cm)-5560)*1e6)。
优选地，所述载荷通过加载单元中的液压模块进行设置，所述液压模块包括液压缸和蓄能器，通过设置油液性质、液压缸和蓄能器的参数来实现载荷的设置。
优选地，所述液压缸的参数包括：液压缸的活塞直径、液压杆的直径、液压缸的行程、活塞的初始位置、初始压力；所述蓄能器的参数包括：蓄能器的体积、气体的预充压力、气体的压力、接口的直径。
优选地，轮胎和路面采用ADAMS软件自带的轮胎路面系统，其中，轮胎选用315_80R22_5.tir文件，路面选用2d_flat.rdf文件，并根据需要进行修改。
优选地，所述加载单元的装配结构中，小车轮安装在车架的两侧，加载梁、液压缸、轮胎安装在车架的框架之内；其中，加载梁的两端分别与液压缸的活塞缸支座以及车架支座相连，中间与轮胎轴相连接。
优选地，所述加载单元的装配结构中，小车轮包括多个，分为内轮和外轮，其中，内轮与内轨道组合，外轮与外轨道组合。
优选地，所述液压模块具体包括：液压缸、蓄能器、油量调节阀、压力传感元件和压力指示表。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果至少包括：
(1)本发明采用动力学仿真技术深入研究直道加速加载装置的结构动态特性，并且结合有限元疲劳分析手段，能够从结构整体的角度出发，优化设计出抗疲劳性能好的结构产品。
(2)本发明通过采用仿真分析方法，能够高效率、低成本的进行疲劳寿命分析，同时利用仿真分析的方法也可以探讨环境因素对结构疲劳寿命的影响，验证结构运行的可靠性。
(3)本发明通过仿真的手段分析直道加速加载装置的动力学性能，降低了试验成本，缩短了设计时间，对直道加速加载装置的设计研发具有重大意义。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的一种直道加速加载装置动力学性能的仿真方法的流程图；
图2是本发明实施例提供的直道加速加载装置的轨道示意图；
图3是本发明实施例提供的直道加速加载装置的加载梁的示意图；
图4是本发明实施例提供的直道加速加载装置的车架的示意图；
图5是本发明实施例提供的直道加速加载装置的小车轮的示意图；
图6是本发明实施例提供的直道加速加载装置的加载单元的装配示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
本发明的实施例提供了一种直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：
在三维实体造型软件中分别建立直道加速加载装置中加载单元的各个子装配体的三维实体模型，并进行简化处理，所述加载单元包括：车架、加载梁、小车轮和液压缸四个子装配体；
利用三维实体造型软件与多体动力学仿真软件的接口，将简化处理后的四个子装配体分别导入多体动力学仿真软件中；
对四个子装配体添加各自装配体内的约束；
建立直道加速加载装置的总体文件，在多体动力学仿真软件中将四个子装配体分别导入总体文件中，并添加子装配体之间的约束；
在多体动力学仿真软件中添加路面、轮胎，并设置接触力；
在总体文件中根据直道加速加载装置的具体运行工况设置驱动力和载荷，模拟直道加速加载装置的运行情况，仿真结束后从多体动力学仿真软件中导出各类表征动力学性能的特征参数。
本发明提供的仿真方法不仅能够有效探究直道加速加载装置的动力学性能，而且能够降低试验成本，提高设计效率，缩短产品开发时间。
进一步地，在本发明的实施例中，三维实体造型软件可以采用SolidWorks软件，多体动力学仿真软件可以采用ADAMS软件。并且，通过ADAMS软件中的View模块将简化处理后的四个子装配体分别导入总体文件中。
直道加速加载装置添加的约束根据不同的被约束物体添加的约束种类不同，四个子装配体之间的约束主要包括固定副约束和旋转副约束，全部约束一共是34个。除了上述约束，还需要添加contact接触力，接触力设置的对象分别是车架的小车轮和轨道，以钢轮和钢轨为例，两者之间的接触是三维接触。
轮胎和路面采用ADAMS软件自带的轮胎路面系统，其中，轮胎选用315_80R22_5.tir文件，路面选用2d_flat.rdf文件，并根据需要进行轮胎模型和路面模型的修改。
进一步地，驱动力通过STEP函数来添加，选用的STEP函数如下：
STEP(time,0,0,2,-(VM(chejia.cm)-5560)*1e6)。
载荷通过加载单元中的液压模块进行设置，在运行过程中的液压模块是一个液压缸加蓄能器的简单组合，通过设置油液性质、液压缸和蓄能器的参数来实现载荷的设置。其中，液压缸的参数包括：液压缸的活塞直径、液压杆的直径、液压缸的行程、活塞的初始位置、初始压力等；蓄能器的参数包括：蓄能器的体积、气体的预充压力、气体的压力、接口的直径等。将需要的各个参数设置完毕后，在AMESim中的液压模块即构建完成。
