本文關鍵詞：深空巡視探測器彈性車輪設計與性能分析

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【摘要】：巡視探測器是深空探測的主要平臺和載體,要求其應具有良好的機動性、通過性、穩(wěn)定性與平順性,使之能夠順利通過松軟顛簸的星球(月球或火星)表面,而車輪作為與星球表面直接接觸的部件,也是移動系統(tǒng)最關鍵的部件。針對表面復雜的環(huán)境狀態(tài),研制通過性優(yōu)良并具有優(yōu)異減振性能的彈性車輪,對巡視探測器移動系統(tǒng)設計與路徑規(guī)劃十分必要。本文以工程仿生學原理為基礎,進行彈性車輪的仿生設計,并進行性能分析,以期為我國深空巡視探測器彈性車輪的設計提供新的思路和設計方法。本文選取松塔作為彈性車輪仿生設計的生物原型。利用電子稱、游標卡尺等測量工具對松塔結構進行宏觀測量分析。獲得松塔高度、質量以及最大外徑之間的關系,揭示了松塔鱗片結構、果核頂角以及松塔底部螺旋線的變化規(guī)律。運用高速攝像機和壓縮試驗機分別對松塔進行跌落試驗和壓縮性能測試,分析了松塔三種典型狀態(tài)下的彈性變形特性,并探討了松塔鱗片結構對其變形特性的影響�；诮Y構仿生學原理,結合松塔結構,選取松塔整體形貌、開放式結構、鱗片分布結構、底部特征形貌以及半展開形貌結構特征作為仿生設計參考因素,分別設計相應的仿生彈性車輪。利用三維建模軟件CATIA構建各車輪結構模型,利用Hypermesh和ANSYS軟件對所設計的彈性車輪進行初步靜力學分析,最終選擇半展開狀態(tài)形貌車輪為仿生模型。利用有限元軟件模擬分析彈性車輪輪片厚度、平行間距以及斜角間距對于彈性車輪形變、應力以及剛度的影響。考慮到存在重復建模,利用CATIA的參數(shù)化建模功能實現(xiàn)車輪三維模型的建立,仿真結果表明隨著輪片厚度的減小,車輪形變和應力增大,剛度減小;隨著平行間距以及斜角間距的增大,車輪形變和應力增大,剛度降低,其中厚度的變化對輪片性能影響最為明顯。利用有限元軟件模擬分析彈性車輪在三種典型狀態(tài)(無地面約束、有地面約束及有預應力的地面約束)下的車輪模態(tài)特性。結果表明在三種狀態(tài)下車輪的固有頻率均隨著模態(tài)階數(shù)的增大而增大,且模態(tài)階數(shù)越大,數(shù)值波動越小;車輪整體變形的趨勢隨著階數(shù)增大呈現(xiàn)出波動遞增趨勢。分析輪片在無地面約束和有地面約束兩種狀態(tài)下,輪片材料的彈性模量對于車輪模態(tài)特性的影響。結果表明,兩種狀態(tài)下車輪的固有頻率均隨著車輪材料彈性模量的增大而增大,且材料特性的變化對于車輪振動振型影響較小,主要影響車輪的振動幅度。本文對仿生彈性車輪的分析,以期為后續(xù)彈性車輪設計研究提供基礎與參考。
【關鍵詞】：巡視探測器 彈性車輪 結構仿生 松塔 ANSYS
【學位授予單位】：吉林大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：V476
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 第1章 緒論11-33
• 1.1 研究意義和背景11-12
• 1.2 巡視探測器移動機構研究現(xiàn)狀12-14
• 1.2.1 輪式移動系統(tǒng)12
• 1.2.2 腿式移動系統(tǒng)12-13
• 1.2.3 輪-腿式移動系統(tǒng)13
• 1.2.4 履帶式移動系統(tǒng)13-14
• 1.3 車輪構型研究概況14-29
• 1.3.1 國外研究現(xiàn)狀14-25
• 1.3.2 國內研究現(xiàn)狀25-29
• 1.4 滾動生物體研究現(xiàn)狀29-31
• 1.5 課題來源及技術路線31
• 1.5.1 課題來源31
• 1.5.2 技術路線31
• 1.6 研究主要內容31-33
• 第2章 仿生原型選擇及其特性研究33-53
• 2.1 松塔形貌分析33-39
• 2.1.1 整體構成33
• 2.1.2 形態(tài)量化分析33-39
• 2.2 松塔跌落彈性實驗與分析39-49
• 2.2.1 鱗片展開形態(tài)39-49
• 2.3 松塔承壓特性研究49-51
• 2.3.1 承壓實驗49-51
• 2.4 本章小結51-53
• 第3章 基于松塔結構的彈性車輪仿生設計53-65
• 3.1 仿生參數(shù)及其模型參考53
• 3.2 仿生車輪模型設計53-61
• 3.2.1 基于松塔整體形貌車輪設計53-55
• 3.2.2 基于松塔開放式結構車輪設計55-56
• 3.2.3 基于松塔鱗片結構車輪設計56-57
• 3.2.4 基于松塔底部形貌車輪設計57-59
• 3.2.5 基于半展開狀態(tài)形貌結構車輪設計59-61
• 3.3 仿生車輪有限元模型建立61-64
• 3.4 本章小結64-65
• 第4章 仿生彈性車輪靜力學分析與研究65-85
• 4.1 模型初步仿真模擬及最終模型選擇65-72
• 4.1.1 車輪結構非線性靜力學分析65-70
• 4.1.2 仿生彈性車輪結構選擇70-72
• 4.2 車輪簡化設計模型驗證72-74
• 4.3 車輪的輪片參數(shù)變化對于車輪性能的影響74-83
• 4.3.1 厚度對車輪性能影響75-77
• 4.3.2 平行間距對車輪性能影響77-79
• 4.3.3 斜角間距對車輪性能的影響79-83
• 4.4 本章小結83-85
• 第5章 仿生彈性車輪模態(tài)分析85-95
• 5.1 模態(tài)分析理論基礎85-86
• 5.2 典型狀態(tài)下車輪的模態(tài)分析86-90
• 5.2.1 無地面約束86-87
• 5.2.2 有地面約束87-89
• 5.2.3 有預應力的地面約束89-90
• 5.3 車輪材料特性對于車輪模態(tài)的影響90-94
• 5.4 本章小結94-95
• 第6章 結論與展望95-97
• 6.1 主要結論95-96
• 6.2 研究展望96-97
• 參考文獻97-105
• 攻讀碩士學位期間科研成果、參與項目情況105-107
• 導師及作者簡介107-109
• 致謝109-110

