越野轮胎沙石路面行驶行为的GPU并行仿真方法研究及试验验证
发布时间：2021-04-15 17:34
越野车辆通常行驶在颗粒状的沙石路面,深入研究越野轮胎与沙石路面之间的相互作用对越野车辆的设计开发、牵引性能优化以及复杂路面通过性评估都具有重要意义。传统的有限元方法（FEM）或离散元方法（DEM）,不仅不能单独有效地描述越野轮胎与沙石路面之间的相互作用问题,而且存在仿真计算耗时等问题。为此,本文采用基于GPU并行计算的离散元与有限元耦合方法（DEM-FEM）以准确及高效模拟越野轮胎在沙石路面上的行驶行为,其中越野轮胎采用有限元方法描述其连续介质特性,而沙石路面则采用离散元方法描述其散体颗粒特性。首先,针对仿真中沙石颗粒与轮胎表面接触判断问题,提出了一种高效及准确的接触检测算法,即TSC算法。该算法的全局搜索适用于轮胎-沙石相互作用的接触检测,在全局搜索阶段依据轮胎在沙石路面上运动接触特性,采用动态改变移动接触区域内的离散元从节点与有限元接触主面的方法快速确定潜在接触对。该算法的局部搜索基于内-外算法原理,将接触区域分为面接触区、边接触区以及点接触区三种类型,在局部搜索阶段依据相应的几何推理条件,可快速地从单个颗粒的多个潜在接触对中排除无效接触对以及重复接触对信息。因此,TSC算法实现了...
【文章来源】：华南理工大学广东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：142 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
车辆在沙石路面上的运用领域
第一章绪论5关的仿真结果表明所提出的仿真模型可以用于预测车辆运动引起的地面压实、损伤以及动态响应等问题。Ragheb等人[67,68]为了研究越野轮胎在松软路面上的行驶性能以及转向性能，利用PAM-CRASH建立了三维非线性越野轮胎的有限元仿真模型，并对多个越野轮胎的转向特性进行了预测，为今后研究越野轮胎在松软路面上行驶的经验公式建立了一定基矗此外，Grujicic等人[69]基于有限元方法对四轮越野车在松软路面上的直线制动以及急转弯等工况进行了相关的仿真研究。图1-2变形轮胎与松软路面的相互作用模型[65]图1-3四车轮与松软路面的相互作用模型[66]上述工作均采用有限元方法进行轮胎在松软路面上行驶的仿真研究，尽管有限元方法能够精确地描述充气轮胎在行驶中的基本变形以及松软路面受力的大致变形。但是在轮胎与沙石路面相互作用方面，由于实际沙石路面呈现颗粒状的散体形态，因此使用有限元方法不能准确地描述沙石路面的非连续介质特性，即不能有效描述沙石颗粒的流动以及飞溅现象。
第一章绪论5关的仿真结果表明所提出的仿真模型可以用于预测车辆运动引起的地面压实、损伤以及动态响应等问题。Ragheb等人[67,68]为了研究越野轮胎在松软路面上的行驶性能以及转向性能，利用PAM-CRASH建立了三维非线性越野轮胎的有限元仿真模型，并对多个越野轮胎的转向特性进行了预测，为今后研究越野轮胎在松软路面上行驶的经验公式建立了一定基矗此外，Grujicic等人[69]基于有限元方法对四轮越野车在松软路面上的直线制动以及急转弯等工况进行了相关的仿真研究。图1-2变形轮胎与松软路面的相互作用模型[65]图1-3四车轮与松软路面的相互作用模型[66]上述工作均采用有限元方法进行轮胎在松软路面上行驶的仿真研究，尽管有限元方法能够精确地描述充气轮胎在行驶中的基本变形以及松软路面受力的大致变形。但是在轮胎与沙石路面相互作用方面，由于实际沙石路面呈现颗粒状的散体形态，因此使用有限元方法不能准确地描述沙石路面的非连续介质特性，即不能有效描述沙石颗粒的流动以及飞溅现象。
【参考文献】：
期刊论文
[1]Study on the particle breakage of ballast based on a GPU accelerated discrete element method[J]. Guang-Yu Liu,Wen-Jie Xu,Qi-Cheng Sun,Nicolin Govender. Geoscience Frontiers. 2020(02)
[2]基于GPU并行的锥体导管架平台结构冰激振动DEM-FEM耦合分析[J]. 王帅霖,刘社文,季顺迎. 工程力学. 2019(10)
[3]中国荒漠化分区与时空演变[J]. 周日平. 地球信息科学学报. 2019(05)
[4]基于离散元与有限元耦合的充气轮胎沙土路面行驶性能仿真方法研究[J]. 郑祖美,臧孟炎,曾海洋. 兵工学报. 2017(09)
[5]车辆地面力学研究综述[J]. 何健,马吉胜,吴大林. 火炮发射与控制学报. 2017(02)
[6]轮面曲率半径对沙地刚性轮沉陷性能影响研究[J]. 张锐,吉巧丽,张四华,刘芳,李建桥. 农业机械学报. 2016(11)
[7]无网格Galerkin法GPU加速并行计算及其应用[J]. 龚曙光,刘奇良,卢海山,周志勇,张佳. 计算力学学报. 2015(06)
