山地自行车骑行动态性能研究.doc

CDIO项目设计 （I） 机械基础项目 设 计 题 目: 自行车骑行动态性能研究 学 生 姓 名: 学 生 学 号: 学 部 （系): 专 业 年 级: 指 导 教 师: 2012 年 10 月16 日 摘要 本文首先探讨了二维、完整约束情况下，计算多刚体系统动力学笛卡儿数学模型及算法的计算机程序实现；然后以山地自行车骑行动态性能分析为目的，针对某型全减振山地自行车开展了相应的试验与理论分析工作，利用计算机高级程序语言及多体动力学分析软件建立了较为完整的路面—山地自行车—骑行者系统，最后利用该系统对样车的骑行动态性能给出了评价。在笛卡儿数学模型及算法的程序实现上，本文结合软件工程知识，使用统一建模语言，对笛卡儿数学模型及算法的静态结构进行了系统的分析。在此基础上，针对二维、完整约束问题设计了一类计算多刚体系统动力学分析程序的结构，并使用计算机高级程序语言初步实现了该程序的运动学分析与动力学分析功能，最后选用了两个典型算例验证了本文动力学分析程序的正确性。该部分内容在自行设计完善的可用于山地自行车骑行动态性能分析的计算多体动力学分析软件方面进行了有益的探索。在山地自行车骑行动态性能分析方面，本文以某型全减振山地自行车为例，首先依据国家相关检测标准设计并进行了该款山地自行车车架的振动试验。在此基础上，本文扩展前述的车架模型，建立了完整的路面—山地自行车—骑行者系统，系统包括：使用谐波叠加法与 ARMA （Auto-R平度模型；样车的多刚体动力学模型；包含力学模型与知觉模型的骑行者模型，其中的知觉模型参考 ISO2631 建立，为一种人体承受全身振动下的舒适性知觉模型。最后本文对已建立的路面—山地自行车—骑行者系统进行了动力学分析，利用骑行者知觉模型对样车骑行动态性能进行了评价并给出结果。评价结果认为该款山地自行车骑行动态性能欠佳，设计有待改进。研究建立的路面—山地自行车—骑行者系统为今后山地自行车进一步的力学分析提供了动力学模型基础，为山地自行车的计算辅助设计工作提供了一类具有可操作性的设计结果评价标准。 关键词： 计算多体动力学，笛卡尔数学模型计算法，路面—山地自行车—骑行者系统，骑行动态性能II。 目录 摘要 1 第一章 绪论 3 1.1 研究的背景及意义 3 1.2 国内外山地自行车研究动态及存在问题 4 1.2.1 国内山地自行车研究动态及存在问题 4 1.2.2 国外山地自行车研究动态及存在问题 5 第二章 山地自行车车架振动试验及仿真试验 6 2.1 引言 6 2.2 试验方法与仪器设备 6 2.3 试验结果与分析 7 2.4 仿真结果与分析 9 第三章 路—山—人系统的建立及其系统力学分析 12 3.1 引言 12 3.2 模型建模时所做的简化假设 13 3.3 路面不平度模型的建立 13 3.4 系统动力学分析 14 3.5 山地自行车骑行动态性能评价 17 第四章 结论 18 参考文献 19 第一章 绪论 1.1 研究的背景及意义 近年来机动车数量激增使中国的城市交通系统面临巨大压力，机动车尾气的大量排放使得环境污染日益加剧，国际原油价格的一路飚升更导致了燃油价格的飞涨，整个社会面临重重矛盾。推广使用自行车作为代步工具不失为缓解上述矛盾的一种方法；同时，经济的发展使得城乡居民对于生活品质有了更高的追求，既可强健体魄又能愉悦身心的自行车运动方兴未艾。 从世界范围来看，各主要发达国家几乎无一例外的采取了鼓励自行车行业发展的政策，且政策卓有成效：如丹麦哥本哈根市 2000-2003 年预算中写明：“制定全面改善自行车使用条件的行动计划，包括自行车道路网的扩展方案，提高通行能力、提高安全性和舒适性的方案，以及必要的设施维护。”；而 1997 年针对荷兰的一项统计结果更表明，当地人们从事日常活动选择交通工具时，选择自行车的比率已占到 28%，已经接近了选择自驾车的比率（30%）。综上所述，世界范围内自行车行业前景看好。 为了增强我国大陆地区自