CN112883514A - 一种环道加速加载装置连续动态轴载的预测方法 - Google Patents

一种环道加速加载装置连续动态轴载的预测方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种环道加速加载装置连续动态轴载的预测方法，属于道路工程技术领域。该方法包括：测试环道加速加载装置的静态轴载；根据测得的静态轴载修改预设多体动力学仿真模型的部分参数；所述多体动力学仿真模型以工况参数为输入，以动态轴载为输出；以指定工况参数输入当前多体动力学仿真模型，计算得到仿真动态轴载数据，并测量所述环道加速加载装置在所述指定工况下的动态轴载，得到实测动态轴载数据；根据指定工况对应的仿真动态轴载数据和实测动态轴载数据，修正多体动力学仿真模型的参数；利用多体动力学仿真模型预测所述环道加速加载装置在目标工况下的连续动态轴载。本发明能够仿真预测装置的连续动态轴载，适用性强，效率高。

Description

一种环道加速加载装置连续动态轴载的预测方法
技术领域
本发明涉及机械工程、土木工程和道路工程技术领域，特别涉及一种环道加速加载装置连续动态轴载的预测方法。
背景技术
车辆在行驶过程中，由于路面不平整度的影响，车辆轮胎与路面的耦合作用形成了动态轮胎力，其与静态轴载相结合构成了车辆行驶过程中实际对路面的动态轴载作用力。动态轴载作用力往往是不断波动的并且是造成路面破坏的重要因素之一，因此，在道路工程领域，计算车辆的动态轴载对路面建设具有不可或缺的作用。
目前，使用足尺路面加速加载装置进行道路加速加载试验，已成为一种研究轴载对路面破坏作用的高效方法，被道路工程领域所广泛采用。使用加速加载装置进行道路加速加载试验。
环道加速加载装置是一种新型的足尺路面加速加载装置，它利用加载车在环形路面运行，对测试路面进行反复加载，其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。但由于环道加速加载装置发展时间较短，业内对该种装置运行过程中各工况下的动态轴载研究较少，并且由于设备体积庞大以及传感器技术限制，不可能在加载车运行路径上所有位置都设置传感器进行测量，测量点数量有限，难以用试验方法完成各工况下装置动态轴载的连续测量。
发明内容
本发明的目的在于提供一种适用性强，效率高，节省试验成本，可反复使用，结果准确的环道加速加载装置连续动态轴载的预测方法，用于解决现有的环道加速加载装置难以用试验方法完成各工况下装置动态轴载的连续测量问题。本发明提供的技术方案如下：
本发明的实施例提供一种环道加速加载装置连续动态轴载的预测方法，包括以下步骤：
S1、测试环道加速加载装置的静态轴载；所述环道加速加载装置包括预设环形路段以及在所述环形路段上运行通过的加载车；
S2、根据测得的静态轴载修改预设多体动力学仿真模型的部分参数；所述多体动力学仿真模型以工况参数为输入，以动态轴载为输出；
S3、以指定工况参数输入当前多体动力学仿真模型，计算得到所述指定工况对应的仿真动态轴载数据，并测量所述环道加速加载装置在所述指定工况下的动态轴载，得到所述指定工况对应的实测动态轴载数据；
S4、根据所述指定工况对应的仿真动态轴载数据和实测动态轴载数据，修正所述多体动力学仿真模型的参数；
S5、利用所述多体动力学仿真模型预测所述环道加速加载装置在目标工况下的连续动态轴载。
可选地，所述步骤S1包括：
通过轴载检测仪测试所述环道加速加载装置的静态轴载，且在所述静态轴载测试中采用防滑耐磨橡胶垫作为引坡，所述防滑耐磨橡胶垫与所述轴载检测仪称重台面通过燕尾槽连接。
可选地，所述轴载检测仪为HLDB便携式双轴轴载检测仪。
可选地，在所述步骤S2之前，还包括步骤：
将所述多体动力学仿真模型的各参数按照其受速度和震动影响由大到小排列，得到优先级由高到低的参数优先级序列；
