【摘要】：車輛地面力學(xué),是結(jié)合了車輛動力學(xué)與土力學(xué)對車輛與地面間的相互作用過程進(jìn)行研究的一門學(xué)科。在車輛地面力學(xué)研究領(lǐng)域內(nèi),學(xué)者們對適用于農(nóng)田、沼澤、沙漠、海灘、月球等各種復(fù)雜行駛地面的輪式或履帶式車輛進(jìn)行研究,為提高車輛的通過性進(jìn)行了大量的理論分析與實(shí)驗(yàn)論證,并取得了豐富的研究成果,在農(nóng)業(yè)、軍用、探測等各個(gè)領(lǐng)域做出了巨大的貢獻(xiàn)。在車輛地面力學(xué)的研究過程中,國內(nèi)外學(xué)者使用了多種方法實(shí)現(xiàn)車輛與地面間的數(shù)學(xué)關(guān)系建模,根據(jù)車輛地面力學(xué)的發(fā)展過程可將這些方法分為如下五類:純經(jīng)驗(yàn)法、半經(jīng)驗(yàn)法、基本理論研究法、模擬試驗(yàn)法和電子計(jì)算機(jī)模擬法。在這些方法中,基本理論研究法和電子計(jì)算機(jī)模擬法應(yīng)用最為廣泛,且隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的成熟,越來越多的學(xué)者將這兩種方法進(jìn)行了結(jié)合,基于理論分析建立計(jì)算機(jī)上的車輛與地面關(guān)系模型,用計(jì)算機(jī)模擬代替純物理試驗(yàn),通過對仿真結(jié)果進(jìn)行分析得出結(jié)論。使用基本理論研究法存在的一個(gè)弊端是,該方法遵循的是連續(xù)介質(zhì)力學(xué)法,并不符合土壤地面的實(shí)際情況。離散元法是用來分析非連續(xù)介質(zhì)力學(xué)行為的一種理論方法,通過將研究對象分離為大量單元體的集合、將運(yùn)動過程分解為大量極短時(shí)刻的集合,令每個(gè)單元在每個(gè)時(shí)刻滿足牛頓第二定律,循環(huán)迭代全部運(yùn)動時(shí)刻,由每個(gè)時(shí)刻研究對象的位置變化反映出研究對象在運(yùn)動過程的整體運(yùn)動形態(tài)變化�；陔x散元法的基本思想,使用離散元法研究土壤地面力學(xué)是非常合理有效的方法。因此,在離散元法被廣泛應(yīng)用后,眾學(xué)者以離散元法替換了基本理論研究中的連續(xù)介質(zhì)力學(xué)法。本文以車輪與地面間的相互作用過程為研究對象,采用離散元和計(jì)算機(jī)模擬仿真相結(jié)合的方法,基于課題組研制的離散元計(jì)算仿真軟件Agri DEM,實(shí)現(xiàn)了車輪在松軟地面上滾動過程的三維模擬仿真功能。本文首先使用離散元法建立土壤地面與車輪的三維模型,再對車輪與地面間的相互作用過程選用接觸力學(xué)模型進(jìn)行受力分析和求解,并根據(jù)求得的作用力計(jì)算車輪與土壤顆粒在每個(gè)時(shí)刻的速度與位置變化,最后通過循環(huán)迭代全部運(yùn)動時(shí)刻車輪與土壤顆粒的位置坐標(biāo),得出車輪在土壤地面上滾動過程的模擬演示動圖。通過對程序進(jìn)行測試,可以得知,本文實(shí)現(xiàn)了以下主要功能:用戶對土壤地面、車輪建模方式的自由設(shè)置;用戶對土壤地面、車輪各項(xiàng)力學(xué)參數(shù)的自由設(shè)置;對車輪運(yùn)動過程的性能分析。其中,對土壤地面建模的自由設(shè)置表現(xiàn)為:地面模型可選擇單一顆粒、多種顆粒兩種土壤顆粒生成方法,每種生成方法可自由選擇顆粒形狀、顆粒尺寸分布情況。對車輪建模的自由設(shè)置表現(xiàn)為:車輪模型可選擇剛性車輪或彈性車輪兩種車輪類型,每種車輪類型都提供了不同車輪個(gè)數(shù)的模型,對所選車輪的結(jié)構(gòu)參數(shù)可進(jìn)行自由設(shè)置,對車輪將要模擬驅(qū)動輪或從動輪同樣可進(jìn)行選擇。對車輪運(yùn)動過程的性能分析將以關(guān)系曲線圖的形式進(jìn)行表示,如速度—時(shí)間關(guān)系曲線圖等。本程序可滿足不同用戶的模擬需求。對土壤地面建模方式、力學(xué)參數(shù)的更改可實(shí)現(xiàn)對田地、沼澤、沙漠等不同行駛地面的模擬研究。對車輪建模方式的設(shè)置,可對車輪結(jié)構(gòu)參數(shù)對車輪通過性的影響進(jìn)行研究。對車輪力學(xué)參數(shù)的更改可研究影響車輪動力性的力學(xué)因素。性能分析關(guān)系圖可以用來分析仿真結(jié)果的正確性。根據(jù)測試結(jié)果,本程序已實(shí)現(xiàn)研究目的:設(shè)計(jì)為車輛的設(shè)計(jì)優(yōu)化提供理論依據(jù)的一種新工具。
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：U461.51
【圖文】：

多種顆粒混合模型

斜坡土壤地面

（a） 4 個(gè)輪刺 （b） 12 個(gè)輪刺圖 3.1 剛性車輪完成剛性車輪的邊界建模后，邊界文件中保存的邊界既包含土槽邊界又邊界，為進(jìn)行區(qū)分添加邊界類型屬性值bwheeltype，默認(rèn)值為0時(shí)表示該土槽邊界，當(dāng)為車輪邊界時(shí)將取值更改為1。本文為滿足多種仿真情況，設(shè)置了單個(gè)車輪、兩個(gè)車輪和四個(gè)車輪三種。當(dāng)車輪模型中包含多個(gè)車輪時(shí)，在相鄰的兩個(gè)車輪中間用橫梁進(jìn)行橫梁為一個(gè)長方體四楞柱面。在多種車輪模型中，要為每個(gè)邊界設(shè)置所輪編號wheelindex，并將每個(gè)車輪的中心坐標(biāo)與車輪編號相對應(yīng)。如圖

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2756842