[8]竖向荷载对月球车行驶性能影响的离散元分析[J]. 蒋明镜,戴永生,申志福. 地下空间与工程学报. 2015(05)
[9]基于FEM/DEM的轮胎-沙地相互作用的仿真[J]. 赵春来,臧孟炎. 华南理工大学学报(自然科学版). 2015(08)
[10]有限元GPU加速计算的实现方法[J]. 张健飞,沈德飞. 计算机辅助工程. 2014(02)
博士论文
[1]基于模拟月壤的轮壤关系研究[D]. 陈斌.吉林大学 2010
[2]月面探测车辆驱动轮牵引性能研究[D]. 邹猛.吉林大学 2008
本文编号：3139785
【文章来源】：华南理工大学广东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：142 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
车辆在沙石路面上的运用领域
第一章绪论5关的仿真结果表明所提出的仿真模型可以用于预测车辆运动引起的地面压实、损伤以及动态响应等问题。Ragheb等人[67,68]为了研究越野轮胎在松软路面上的行驶性能以及转向性能，利用PAM-CRASH建立了三维非线性越野轮胎的有限元仿真模型，并对多个越野轮胎的转向特性进行了预测，为今后研究越野轮胎在松软路面上行驶的经验公式建立了一定基矗此外，Grujicic等人[69]基于有限元方法对四轮越野车在松软路面上的直线制动以及急转弯等工况进行了相关的仿真研究。图1-2变形轮胎与松软路面的相互作用模型[65]图1-3四车轮与松软路面的相互作用模型[66]上述工作均采用有限元方法进行轮胎在松软路面上行驶的仿真研究，尽管有限元方法能够精确地描述充气轮胎在行驶中的基本变形以及松软路面受力的大致变形。但是在轮胎与沙石路面相互作用方面，由于实际沙石路面呈现颗粒状的散体形态，因此使用有限元方法不能准确地描述沙石路面的非连续介质特性，即不能有效描述沙石颗粒的流动以及飞溅现象。
第一章绪论5关的仿真结果表明所提出的仿真模型可以用于预测车辆运动引起的地面压实、损伤以及动态响应等问题。Ragheb等人[67,68]为了研究越野轮胎在松软路面上的行驶性能以及转向性能，利用PAM-CRASH建立了三维非线性越野轮胎的有限元仿真模型，并对多个越野轮胎的转向特性进行了预测，为今后研究越野轮胎在松软路面上行驶的经验公式建立了一定基矗此外，Grujicic等人[69]基于有限元方法对四轮越野车在松软路面上的直线制动以及急转弯等工况进行了相关的仿真研究。图1-2变形轮胎与松软路面的相互作用模型[65]图1-3四车轮与松软路面的相互作用模型[66]上述工作均采用有限元方法进行轮胎在松软路面上行驶的仿真研究，尽管有限元方法能够精确地描述充气轮胎在行驶中的基本变形以及松软路面受力的大致变形。但是在轮胎与沙石路面相互作用方面，由于实际沙石路面呈现颗粒状的散体形态，因此使用有限元方法不能准确地描述沙石路面的非连续介质特性，即不能有效描述沙石颗粒的流动以及飞溅现象。
【参考文献】：
期刊论文
[1]Study on the particle breakage of ballast based on a GPU accelerated discrete element method[J]. Guang-Yu Liu,Wen-Jie Xu,Qi-Cheng Sun,Nicolin Govender. Geoscience Frontiers. 2020(02)
[2]基于GPU并行的锥体导管架平台结构冰激振动DEM-FEM耦合分析[J]. 王帅霖,刘社文,季顺迎. 工程力学. 2019(10)
[3]中国荒漠化分区与时空演变[J]. 周日平. 地球信息科学学报. 2019(05)
[4]基于离散元与有限元耦合的充气轮胎沙土路面行驶性能仿真方法研究[J]. 郑祖美,臧孟炎,曾海洋. 兵工学报. 2017(09)
[5]车辆地面力学研究综述[J]. 何健,马吉胜,吴大林. 火炮发射与控制学报. 2017(02)
[6]轮面曲率半径对沙地刚性轮沉陷性能影响研究[J]. 张锐,吉巧丽,张四华,刘芳,李建桥. 农业机械学报. 2016(11)
[7]无网格Galerkin法GPU加速并行计算及其应用[J]. 龚曙光,刘奇良,卢海山,周志勇,张佳. 计算力学学报. 2015(06)
[8]竖向荷载对月球车行驶性能影响的离散元分析[J]. 蒋明镜,戴永生,申志福. 地下空间与工程学报. 2015(05)
[9]基于FEM/DEM的轮胎-沙地相互作用的仿真[J]. 赵春来,臧孟炎. 华南理工大学学报(自然科学版). 2015(08)
[10]有限元GPU加速计算的实现方法[J]. 张健飞,沈德飞. 计算机辅助工程. 2014(02)
博士论文
[1]基于模拟月壤的轮壤关系研究[D]. 陈斌.吉林大学 2010
[2]月面探测车辆驱动轮牵引性能研究[D]. 邹猛.吉林大学 2008
本文编号：3139785
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