其中，步骤S2所述部分参数，包括：位于所述参数优先级序列中的倒数N位参数；所述N为预设正整数。
可选地，所述步骤S4中修正所述多体动力学仿真模型的参数，包括：
根据所述参数优先级序列，按照优先级由高到低的顺序修正所述多体动力学仿真模型的参数。
可选地，步骤S3中所述测量所述环道加速加载装置在所述指定工况下的动态轴载，具体包括：
通过预设动态称重***测量所述环道加速加载装置在所述指定工况下的动态轴载；其中，所述动态称重***为基于多传感器的动态称重***。
可选地，在所述步骤S3之前，还包括以下步骤：
在所述环形路段表面按照预定间距铺设压电传感器和加速度计，作为所述基于多传感器的动态称重***。
可选地，所述压电传感器以多条压电陶瓷为核心，所述加速度计为基于MS9002的电容式MEMS加速度计。
可选地，所述工况参数至少包括所述环道加速加载装置的运行轴载、路面平整度以及所述加载车的运行速度；所述多体动力学仿真模型的输入还包括仿真步长；
所述步骤S5之前，还包括步骤：
设置所述加载车的运行速度和所述动态称重***的传感器采样频率，以调整所述仿真步长。
可选地，所述工况参数至少包括所述环道加速加载装置的运行轴载、路面平整度以及所述加载车的运行速度。
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)本发明依据现场试验实测数据修正多体动力学仿真模型，可以建立准确的环道加速加载装置对应的多体动力学仿真模型，依据该仿真模型可以预测环道加速加载装置在不同工况下的连续动态轴载；
(2)本发明可以依据预测所得连续动态轴载快速确定各工况下加载装置的有效加载区间；
(3)本发明可以有效解决环道加速加载装置各工况下动态轴载测量试验工作量大甚至难以测量的问题，推进装置验收，为装置性能评价提供新方案。
附图说明
图1为本发明提供的一种环道加速加载装置连续动态轴载的预测方法流程图；
图2为环道加速加载装置结构示意图；
图3为根据本发明提供的方法得到的某一工况下环道加速加载装置某半轴的连续动态轴载仿真图。
具体实施方式
随着计算机技术与仿真技术的发展，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技术已经广泛用于复杂产品设计与分析中，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。本发明通过环道加速加载装置的实测静态轴载和动态轴载修正预先建立的用于计算动态轴载的多体动力学仿真模型参数，随后可以快速准确的通过该仿真模型得到环道加速加载装置运行中的连续动态轴载数据，减少现场试验次数，降低装置的设计和验收成本。
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。
本发明提供一种环道加速加载装置连续动态轴载的预测方法，如图1所示，该方法的处理流程可以包括如下步骤S1-S5：
S1、测试环道加速加载装置的静态轴载。
本发明实施例中，所述环道加速加载装置为通过加载车在环形测试路段上运行，模拟真实轴载对试验路面的影响，进而进行道路方面相关研究的装置。如图2中所示，所述环道加速加载装置包括加载车201和预设环形路段202，加载车201在环形路段202上的测试路面上运行通过，或者，进一步地，所述环道加速加载装置还可以包括设置于环形路段202上的导向轨道203，加载车201通过导向轨道203在环形路段202上运行。
在一可选实施例中，步骤S1中通过轴载检测仪测试所述环道加速加载装置的静态轴载，且在所述静态轴载测试中，采用防滑耐磨橡胶垫作为引坡，并将所述防滑耐磨橡胶垫与所述轴载检测仪称重台面通过燕尾槽连接。
优选地，所述轴载检测仪为HLDB便携式双轴轴载检测仪，利用HLDB便携式双轴轴载检测仪测试环道加速加载装置静态轴载测量试验中要保证所述环道加速加载装置和检测仪稳定。
S2、根据测得的静态轴载修改预设多体动力学仿真模型的部分参数。
在本实施例提供的方法执行之前，预先建立所述环道加速加载装置对应的多体动力学仿真模型，所述多体动力学仿真模型以工况参数为输入，以动态轴载为输出，所述多体动力学仿真模型的模型的各参数在模型建立时可以为其预设初始值。在本步骤S2中，根据测得的静态轴载修改预设多体动力学仿真模型的部分参数。
可选地，所述工况参数至少包括所述环道加速加载装置的运行轴载、路面平整度以及所述加载车的运行速度，或者还可以包括运行轴载、路面平整度以及运行速度的耦合工况等。
在一可选实施例中，在步骤S2之前，本发明提供的方法还包括模型参数优先级排列的步骤：将所述多体动力学仿真模型的各参数按照其受速度和震动影响由大到小排列，得到优先级由高到低的参数优先级序列。则在步骤S2中，修改的所述部分参数，包括：位于所述参数优先级序列中的倒数N位参数；所述N为预设正整数。即：利用静态轴载数据修改的多体动力学仿真模型参数应是受速度和振动影响较小的参数优先，例如：N＝2时，修改排在所述参数优先级序列最后的所述环道加速加载装置的加载臂液压缸压强和弹簧刚度等参数。
S3、以指定工况参数输入当前多体动力学仿真模型，计算得到所述指定工况对应的仿真动态轴载数据，并测量所述环道加速加载装置在所述指定工况下的动态轴载，得到所述指定工况对应的实测动态轴载数据。
本发明实施例中，所述动态轴载为环道加速加载装置的加载车在环形路段上运行中，处于不同的运行速度和加载力的工况时，加载车轮胎对环形路段测试路面的实际轴载。
在一可选实施例中，步骤S3中通过预设动态称重***测量所述环道加速加载装置在所述指定工况下的动态轴载；其中，所述动态称重***为基于多传感器的动态称重***。
可选地，在所述步骤S3之前，还包括在所述环形路段表面按照预定间距铺设压电传感器和加速度计，作为所述基于多传感器的动态称重***的步骤。优选地，所述压电传感器以多条压电陶瓷为核心，所述加速度计为基于MS9002的电容式MEMS加速度计。
S4、根据所述指定工况对应的仿真动态轴载数据和实测动态轴载数据，修正所述多体动力学仿真模型的参数。
在一可选实施例中，步骤S4中，受速度和振动影响较大的参数优先修正，对参数的修改要力求修改参数后，再次以所述指定工况参数输入多体动力学仿真模型进行计算，使得所述多体动力学仿真模型的输出结果与所述实测动态轴载数据的差值小于预设阈值。优选地，可以根据预先设置的参数优先级序列，按照优先级由高到低的顺序修正所述多体动力学仿真模型的参数，例如：修改部分弹簧预紧力、轮胎的惯性矩和弹性刚度等参数，并在有必要时对S2中已修改的参数进行微调。
S5、利用所述多体动力学仿真模型预测所述环道加速加载装置在目标工况下的连续动态轴载。
本实施例中，通过设置不同的运行工况参数输入修正后的多体动力学仿真模型，即可根据多体动力学仿真模型的运行结果，提取轮胎受力的变化，确定上述环道加速加载装置的动态轴载。特别地，本发明实施例利用多体动力学模型获取的动态轴载结果为连续的，为环道加速加载装置在测试路面上运行一定时间或距离后，每一时刻或每一点的动态轴载。
优选地，在步骤S5之前，还包括设置所述加载车的运行速度和所述动态称重***的传感器采样频率，以调整所述仿真步长的步骤。本实施例中，修改仿真步长可以使多体动力学仿真模型输出精度适宜的动态轴载数据。
图3为根据本发明提供的方法得到的某一工况下环道加速加载装置某半轴的连续动态轴载仿真图，由图3可见，根据本发明实施例提供的方法得到所述环道加速加载装置对应的多体动力学仿真模型，使用该仿真模型即可计算某一工况下环道加速加载装置的连续动态轴载，解决了现有的环道加速加载装置难以用试验方法完成各工况下装置动态轴载的连续测量问题。
