基于多体接触碰撞的松软地面车轮沉陷仿真

提出了一种大规模多体系统接触碰撞理论与车辆地面力学理论相结合的仿真方法,并基于多体动力学仿真平台开发了车轮土壤相互作用仿真模块。基于该方法建立的土壤动力学模型和车轮土壤接触碰撞模型,进行了车轮沉陷的仿真。根据记录,在普通配置台式计算机上模拟土槽系统30 s的运动,仅需20 min。在相同实验条件下,仿真结果与土槽实验结果趋势一致,仿真曲线与土槽实验曲线吻合良好。由此表明该仿真算法能够满足越野行驶仿真的需要。     

基于虚拟样机的桁架式喷洒车稳定性动力学仿真

为了提高卷盘式喷灌机桁架式喷洒车爬坡和抗倾覆能力,克服喷洒车试验周期长、成本高、试验优化能力受限制的缺点,采用虚拟样机软件ADAMS建立JP75型喷灌机桁架式喷洒车的动力学参数化仿真模型,对喷洒车的纵向、横向抗倾覆性以及爬坡能力进行了仿真。分析了不同坡度角工况下影响桁架式喷洒车爬坡和抗倾覆能力的几种关键因素,采用二分法控制仿真坡度角的变化,对各因素的影响程度进行了仿真试验研究,提高了仿真速度。通过对影响爬坡和倾覆性能较大的地面粘附系数、质心高度、轮距等关键因素进行优化,使临界爬坡角比现有喷洒车提高了21.48%。优化后新机型的试验运行结果表明,在同样坡度工况下新机型倾覆次数明显减少,能够达到的最大爬坡角得到提高,仿真优化取得明显效果。     

滑转条件下星球车坡面通过性评估试验

星球车是执行深空探测任务的主要移动平台,针对星球表面崎岖地形地貌,开展滑转条件下星球车坡面沉陷研究,确保其安全通过性能具有重要意义。基于传统地面力学研究方法,以速度和坡度为试验因素,车轮滑转率和沉陷为试验指标,开展滑转条件下的缩比星球车坡面沉陷试验;分析了试验因素对各车轮滑转率影响,以及不同滑转率和速度条件下沉陷变化规律,建立了滑转率关于坡度的一元二次模型。结果表明,模型车前轮和中间轮的滑转率随速度和坡度变化趋势总体趋于一致,与后轮滑转率变化趋势明显不同。坡度为25°时,前轮和中间轮滑转率最大值达到92.3%,后轮相应的最大滑转率为61.8%。试验条件下,各车轮沉陷最大值分别为33.1 mm（前轮）、33.9 mm（中间轮）和13.6 mm（后轮）;当滑转率的范围为25%～60%时,前轮和中间轮沉陷增加的较为平缓,平均增加率为22.5%,对于后轮滑转率超过35%后,沉陷变化较小,波动范围为?1.3～1.8 mm;速度对各车轮沉陷的影响明显较滑转率的小,沉陷的相对变化率范围为?12.5%～10.7%。该研究可为低重力环境下星球车研制、坡面通过性评估提供参考。     

均质土壤承压下陷模型改进及验证

针对传统土壤承压模型依赖拟合原位承载试验曲线的复杂性或建立在土壤力学参数基础上的预测模型的理想化等问题,该文提出一种改进的土壤承压下陷模型。依据地面力学和土壤力学相关理论将土壤承压力学模型分3类进行简要介绍,分析其各自特点和参数意义。结合土壤承压极限理论的指数形式,提出改进的土壤承压模型。利用庄继德等人的相关试验研究结果进行验证,结果表明砂性土、水稻土的土壤承压下陷计算预测曲线与实际拟合曲线吻合度较好,其中砂土试验的Bekker下陷曲线与改进模型计算所得曲线的决定系数R2为0.9998;利用Bekker文献中的黏性土试验参数数据进行验证,计算所得土壤极限应力值与相应位置贝氏方程拟合应力值误差在5%~21%之间,土壤变形指数求解值与实际值误差在7%~36%之间。该模型普适性、准确性较强,可在测得土体基本力学参数的基础上预测载荷下陷曲线,为研究车辆行驶下陷提供参考。     

基于滚动阻力实时监测的软路面识别方法

为提高某军用越野车辆在软路面的机动性,提出一种基于滚动阻力实时监测的软路面识别方法。利用软路面测量的特征参数计算出土壤"圆锥指数"(cone index,CI);依据贝克的地面力学"压力-沉陷"公式获得主要由土壤压实阻力构成的车轮滚动阻力系数;通过实时监测车辆和发动机动的运行状态,基于车辆纵向力平衡方程,根据发动机的输出扭矩计算车辆当前行使路面的滚动阻力系数,并与软路面滚动阻力系数临界阈值进行对比。若为软路面则采取车辆软路面的行使模式,使得车辆快速通过。该文实现了车辆对软路面的自我识别,识别率达90%,提高了越野车辆的机动性能。     

基于地面力学的筛网轮牵引通过性研究

筛网轮具有质量轻、转向阻力小等优点,但其在松软干沙路面上的牵引通过性研究比较少。本文设计了轻型轮壤土槽测试系统,以车轮沉陷量、驱动扭矩、挂钩牵引力和牵引系数为指标,在土壤松散和自然状态下进行筛网轮和圆柱轮牵引通过性对比试验,基于轮辙非接触测量获取筛网轮表观沉陷量。结果表明：试验条件下,筛网轮实际沉陷量范围分别为13.1~26.3mm（松散状态）和8.1~18.7mm（自然状态）,较圆柱轮平均分别增加了26.4%（松散状态）和22.7%（自然状态）;随着滑转率的增加,筛网轮表观沉陷量呈现减小趋势,圆柱轮则呈现先增加后减小趋势。车轮驱动扭矩、挂钩牵引力随着滑转率的增加而增加,牵引系数呈现先增加后减小趋势;筛网轮驱动扭矩最大值分别为3.18N·m（松散状态）和3.76N〖DK〗·m（自然状态）,筛网轮挂钩牵引力最大值分别为8.46N（松散状态）和9.9N（自然状态）,自然状态土壤较松散状态时挂钩牵引力平均提高了16.7%;与筛网轮相比,圆柱轮驱动扭矩较筛网轮平均提高了45.2%,挂钩牵引力则平均提高了30.9%（松散状态）和33.6%（自然状态）;筛网轮牵引系数明显较圆柱轮大,自然状态下筛网轮牵引系数最大值为0.29,较松散状态下提高了17.9%。综合考虑车轮沉陷量、牵引系数的影响,筛网轮在干沙路面上比圆柱轮具有更好的牵引通过性。     

考虑土壤滑转流动的柔性履带应力分布研究

履带-地面相互作用力学研究在履带机构设计、优化、控制与仿真方面具有重要的作用,其中柔性履带应力分布是目前该项研究的难点。本文将地面力学广泛应用的半经验法与土槽实验方法相结合,首先在KARAFIATH构想的基础上分析了履带行进过程中土壤的剪切流动及滑移线分布规律,提出了滑转流动导致的土壤流失量的计算方法,并在引入履带应力分布的研究中,实现了对传统履带-地面应力分布模型的修正和改进。利用履带机构-土壤实验系统进行相关测试,结合实验测量拟合得到履带段各点的下陷量曲线,代入本文模型中计算得到机构各处的正应力与切应力的分布情况。在载荷6 kg,滑动率从0.23增加到0.71时,履带机构竖直方向正应力的计算值与实验测量平均相对误差不超过15%,相关系数不小于0.83。模型可用于柔性履带地面耦合动力学建模与特性分析。     

履带地面力学研究综述

车辆地面力学是研究车辆与地面间力学关系的边缘学科,主要涉及车辆、地面及其相互作用的动力学等方面问题的研究.履带车辆因其具有良好的越野机动性能,在军事领域应用较广泛,所以研究履带-地面相互作用对于提高军事战斗能力具有很大帮助.在广泛查阅资料及项目研究的基础上,综述了履带地面力学研究方法的发展现状.同时结合我国的实际情况,...     

地面力学参数综合测试系统设计与试验

为了改进贝氏仪不依赖大型设备时测试范围的局限性和地面力学参数测试手段的分散多样性,设计了一种室内外两用的地面力学参数综合测试系统。测试系统贯入、扭转过程互不干涉,实现测试及数据处理的独立性。可选择电动机驱动或手动驱动。借助丝杠升降机传动,仪器具有较高的运行控制精度和测试量程。系统借助拉线位移传感器和力、扭矩传感器可实时同步获取纵深行进动态信息、土壤承压力和土壤抗剪切力等信息,可实现计算机远程控制和数据采集记录及处理自动化。实验室压实制备湿润砂土,通过剪切盘剪切试验得砂土内聚力为3.14 kPa,内摩擦角为38.2°;通过压板试验得砂土变形指数为0.963,粘聚变形模量为178.73 kN/m~(n+1),摩擦变形模量为11 908.40 kN/m~(n+2)。试验表明,该仪器具有较高的可靠性和实用性。     

确定松软地面剪切特性模型参数的新方法

分析了松软地面剪切特性曲线的特点,提出了确定松软地面剪切特性模型参数的新方法－转换加权最小二乘法,对最小二乘法进行了推广,采用该方法建立了确定常用松软地面剪切特性模型参数的公式。编制了松软地面剪切特性分析软件,并用于研究某典型沙地的剪切特性。