輪胎與沙地的相互作用直接影響越野車輛的行駛性能,因而研究輪胎與沙地的相互作用對(duì)于改善越野車輛沙地路面的通過(guò)性、動(dòng)力性和平順性等問(wèn)題具有重要的意義。理論分析、試驗(yàn)研究和數(shù)值仿真方法是目前評(píng)價(jià)越野輪胎沙地行駛性能的主要手段。本文在實(shí)驗(yàn)室前期工作的基礎(chǔ)上,系統(tǒng)地研究了基于GPU（Graphics Processing Unit）并行計(jì)算的離散元與有限元耦合方法（Discrete-finite element method,DEM-FEM）,并將其應(yīng)用于輪胎沙地行駛性能仿真分析。首先,鑒于越野輪胎花紋形狀復(fù)雜、沙粒輪胎之間接觸形式多樣,提出了一種適用于處理復(fù)雜結(jié)構(gòu)與散體顆粒相互作用的線性離散元與有限元接觸算法—DZCell算法。該接觸算法包括全局搜索與局部搜索兩部分。全局搜索中,針對(duì)接觸區(qū)域內(nèi)的每個(gè)離散單元,直接尋找可能與其接觸的有限元接觸面,提高了接觸算法的效率和魯棒性。局部搜索中,考慮離散顆粒與輪胎之間所有可能的接觸形式,提高了接觸算法的準(zhǔn)確性。通過(guò)相關(guān)算例,確認(rèn)了本文提出的DZCell接觸算法的有效性。然后,考慮到沙地模型中離散元數(shù)目龐大、且輪胎沙地性能仿真評(píng)價(jià)需要較長(zhǎng)現(xiàn)象時(shí)間等問(wèn)題,開... 

【文章來(lái)源】：華南理工大學(xué)廣東省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁(yè)數(shù)】：131 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第一章 緒論
    1.1 研究背景及意義
    1.2 數(shù)值方法在輪胎沙地行駛分析中的應(yīng)用現(xiàn)狀
        1.2.1 離散元法在輪胎沙地行駛分析中的應(yīng)用
        1.2.2 有限元法在輪胎沙地行駛分析中的應(yīng)用
        1.2.3 離散元與有限元耦合方法在輪胎沙地行駛分析中的應(yīng)用
    1.3 GPU并行在數(shù)值方法中的應(yīng)用
        1.3.1 GPU并行在離散元方法中的應(yīng)用
        1.3.2 GPU并行在有限元方法中的應(yīng)用
        1.3.3 GPU并行在離散元與有限元耦合方法中的應(yīng)用
    1.4 本文研究路線及工作概述
        1.4.1 研究路線
        1.4.2 工作概述
第二章 動(dòng)力有限元與顆粒離散元基本理論
    2.1 引言
    2.2 動(dòng)力有限元基本理論
        2.2.1 更新拉格朗日格式
        2.2.2 有限元離散
        2.2.3 六面體等參單元
        2.2.4 中心差分法
        2.2.5 應(yīng)力更新
    2.3 顆粒離散元基本理論
        2.3.1 運(yùn)動(dòng)方程及求解
        2.3.2 單元間接觸力的計(jì)算
    2.4 本章小結(jié)
第三章 離散元與有限元耦合DZCell接觸算法研究
    3.1 引言
    3.2 全局搜索
        3.2.1 接觸區(qū)域分解
        3.2.2 構(gòu)造包圍盒
        3.2.3 單元定位
        3.2.4 確定潛在接觸對(duì)
        3.2.5 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
        3.2.6 算法實(shí)現(xiàn)
    3.3 局部搜索
        3.3.1 點(diǎn)面接觸
        3.3.2 點(diǎn)邊接觸
        3.3.3 點(diǎn)點(diǎn)接觸
        3.3.4 算法實(shí)現(xiàn)
    3.4 接觸力計(jì)算
    3.5 接觸計(jì)算方法性能比較
        3.5.1 計(jì)算效率
        3.5.2 魯棒性
        3.5.3 準(zhǔn)確性
    3.6 數(shù)值算例
        3.6.1 球撞板問(wèn)題
        3.6.2 顆粒滾筒問(wèn)題
        3.6.3 剛性車輪沙地行駛問(wèn)題
    3.7 本章小結(jié)
第四章 基于GPU并行的離散元與有限元耦合方法及性能評(píng)價(jià)
    4.1 引言
    4.2 CUDAFORTRAN編程模型
        4.2.1 線程及其組織形式
        4.2.2 存儲(chǔ)模型
        4.2.3 執(zhí)行模型
        4.2.4 編程實(shí)例
    4.3 基于GPU并行的離散元與有限元耦合方法
        4.3.1 接觸搜索
        4.3.2 接觸力計(jì)算
        4.3.3 信息更新
    4.4 流程圖
    4.5 數(shù)值算例
        4.5.1 漏斗卸料問(wèn)題
        4.5.2 立方槽顆粒壓實(shí)問(wèn)題
    4.6 本章小結(jié)
第五章 輪胎沙地行駛性能仿真分析
    5.1 引言
    5.2 土槽試驗(yàn)
        5.2.1 試驗(yàn)裝置
        5.2.2 試驗(yàn)過(guò)程
        5.2.3 基于PID理論的輪胎加載
    5.3 輪胎沙地離散元與有限元耦合計(jì)算模型
        5.3.1 沙地離散元模型
        5.3.2 充氣輪胎有限元模型
        5.3.3 充氣輪胎沙地離散元與有限元耦合計(jì)算模型
    5.4 仿真分析系統(tǒng)及PDFP-OVS簡(jiǎn)介
        5.4.1 仿真分析系統(tǒng)
        5.4.2 PDFP-OVS簡(jiǎn)介
    5.5 充氣輪胎沙地行駛性能仿真
        5.5.1 仿真分析
        5.5.2 仿真結(jié)果與討論
        5.5.3 GPU并行的加速性能
    5.6 本章小結(jié)
結(jié)論與展望
參考文獻(xiàn)
攻讀博士學(xué)位期間取得的研究成果
致謝
附件


【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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碩士論文
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[5]月球車輪壤作用關(guān)系的剛?cè)峤Y(jié)合仿真研究[D]. 趙廣生.吉林大學(xué) 2012
[6]月球車輪壤系統(tǒng)仿真分析[D]. 劉琳琳.吉林大學(xué) 2012
[7]離散元與有限元面內(nèi)耦合算法的研究及應(yīng)用[D]. 余潔冰.華南理工大學(xué) 2011
[8]三維GVT動(dòng)力學(xué)模型研究[D]. 葉克東.北京林業(yè)大學(xué) 2011
[9]車輛輪胎與土壤接觸變形的有限元分析[D]. 薛雪.西北農(nóng)林科技大學(xué) 2010
[10]汽車輪胎在泥濘路面行駛過(guò)程三維有限元計(jì)算[D]. 唐宏.華中科技大學(xué) 2006



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