论文分类号 U461.54 密 级 内部
单 位 代 码 10183 研 究 生 学 号 990113
吉 林 大 学
硕 士 学 位 论 文
弹性轮与地面相互作用建模及仿真研究
Research of Modeling and Simulation On Interaction Between Elastic Tire and Terrain
作者姓名 专 业
王 金 龙 车辆工程 李 杰
导师姓名 及 职 称
副 教 授
论文起止年月
2000 年 10 月至 2002 年 3 月
提 要
以半经验法为指导思想 础上 作用的受力分析 解 其中 对刚性轮与地面相互作用进行了总结 推移阻力 在此基 对弹性轮与地面相互作用提出了合理假设 建立了弹性轮的压实阻力 通过对弹性轮与地面相互 弹性迟滞损耗阻力 给出 采用面
和地面推力的显式解
不能得到显式解则应用适合计算机运算的数值方法求 提出牵引系数 效率系数 弹性轮最大
对需要确定的弹性轮胎体刚度压力和影响弹滞阻力的系数
了具体的试验步骤和参数拟合公式
相对沉陷及弹性轮最大相对径向变形作为评价车轮通过性能的指标 化趋势一致 用 分析了车轮和地面参数对结果的影响程度
向对象的 VisualC + + 语言 编制出仿真分析软件 仿真结果与试验数据的变 所开发的软件可以 用来预测车轮在未知路况运行的性能 对于设计和使用车辆有一定的参考作
目
录
第一章 绪 论 1 1.1 弹性轮与地面相互作用研究的意义和主要内容 1 1.1.1 弹性轮与地面相互作用研究的意义 1 1.1.2 弹性轮与地面相互作用研究的主要内容 1 1.2 对用半经验法研究弹性轮与地面相互作用的分析 2 1.2.1 弹性轮与地面相互作用的研究方法 2 1.2.2 对用半经验法研究弹性轮与地面相互作用的分析 3 1.3 本文的主要研究内容 5 1.3.1 课题提出的背景 5 1.3.2 本文的主要研究内容 5 第二章 弹性轮与地面相互作用的建模基础 7 2.1 地面力学特性的描述 7 2.1.1 描述地面承压特性的模型 7 2.1.2 描述地面剪切特性的模型 7 2.1.3 描述地面承载特性的模型 9 2.2 刚性轮与地面相互作用的建模 10 2.2.1 刚性轮压实阻力的计算 11 2.2.2 刚性轮推移阻力的计算 12 2.2.3 刚性轮地面推力的计算 12 2.3 充气轮胎在地面上行驶状态的确定13 2.3.1 充气轮胎在地面上的行驶状态13 2.3.2 充气轮胎的胎体刚度压力 13 2.3.3 充气轮胎的临界压力 14 2.4 本章小结14 第三章 弹性轮与地面相互作用的建模 16 3.1 弹性轮与地面相互作用建模的一般描述16 3.1.1 弹性轮 刚性轮与地面相互作用的比较 16 3.1.2 弹性轮与地面相互作用的基本假设17 3.1.3 弹性轮与地面相互作用的几何关系17 3.1.4 弹性轮与地面相互作用的受力分析19 3.2 弹性轮的压实阻力 19 3.2.1 弹性轮最大沉陷量的确定 19 3.2.2 垂直方向平衡方程的进一步推导20 3.2.3 车轮接触长度和垂直变形的确定21 3.2.4 车轮承载面积短边的确定 22 3.2.5 弹性轮的压实阻力 22 3.3 弹性轮的弹滞损耗阻力 24
3.3.1 弹滞损耗阻力产生的原因 24 3.3.2 弹性轮的弹滞阻力的确定 24 3.4 弹性轮的地面推力 27 3.4.1 弹性轮地面推力的一般表示27 3.4.2 履带下的地面剪切位移及地面推力27 3.4.3 弹性轮平直段的地面推力 28 3.4.4 弹性轮圆周段的地面推力 31 3.5 弹性轮与地面相互作用的评价 33 3.5.1 可用于评价弹性轮与地面相互作用的指标 33 3.5.2 牵引系数33 3.5.3 效率系数34 3.5.4 弹性轮最大相对沉陷 35 3.5.5 弹性轮最大相对径向变形 35 3.5.6 评价指标的计算 36 3.6 本章小结36 第四章 仿真分析软件的开发及应用 37 4.1 仿真分析软件的总体设计 37 4.1.1 开发工具的选择 37 4.1.2 数值求解方法的选择 37 4.1.3 软件的流程图 38 4.1.4 软件设计考虑的主要内容 39 4.2 软件模块的功能及使用 39 4.2.1 软件的主界面 39 4.2.2 软件的基本库类 40 4.2.3 车轮参数输入模块 40 4.2.4 地面参数输入模块 41 4.2.5 适用模型判断模块 41 4.2.6 核心算法模块 42 4.2.7 软件的使用 42 4.3 软件仿真结果的比较验证 44 4.4 车轮参数对仿真结果的影响 46 4.4.1 轮胎气压的影响 46 4.4.2 车轮载荷的影响 47 4.4.3 车轮几何参数 宽度 b 和直径 D 的影响 49 4.5 地面参数对仿真结果的影响 51 4.5.1 地面下陷指数的影响 51 4.5.2 地面摩擦模量的影响 52 4.5.3 地面粘聚系数的影响 53 4.5.4 地面内摩擦角的影响 54 4.5.5 地面剪切变形模量的影响 55 4.6 小结56

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