目前根据路面功率谱密度构建路面不平度的方法有谐波叠加法、白噪声法,以及基于快速傅里叶变换的AR自回归模型和ARMA自回归滑动混合模型法等。谐波叠加法能够模拟平稳随机过程,其主要思想是路面不平度可以用不同形式三角级数叠加的方式来表示。作为仿真模型输入之一的路面,根据《机械振动 道路路面面谱 测量数据报告》(GB/T 7031—2005)的规定,按照功率谱密度的量度把路面不平度分为8级(A~H级),基本的路面不平度分级标准见表5-3。
表5-3 基本的路面不平度分级标准
一级公路和高速公路相当于A级;沥青、水泥路相当于B、C级;碎石路相当于D、E级;用筑路机压实的未铺装路面和乡间土路相当于D级,损坏后逐渐将至E级,甚至F级;田野相当于F级;未铺装的不平路和严重损坏的路面相当于G级。装甲车辆大都在路况较差或者无路条件下行驶,一般采用C~G级的路面作仿真分析。路面不平度功率谱密度按下式计算:
式中,n——空间频率,m-1;
w——频率指数;
n0——参考空间频率,0.1 m-1;
Gq(n0)——参考空间频率n0下的路面谱值;
nu,nl——路面谱的上、下限空间频率,m-1。
一般认为,路面不平度q(l)是均值为0的各态历经过程,在给出路面不平度自功率谱密度函数Gq(n0)的情况下,可以用有限个离散空间频率nk的三角函数来描述路面不平度这一随机过程:
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式中,l——路面纵向里程,m;
Φk——相角,N个在(0,2π)区间内均匀分布且相互独立的随机变量;
αk——路面幅值,表述为
按对数坐标以等距方式划分空间频率,得到N个中心频率,nk为第k个频段的中心频率,nku、nkl为该频段的上下限频率。nk、nku和nkl之间满足下列关系:
根据路面不平度分类标准应用上述公式编制的B、D级路面轮廓及其功率谱验证,分别如图5-8、图5-9所示。
图5-8 B级路面不平度及其功率谱验证(书后附彩插)
图5-9 D级路面不平度及其功率谱验证(书后附彩插)
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