进一步地，作为本发明的一种具体实现方式，本发明实施中的轨道如图2所示，包括依次连接的上部平直轨道、左侧半圆轨道、下部平直轨道和右侧半圆轨道。
图3-图5分别是本发明实施例提供的直道加速加载装置的加载梁、车架、小车轮的示意图，图6是本发明实施例提供的直道加速加载装置的加载单元的装配示意图。
在本发明所述加载单元的装配结构中，小车轮1安装在车架2的两侧，加载梁3、液压缸、轮胎4安装在车架2的框架之内；其中，加载梁3的两端分别与液压缸的活塞缸支座5以及车架支座6相连，中间与轮胎轴相连接。
进一步地，所述加载单元的装配结构中，小车轮1包括多个，如图5所示，分为内轮和外轮，其中，内轮与内轨道A组合，外轮与外轨道B组合，这样的组合有利于保证运行过程的顺畅，内轨和外轮，外轨和内轮之间不会出现碰撞和干扰。
进一步地，液压模块具体包括：液压缸、蓄能器、油量调节阀、压力传感元件和压力指示表等，能够为直道加速加载装置提供所需的载荷。
本发明采用动力学仿真技术深入研究直道加速加载装置的结构动态特性，并且结合有限元疲劳分析手段，能够从结构整体的角度出发，优化设计出抗疲劳性能好的结构产品。并且，本发明能够高效率、低成本的进行疲劳寿命分析，同时利用仿真分析的方法也可以探讨环境因素对结构疲劳寿命的影响，验证结构运行的可靠性。此外，本发明通过仿真的手段分析直道加速加载装置的动力学性能，降低了试验成本，缩短了设计时间，对直道加速加载装置的设计研发具有重大意义。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种直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：
在三维实体造型软件中分别建立直道加速加载装置中加载单元的各个子装配体的三维实体模型，并进行简化处理，所述加载单元包括：车架、加载梁、小车轮和液压缸四个子装配体；
利用三维实体造型软件与多体动力学仿真软件的接口，将简化处理后的四个子装配体分别导入多体动力学仿真软件中；
对四个子装配体添加各自装配体内的约束；
建立直道加速加载装置的总体文件，在多体动力学仿真软件中将四个子装配体分别导入总体文件中，并添加子装配体之间的约束；
在多体动力学仿真软件中添加路面、轮胎，并设置接触力；
在总体文件中根据直道加速加载装置的具体运行工况设置驱动力和载荷，模拟直道加速加载装置的运行情况，仿真结束后从多体动力学仿真软件中导出各类表征动力学性能的特征参数。
2.根据权利要求1所述的仿真方法，其特征在于，所述三维实体造型软件采用SolidWorks软件，所述多体动力学仿真软件采用ADAMS软件，通过ADAMS软件中的View模块将简化处理后的四个子装配体分别导入总体文件中。
3.根据权利要求1所述的仿真方法，其特征在于，所述直道加速加载装置的四个子装配体之间的约束包括固定副约束和旋转副约束。
4.根据权利要求1所述的仿真方法，其特征在于，所述驱动力通过STEP函数来添加，选用的STEP函数如下：
STEP(time,0,0,2,-(VM(chejia.cm)-5560)*1e6)。
5.根据权利要求1所述的仿真方法，其特征在于，所述载荷通过加载单元中的液压模块进行设置，所述液压模块包括液压缸和蓄能器，通过设置油液性质、液压缸和蓄能器的参数来实现载荷的设置。
6.根据权利要求5所述的仿真方法，其特征在于，所述液压缸的参数包括：液压缸的活塞直径、液压杆的直径、液压缸的行程、活塞的初始位置、初始压力；所述蓄能器的参数包括：蓄能器的体积、气体的预充压力、气体的压力、接口的直径。
7.根据权利要求1所述的仿真方法，其特征在于，轮胎和路面采用ADAMS软件自带的轮胎路面系统，其中，轮胎选用315_80R22_5.tir文件，路面选用2d_flat.rdf文件，并根据需要进行修改。
8.根据权利要求1所述的仿真方法，其特征在于，所述加载单元的装配结构中，小车轮安装在车架的两侧，加载梁、液压缸、轮胎安装在车架的框架之内；其中，加载梁的两端分别与液压缸的活塞缸支座以及车架支座相连，中间与轮胎轴相连接。
9.根据权利要求1所述的仿真方法，其特征在于，所述加载单元的装配结构中，小车轮包括多个，分为内轮和外轮，其中，内轮与内轨道组合，外轮与外轨道组合。
10.根据权利要求5所述的仿真方法，其特征在于，所述液压模块具体包括：液压缸、蓄能器、油量调节阀、压力传感元件和压力指示表。
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