挖掘机履带行走机构与地面相互作用机理的数值模拟研究

作     者：王宏菲 

作者单位：吉林大学 

学位级别：硕士

导师姓名：孔德文

授予年度：2012年

学科分类：081901[工学-采矿工程] 0819[工学-矿业工程] 08[工学] 

主      题：矿用挖掘机 履带行走机构 地面力学 动力学仿真 有限元 

摘      要：履带行驶机构的运动性能以及履带板的力学性能与土壤的参数有着很大关系，分析履带行驶机构与土壤之间的相互作用关系对履带的机构设计以及优化有着重大的意义。本文通过对地面力学的基本理论以及赫兹接触理论的深入研究，将其与多体动力学分析以及有限元分析相结合，对履带—土壤模型进行了多工况的数值模拟分析。 本文的主要工作总结如下： 1)根据地面力学基本理论，对本文所要研究的履带行驶机构的接地压力以及行驶阻力进行分析计算，得到理论接地压力公式以及行驶阻力公式。为下一步对履带—土壤模型的仿真分析提供了理论依据。 2)根据挖掘机的履带行走机构的基本理论，在已知履带行走机构的主要参数以及土壤的主要参数的基础上，通过计算得到履带在两种工况下行驶的外阻力。 3)基于多体动力学理论以及之前对于履带行驶机构的理论计算，在ADAMS软件中建立履带的虚拟样机模型，对其进行两种工况下的动力学仿真分析。通过仿真结果的分析得出履带板在运动过程中受到来自于地面、支重轮以及相邻履带板的力曲线，在对曲线进行一系列研究的基础上得到履带行驶机构整体以及单个履带板的受力规律，这位下一步对履带板—土壤模型的有限元分析提供了依据。 4)在赫兹接触理论以及有限元理论的基础上，在ANSYS软件中建立履带板—地面的有限元模型。在建模过程中，需要选取合适的单元类型、确定履带板以及土壤的材料参数、创建履带板与土壤之间的接触关系、在合适的位置施加约束以及外载荷、选取合适的求解器等。 5)选取履带行驶机构稳定行驶的一段时间，在ANSYS软件中，对履带板—土壤模型进行这一段时间内在两种工况下的瞬态分析。通过分析得到在这一段时间内，履带板的应力分布规律、土壤的应变分布规律、履带行驶机构整体的受力规律、履带下方土壤整体的应变规律，证明了之前的理论分析结果。然后通过对比履带板的应力响应曲线和土壤的应变响应曲线，得到履带与土壤的相互作用关系。