应用车辆非匀速行驶时路面随机激励的时域模型，研究了非匀速车辆与弹性支承桥梁耦合系统并建立了其无量纲运动微分方程，获得桥梁跨中的无量纲最大挠度、车辆的舒适度随路面不平度系数、车辆的加速度及前后轮激励相关性的变化规律。数值结果表明，桥面的不平度系数、车辆的加速度及前后轮激励相关性均既对桥梁有不同程度的影响亦对车辆的舒适度产生影响。
### 非匀速车辆与随机路面桥梁的耦合振动分析
#### 一、研究背景与意义
随着交通基础设施的发展，桥梁设计与建设面临着越来越多的挑战。特别是在高速行驶的条件下，车辆与桥梁之间的相互作用变得更为复杂。车辆的非匀速行驶（包括加速和减速）以及桥梁自身的特性（如弹性支撑）都会对整个系统的动态性能产生显著影响。因此，深入研究非匀速车辆与桥梁之间的耦合振动现象对于提高桥梁的安全性和耐久性具有重要意义。
#### 二、核心知识点解析
##### 1. 耦合振动系统模型建立
该研究通过建立一个耦合振动系统模型来模拟车辆与桥梁之间的动力学交互。该模型考虑了以下几个关键因素：
- **车辆模型**：将车辆视为由多个刚体组成的系统，包括人椅、车身、前后轮及其各自的悬挂系统。
- **桥梁模型**：桥梁被简化为带有弹性支撑的单跨梁，考虑了梁的弯曲刚度、单位长度质量、阻尼系数以及弹性支撑的刚度。
- **激励模型**：考虑到车辆非匀速行驶时，路面随机激励的时间域模型。
##### 2. 无量纲运动微分方程
为了更准确地描述耦合系统的动力学行为，研究者建立了一套无量纲化的运动微分方程。这些方程考虑了车辆各个部分的垂直位移、桥梁的垂直位移以及各种力的作用，如重力、弹性力和阻尼力等。
##### 3. 影响因素分析
- **路面不平度系数**：路面的不平整会导致车辆受到随机激励，进而影响桥梁的振动特性和车辆的舒适度。
- **车辆加速度**：车辆的加速度（即非匀速运动状态）同样会影响桥梁的动力响应和行车安全。
- **前后轮激励相关性**：车辆前后轮受到的激励并非完全独立，它们之间的相关性也会影响整个系统的动态行为。
#### 三、研究方法与技术
该研究采用了以下方法和技术：
- **理论分析**：基于车辆与桥梁之间相互作用的基本原理，构建了数学模型。
- **数值仿真**：通过数值计算的方法求解上述建立的微分方程组，从而得到不同条件下的系统响应。
- **参数敏感性分析**：通过改变不同的参数（如路面不平度系数、车辆加速度等），研究这些参数变化对系统响应的影响。
#### 四、研究成果
研究发现，路面不平度系数、车辆加速度以及前后轮激励的相关性对桥梁的最大挠度和车辆的舒适度均有显著影响。具体而言：
- 当路面不平度增加时，桥梁的振动加剧，车辆的舒适度下降。
- 随着车辆加速度的变化，不仅桥梁的振动响应发生变化，车辆的稳定性也会受到影响。
- 前后轮所受激励的相关性越高，车辆的动态响应越一致，但这可能会导致桥梁的振动更加剧烈。
#### 五、结论
该研究通过建立非匀速车辆与随机路面桥梁耦合系统的模型，并对其进行了深入分析，揭示了影响耦合系统动力学行为的关键因素。这一成果对于理解车辆与桥梁之间的相互作用机制、提高桥梁的设计标准以及保障行车安全都具有重要的理论价值和实际应用意义。未来的研究可以进一步探索更多复杂的边界条件和激励模式，以提高模型的预测精度和适用范围。
