越野车轮胎卵石路面牵引性能有限元与离散元耦合仿真及试验验证

越野车轮与松软路面相互作用研究对提高越野车辆松软路面行驶性能有重要意义。针对有限元方法或离散元方法不能单独有效描述轮胎与松软路面相互作用的问题,基于室内单轮土槽试验,建立能表征越野车轮胎复杂力学特性和卵石路面散体介质特性的有限元轮胎-离散元卵石路面耦合模型。使用有限元仿真分析软件LS-DYNA对越野车轮胎在不同滑转率工况下卵石路面的牵引性能进行仿真实验,得到了轮胎牵引性能参数（轮胎牵引力、轮辋下陷量）以及它们随滑转率变化关系。研究表明,仿真结果与土槽试验结果的一致性良好,验证了越野车轮胎卵石路面性能评价有限元与离散元耦合模型及仿真分析方法的正确性。     

基于标准路面的电传动车辆动态加载图谱研究与应用

为了解决电传动台架系统模拟车辆行驶时的路面阻力问题,提出了一种适用于车辆动力学实时仿真系统Vortex查询的路面动态载荷谱编制方法。该方法以标准路面谱为参考标准,实现了标准路面模型向Sayers模型的转化,并采用功率谱密度(PSD)验证了模型准确性,提取ADAMS离线仿真载荷数据,由轮胎六分力推算出驱动电机输出端的负载数据,并整合为"位移-车速-路面等级-负载"动态加载图谱,交由Vortex平台实时查询调用。通过电机台架系统动态加载试验对所编制图谱的有效性进行了验证,实验结果表明,加载图谱能够真实反映路面负载波动规律,该方法对电传动台架系统动态加载具有重要意义。     

一种全金属网面轮胎的设计、仿真与试验研究

为避免车辆轮胎因扎刺或弹片侵彻等引起的爆胎问题,设计一种非充气型全金属网面车轮结构。建立关于轮胎的垂向刚度预测、垂向振动的理论分析模型;结合三维建模软件Pro/E、有限元前处理软件ANSA和有限元仿真软件Abaqus建立轮胎仿真模型;制作与235/70 R16型号充气轮胎同尺寸的轮胎样机,开展轮胎静力学压板试验和车辆平顺性试验。仿真结果表明,该金属轮胎在各向力作用下不会产生塑性变形,满足轮胎使用的强度条件;通过垂向刚度试验,验证了仿真过程的准确性和轮胎较强的承载能力;平顺性试验表明,金属轮胎在减振性能上略差于充气轮胎,但具有更好的抓地特性。     

基于路面自适应的多轮轮毂电机驱动车辆驱动防滑控制

为提高多轮轮毂电机驱动车辆在不同路面行驶的动力性和操纵稳定性,提出一种具有路面识别功能的驱动防滑控制策略。分别建立整车模型、车轮受力模型及Dugoff轮胎模型,运用衰减记忆无迹卡尔曼滤波方法对路面附着系数进行估计。对传统滑模控制方法进行改进,设计模糊滑模控制器,根据路面条件调节轮胎滑转率,计算调整力矩进行车辆驱动防滑控制。利用半实物实时仿真平台开展了仿真实验。结果表明,路面自适应驱动防滑控制策略精确地辨识了典型道路的路面附着系数,迅速适应不同路面条件,减小轮胎过度滑转,有效提高了车辆驱动性能和操纵稳定性能。     

轮式车辆速差转向过程的转向阻力特性

研究了轮式速差转向车辆的转向阻力特性,运用离散单元方法(DEM)分析速差转向过程中轮胎与地面的相互作用,使用PFC2D软件建立轮胎侧向离散元细观仿真模型,得到转向阻力与相对滑移速度、下陷深度的数值关系.在此基础上,给出了轮胎转向阻力系数的拟合公式.仿真结果表明,轮胎推土阻力远大于轮胎与地面之间的摩擦力.     

道路模拟机的虚拟样机仿真平台

道路模拟机的虚拟样机仿真平台,基于虚拟样机技术,利用ADAMS软件建立.根据道路虚拟机工作原理,采用逆傅立叶变换法构建行驶路面信号,建立接触碰撞力学模型以模拟路面与车轮的相互作用.在此基础上建立道路模拟机虚拟样机仿真平台,对车辆平顺性进行仿真.结果表明:该仿真平台可用于车辆行驶平顺性试验研究.     

