海运车辆与典型系固系统动力响应仿真分析

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滚装船实现了完全意义的“门到门”的直接运输,装载效率高并且成本低。但是滚装船重心高、稳性差等难以克服的缺陷使它在航行安全性方面一直存在欠缺。车辆海上运输的经验表明,运输车辆的有效系固对海上运输的安全性至关重要。车辆系固不良会引起车辆移位或者碰撞,使船舶重心发生偏移,导致船舶大角度倾斜甚至沉没,引发事故。论文对海运车辆安全系固问题进行了研究,由于进行实际的海上试验耗时长、费用高,风险较高,而且缺乏相应的试验条件和设备,难以开展和实施。虚拟样机技术的发展为研究这些问题提供了可能。论文选取某越野载货汽车为试验对象,对整车质量分配进行了测定,进而得到了整车的质心位置,参照国家标准GB/T4783-1984对货车悬架系统固有频率和阻尼比进行了测定,通过经验公式获得了整车的转动惯量。在已有的参数基础上,在Adams/View中建立了货车的整车模型。钢板弹簧模型的建立采用离散梁(Beam)的方法,能够兼顾准确度和计算速度。进而通过建立车轮、车轴、阻尼器和推力杆模型等得到了前后悬架的装配模型和整车模型。对建立的整车模型的质量参数和悬架系统固有频率进行验证可知,其与实际测定结果基本一致,具有较高的准确度。在建立完成货车整车模型的基础上,将船舶以刚性平板代替,货车左右两侧各设置两个系固点,绑绳以线性弹簧代替,绑绳同水平面和垂直面的角度为45?,从而建立了车辆—船舶—绑绳系固系统模型。通过对船舶施加横摇幅度为30?,纵摇幅度为8?,周期为9s的激励,得到了绑绳载荷随时间的变化曲线。可以看出,绑绳载荷呈现出周期性变化,其周期与船舶横纵摇周期一致,且左右两侧的绑绳载荷变化有180?的相位差。并研究分析了船舶横纵摇周期、绑绳刚度、绑绳预紧力、摩擦系数、悬架锁死与否、车辆摆放方向对绑绳最大载荷的影响。结果表明:绑绳最大载荷随船舶横纵摇周期的增加而减小,横纵摇周期是影响绑绳最大载荷的重要因素;在一定范围内,绑绳最大载荷随绑绳刚度增大而增大,但是绑绳刚度过小会造成货车的横向滑移量过大;绑绳预紧力对绑绳最大载荷影响较小;在一定范围内,绑绳最大载荷随摩擦系数增大而减小,摩擦系数是影响绑绳最大载荷的重要因素,而且摩擦系数增加会使货车横向滑移量减小;将悬架锁死有利于绑绳最大载荷的降低,但是会使绑绳载荷有较大的波动;当车辆的摆放方向沿船舶纵轴纵向摆放时,其绑绳最大载荷较车辆横向摆放时要大。
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