履带车辆行动系统及软地面的动力学建模与分析

作     者：孟磊 

作者单位：北京理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李晓雷

授予年度：2016年

学科分类：082304[工学-载运工具运用工程] 08[工学] 080204[工学-车辆工程] 0826[工学-兵器科学与技术] 0802[工学-机械工程] 0823[工学-交通运输工程] 

主      题：履带车辆 行动系统 LMS Virtual.lab 动力学仿真 接触/碰撞 软地面 

摘      要：行动系统是履带车辆最基础的组成部分,是实现履带车辆高机动性、全地形通过性和轻量化的关键子系统。近年来随着大型多体动力学软件的广泛应用,针对履带车辆行动系统的动力学研究变的非常普遍。本文基于多体动力学软件LMS *** Motion分别建立了履带车辆行动系统及软地面的动力学模型,并对模型车辆在特定工况下的越障性能和在软地面上的附着特性进行仿真分析。在行动系统建模方面,由于已有的大部分论文都将重点放在了后期对车辆性能的分析上,很少关注前期的建模过程,尤其忽略了软件内部对于接触力的计算过程,而行动系统的正常工作在很大程度上依赖于各部件、地面与履带板的接触,接触力的定义会直接影响模型的正确度及后期车辆性能的分析,因此,本文在行动系统建模方面主要对软件中接触力的作用机制从理论和应用上进行说明。首先介绍了LMS *** Motion中计算接触力和摩擦力所采用的数学模型,详细描述了软件在处理接触碰撞时对于接触点的搜索过程。其次,说明了主动轮、负重轮、地面与履带板之间接触的定义方式。最后,重点分析了接触定义中最大碰撞深度、恢复系数和过渡速度这三个参数对接触力的影响。在行动系统仿真分析方面,利用所建的动力学模型分析了履带车辆通过崖壁的过程,提出了以低速接近崖壁然后以3m/s的速度通过崖壁的通过方案;用波长为不同履带板节距倍数的正弦路面作为激励,研究了履带的滤波效应对车辆平顺性的影响。在软地面建模方面,现有论文中均未提及履带板板体、履刺与地面的接触方式,且土壤参数的输入均采用软件中自带的参数,往往不知道此时土壤的含水率。本文针对这两方面的不足,在定义履带板与软地面接触方式时,提出了一种能较精确模拟板体与履刺的方法,土壤参数通过试验方法获得。通过土壤的压盘试验和直剪试验测得了10%含水率下沙壤土和粘土的土壤参数。在软地面仿真分析方面,从尽量缩短仿真计算时间的角度考虑,设计了“牵引法测履带车辆地面附着系数的方案,并对沙壤土和粘土两种土壤的附着系数进行了测定。在模型验证方面,按照实车道路模拟试验工况,建立了履带车辆台架动力学模型,分析了模型在不同速度、不同路面下各个负重轮与车体之间的相对位移,并通过与实验数据对比,验证了模型的准确性。