本发明提供的环道加速加载装置连续动态轴载预测方法，依据现场试验实测数据修正多体动力学仿真模型，可以建立准确的环道加速加载装置对应的多体动力学仿真模型，随后根据该仿真模型可以预测环道加速加载装置在不同工况下的连续动态轴载。本发明可以依据预测所得连续动态轴载快速确定各工况下加载装置的有效加载区间，有效解决环道加速加载装置各工况下动态轴载测量试验工作量大甚至难以测量的问题，推进装置验收，为装置性能评价提供新方案。
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 (10)

1.一种环道加速加载装置连续动态轴载的预测方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、测试环道加速加载装置的静态轴载；所述环道加速加载装置包括预设环形路段以及在所述环形路段上运行通过的加载车；
S2、根据测得的静态轴载修改预设多体动力学仿真模型的部分参数；所述多体动力学仿真模型以工况参数为输入，以动态轴载为输出；
S3、以指定工况参数输入当前多体动力学仿真模型，计算得到所述指定工况对应的仿真动态轴载数据，并测量所述环道加速加载装置在所述指定工况下的动态轴载，得到所述指定工况对应的实测动态轴载数据；
S4、根据所述指定工况对应的仿真动态轴载数据和实测动态轴载数据，修正所述多体动力学仿真模型的参数；
S5、利用所述多体动力学仿真模型预测所述环道加速加载装置在目标工况下的连续动态轴载。
2.根据权利要求1所述的环道加速加载装置连续动态轴载的预测方法，其特征在于，所述步骤S1包括：
通过轴载检测仪测试所述环道加速加载装置的静态轴载，且在所述静态轴载测试中采用防滑耐磨橡胶垫作为引坡，并将所述防滑耐磨橡胶垫与所述轴载检测仪称重台面通过燕尾槽连接。
3.根据权利要求2所述的环道加速加载装置连续动态轴载的预测方法，其特征在于，所述轴载检测仪为HLDB便携式双轴轴载检测仪。
4.根据权利要求1所述的环道加速加载装置连续动态轴载的预测方法，其特征在于，在所述步骤S2之前，还包括步骤：
将所述多体动力学仿真模型的各参数按照其受速度和震动影响由大到小排列，得到优先级由高到低的参数优先级序列；
其中，步骤S2所述部分参数，包括：位于所述参数优先级序列中的倒数N位参数；所述N为预设正整数。
5.根据权利要求4所述的环道加速加载装置连续动态轴载的预测方法，其特征在于，所述步骤S4中修正所述多体动力学仿真模型的参数，包括：
根据所述参数优先级序列，按照优先级由高到低的顺序修正所述多体动力学仿真模型的参数。
6.根据权利要求1所述的环道加速加载装置连续动态轴载的预测方法，其特征在于，步骤S3中所述测量所述环道加速加载装置在所述指定工况下的动态轴载，具体包括：
通过预设动态称重***测量所述环道加速加载装置在所述指定工况下的动态轴载；其中，所述动态称重***为基于多传感器的动态称重***。
7.根据权利要求5所述的环道加速加载装置连续动态轴载的预测方法，其特征在于，在所述步骤S3之前，还包括以下步骤：
在所述环形路段表面按照预定间距铺设压电传感器和加速度计，作为所述基于多传感器的动态称重***。
8.根据权利要求7所述的环道加速加载装置连续动态轴载的预测方法，其特征在于，所述压电传感器以多条压电陶瓷为核心，所述加速度计为基于MS9002的电容式MEMS加速度计。
9.根据权利要求6所述的环道加速加载装置连续动态轴载的预测方法，其特征在于，所述工况参数至少包括所述环道加速加载装置的运行轴载、路面平整度以及所述加载车的运行速度；所述多体动力学仿真模型的输入还包括仿真步长；
所述步骤S5之前，还包括步骤：
设置所述加载车的运行速度和所述动态称重***的传感器采样频率，以调整所述仿真步长。
10.根据权利要求1-8任一项所述的环道加速加载装置连续动态轴载的预测方法，其特征在于，所述工况参数至少包括所述环道加速加载装置的运行轴载、路面平整度以及所述加载车的运行速度。
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