风环境下汽车-桥梁系统侧向空间耦合振动关系研究

【摘要】：公路车辆的车轮在横向未受约束是自由运动的,车轮在横向与路(桥)面之间存在相对运动,为了模拟这种相对运动,将车辆轮胎与路(桥)面接触点的侧向位移作为独立自由度,然后详细介绍了该侧向独立自由度运动方程建立的基本思路以及车桥系统侧滑力模型和考虑汽车坐标随动特性的驾驶员行为模型的确定,明确了车轮与桥面接触处横向激振源有两部分组成,一为侧滑力,其大小与驾驶员转向角度和汽车运行状态有关,另一为对应于车轮处桥梁的侧向响应。通过以上方法从而建立了风环境下更加符合车轮与路(桥)面接触状态本来面貌的汽车-桥梁系统侧向耦合关系,并采用非线性迭代方法对侧向耦合关系进行了求解,编制了程序。最后以苏通大桥为工程实例,探讨了侧滑力和桥梁侧向响应激励源的作用机理,研究发现:车桥系统的侧滑力一方面是为了抵抗作用于车体上的横向风荷载,另一方面反映了驾驶员的反馈与调控作用,正是由于驾驶员的调控使得车辆基本上沿直线行驶而不至于脱离行驶车道。桥梁侧向响应对车轮的激励方式如同与车轮接触处的桥梁竖向变形对于车辆相当于附加竖向路面粗糙度一样,桥梁的侧向响应激励显著增加车辆的侧向、偏转和侧滚响应,且影响程度与桥梁侧向响应的大小成正比,车桥系统侧滑力的存在同时也显著增加了桥梁的侧向位移和内力响应。