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 張仲志;宋彬;呂建剛;郭劭琰;;一種新型輪胎的力學特性分析[J];計算機仿真;2014年03期

2 吳偉仁;劉旺旺;唐玉華;張哲;;深空探測幾項關鍵技術及發(fā)展趨勢[J];國際太空;2013年12期

3 張仲志;呂建剛;宋彬;高飛;;新型彈簧輪胎的結構設計與分析[J];振動與沖擊;2013年21期

4 汪偉;趙又群;姜成;武健;;新型機械彈性車輪的力學傳遞特性分析[J];江蘇大學學報(自然科學版);2013年03期

5 馮希金;鄭小剛;危銀濤;李紅衛(wèi);;輪胎振動特性的有限元分析及關鍵影響因素研究[J];輪胎工業(yè);2013年01期

6 岳紅旭;趙又群;;一種新型安全車輪的非線性有限元分析[J];中國機械工程;2012年11期

7 岳紅旭;許靖;胡國強;;安全輪胎國內外發(fā)展現(xiàn)狀[J];輕型汽車技術;2011年09期

8 武秋紅;胡明;陳文華;潘駿;錢萍;;徑向可伸縮式車輪機構的構型設計與分析[J];機械設計與制造;2011年05期

9 孫剛;高峰;孫鵬;;月球車彈性車輪設計與移動性能研究[J];中國機械工程;2009年02期

10 高海波;賈陽;鄧宗全;陶建國;胡明;;月球車彈性篩網(wǎng)輪的研制[J];哈爾濱工業(yè)大學學報;2008年11期

中國博士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前3條

1 鄭順奇;鎂合金輪轂模態(tài)分析與鑄—擠復合成形技術研究[D];中北大學;2013年

2 陳百超;月球車新型移動系統(tǒng)設計[D];吉林大學;2009年

3 尚建忠;空間探測機器人移動機構及系統(tǒng)研究[D];華中科技大學;2006年

中國碩士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前7條

1 宋仲良;載人月球車凹面車輪結構設計及優(yōu)化分析[D];湖南大學;2015年

2 姜成;新型彈力安全車輪的結構分析與優(yōu)化設計[D];南京航空航天大學;2014年

3 張四華;沙地環(huán)境車輛仿鴕足步行機構的研究[D];吉林大學;2013年

4 王偉;月球車仿葉輪式半步行輪設計[D];大連理工大學;2012年

5 陳澤宇;適用于月球車的可伸縮葉片復式步行輪的研究[D];吉林大學;2007年

6 張紅軍;基于ANSYS的汽車輪胎有限元分析研究[D];西安理工大學;2005年

7 孫偉;輪式月球車驅動特性與控制技術研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2006年

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本文編號：554151