由于汽车在行走时,路面不平,汽车行驶中的路面可简化成正弦函数。
可把汽车行走的路面看做激励,忽略轮胎的弹性与质量,得到分析车身垂直振动的最简单的单质量系统,适用于低频激励情况。汽车行驶可看作如下模型:
上图为单一自由度系统的简图,设X(t)及Xs(t)分别是质量块及支承的位移,支承的运动规律是:
Xs =asinwt
由于支承的运动,质量块收到的弹性恢复力为k(X - Xs),阻尼力为c(Vx-Vxs)
根据达朗伯原理可得如下的运动微分方程:
由(1)和(2)得:
在此系统中除了有弹性恢复力及阻尼力作用外,还始终作用于简谐激励力:
Px=P0sinwt
简谐激励:
激励随时间的变化规律可用正弦或余弦函数表示;
振动响应亦为时间的正弦和余弦函数(简谐振动)。
结合上面的运动微分方程和简谐激励力方程,可得系统的运动微分方程为:
令:物体质:m = 1 kg,弹簧刚度:k = 3 N/m,阻尼:c = 4 N·s/m,作用力P = 2sin(2t + π/3),研究物体的位移随时间的变化规律。
通过北太真元建立系统运动微分方程模型,如下图所示:
设置参数:
正弦波产生模块:幅值:2;偏置:0;频率(弧度/秒):2;相位(弧度):pi/3≈1;
一阶积分模块:积分初始值:0.5;
增益模块:增益数值:4;
常量模块:常量值:3;
结束时间:10s;
求解器:ode4;
步长:0.01s。
得到的仿真结果,如下图所示: