车轮与砂壤地面相互作用离散元建模及仿真

发布时间：2020-06-16 21:18

【摘要】：近年,我国的海洋领土维权形势的日益严峻,亟需我们早做准备,加强我方部队现装车辆沙地通过性问题研究,以提高军队夺岛控岛所必需的滩头机动能力。另外,随着我国探月工程进入月面探测阶段,月壤砂性特征带来的可通过性差问题,也考验着我探测车辆的行走能力。而深入分析车辆沙地行驶的轮壤接触过程和车轮牵引问题,是研究解决车辆通过性问题的基础和关键。本文针对沙地轮壤相互作用和车轮牵引性能的研究需要,以东风猛士车轮和广东某海滩海积砂为研究对象,引入在颗粒介质微观力学分析上具有独特优势的离散元方法,进行车轮与砂壤地面颗粒流三维建模,并对轮壤进行细观和宏观动态分析。主要研究工作和成果如下:1.选取典型的南海海积砂作为砂壤样本,结合车辆行走主要作用土层合理采样,按照《土工试验规程》和《土工试验方法标准》进行参数测试和室内三轴试验,为土槽建模提供数据准备。2.通过离散元颗粒流程序PFC3D模拟室内三轴试验,分析离散元细观参数与砂样宏观力学参数之间的关系,在此基础上建立了海积砂离散元参数模型。3.基于车辆地面力学半经验法研究成果,以保持车轮接地平均压力和接触角不变为原则,解析推导了车轮等效缩尺的径、宽等参数变化关系,进而通过模拟承压板试验和数值拟合获取海积砂Bekker力学参数,构建了东风猛士车轮缩尺模型。4.设定车轮刚性条件,运用PFC内置语言进行二次开发,采用颗粒簇法生成结构参数可调的颗粒集合体车轮,实现了车轮结构的离散元三维建模。5.比照室内土槽试验原理和参数设定,调试建立了轮壤接触模拟土槽试验系统。通过驱动轮牵引性能试验仿真,分析了简单工况下受力介质参数、车轮行驶参数和结构参数变化对驱动轮牵引特性的影响规律。研究表明,增大轮宽、轮径以及加装轮齿,均能提高驱动轮在砂壤地面的牵引性能。
【学位授予单位】：国防科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：U461.51;TJ810.1
【图文】：

图 2. 1 三维离散元典型单元接触模型为切向刚度系数; Cs为切向阻尼系数; 动相对速度，μ 为单元间摩擦系数；si为法、切向接触力的矢量和。即c , AB n ,AB s,ABF F F触力矩：AB A s ,ABM r F粒 A 的质心指向颗粒 A、B 接触点的矢动学模型间的本构关系可以建立单元 A 的基本运,Aj i1( g )ac i i i i ijF K C m i=1,23Aj1 1( ) ( )ai i i i i i i ij iI M I K C S

/ 2 nn nt t t t t ti i i / 2 nn nt t t t t ti i i 中,下标 i=1,2,3 表示 3 个相互垂直的坐标轴；函数niF、合力及合力矩，是位移和速度的函数；, , , ,n n nn ni i i ii 、线速度、线加速度、角位移、角速度和角加速度；m动惯量；Δt 为时步。程中(t), (t), (t), (t), (t t/ 2), (t t/ 2)n n n nn ni i ii i i 在t An将移动到一个新的位置，并导致产生新的平衡力和力( )nt tiF 和合力矩( )nt tiM ,返回式（2-7）和式（2-8一直下去，即可得到每个单元的运动轨迹。其计算过程→②→③→④→⑤→⑥,从 t 时刻的位移开始，结束于

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本文编号：2716602