履带车辆纵向与垂向耦合动力学模型及功率特性

越野工况履带车辆动力学是车辆越野行驶能力预测的理论基础。考虑高机动履带车辆越野行驶纵向运动和垂向运动耦合效应,提出履带车辆纵向与垂向耦合动力学建模方法。建立车辆耦合动力学模型,对车辆在典型路面上的行驶性能进行仿真,并进行实车测试验证,进而量化分析履带车辆系统的功率特性。仿真结果表明：该模型可以表征车辆在不同类型路面上行驶的动力学响应特性;在越野工况下,车体垂向、俯仰等运动将消耗部分功率,对车辆行驶速度提升有一定影响;在越野路面上行驶的履带车辆瞬时非纵向运动功率数值波动范围大,随着路面条件变差以及速度提高,非纵向运动功率占总输入功率比例增加,对总功率的需求也越大,限制了驱动功率的有效利用。研究结果可用于高机动履带车辆动力学模型构建以及车辆功率流分析。     

重载轮胎面内刚柔耦合动力学建模及振动传递特性分析

针对重载子午轮胎扁平率接近1的特点,建立面内刚柔耦合模型并开展振动分析方法研究。提出重载轮胎面内胎体与胎侧耦合的试验模态测试与分析方法;考虑胎侧的惯性力和分段刚度,建立重载轮胎面内弹性基础柔性梁动力学模型;利用有限差分法,将面内耦合动力学方程离散化,建立基于轮胎几何、结构参数的三参数等效刚度重载轮胎面内刚柔耦合模型;基于试验和解析模态共振频率,利用遗传算法对重载轮胎结构参数辨识,建立重载轮胎面内刚柔耦合模型的传递函数解析模型。数值分析和试验验证结果表明：在0~300 Hz频率范围内,面内刚柔耦合模型可准确表征重载轮胎面内胎体和胎侧的耦合振动模态与传递特性;该建模与试验分析方法可将重载轮胎的分析频率由0~180 Hz扩展至300 Hz.     

未击发条件下某车载转管机枪动力学特性分析

为了研究某型车载转管机枪在样机试验中连续射击时出现枪弹击发后未发火现象对于机枪射击精度的影响,以多刚体动力学和柔性多体动力学理论为基础,并基于相同路面建立了该型机枪刚柔耦合的路面-车体-机枪系统的虚拟仿真模型.综合考虑轮胎与地面、车体与机枪之间的相互作用,仿真模拟了样机的射击试验过程.对机枪在枪弹完全击发与未完全击发时的情况分别进行了系统动力学分析和外弹道计算,获得了机枪的响应特性和弹着点散布情况.通过对试验数据和仿真结果的对比分析,得出枪弹未完全击发时对机枪射击精度的影响程度,为进一步研制该型车载机枪提供支持.     

基于soft-soil轮胎的自行火炮动态响应仿真研究

为掌握某型自行火炮在几种典型软土地面上的行驶与射击动态响应规律,探索前轮车辙对后轮的影响,基于多体系统动力学软件ADAMS和有限元软件ABAQUS,建立自行火炮刚柔耦合行驶与射击动力学模型。使用soft-soil轮胎模型,考虑各种土壤的弹塑性、承压特性、剪切特性和轮胎变形等因素,全面分析火炮行驶与行进间射击关键位置的动态响应,得到相比于不考虑前后轮车辙影响的区别和特点。获得更加真实的考虑了地面环境的结论,进一步为作战地面参数化构建技术以及车辆振动干扰研究等提供参考依据。     

TC4钛合金动态本构模型与高速切削有限元模拟

利用SHPB实验装置,测试TC4钛合金在20～600℃、应变率为103～104s-1下的流动应力和应变的关系,应用自适应遗传算法(GA)优化建立适合高速切削模拟的Johnson-Cook(JC)热粘塑性本构模型,该模型可在较高温度和较宽应变率范围内精确预测TC4的流动应力。以所建的Johnson-Cook模型为材料本构模型,应用大型商用有限元软件ABAQUS,并使用切屑分离准则,建立高速正交切削有限元模型。将模拟结果与高速正交车削的实验数据进行比较,证实本构模型和有限元模拟的正确性。     

轮胎-松软地面相互作用有限元分析

采用改进的可变约束法,给出了松软地面条件下轮胎、地面相互作用处理方法.研究了稳态驱动条件下轮胎、松软地面之间相互作用,分析了接地印迹上摩擦接触特性及轮胎内部应力分布特性.结果表明,本方法能够处理轮胎和松软地面之间相互作用问题,并给出轮胎接地界面及其内部详细的力学信息.     

楔形体入水复变边界元数值仿真

为了对楔形体常速入水的抨击问题进行研究,本文在数值求解过程中,利用了以柯西积分为积分方程的复数变量边界元法,并使用了非线性自由面边界条件迭代法,结合浅水近似对射流进行了处理。利用3次样条插值对自由面上的网格进行了划分,并详细讨论了网格、控制体大小的选取及一些相关数值方法,得到了各种不同底升角楔形体入水物体表面的压力分布和自由面隆起及射流。结果表明,当底升角很小时物体表面压力很大,射流又细又长,压力分布在射流处接近零,且没有振荡和毛刺,说明这种射流处理方法能很好地模拟射流飞溅。     

负重轮轮胎滚动阻力数学模型及分析

研究了滚动阻力发生机理，指出了负重轮轮胎滚动阻力发生机理与充气轮胎有本质区别；建立了滚动阻力的数学模型，讨论了滚动阻力的影响因素，为负重轮轮胎设计和性能提高提供了理论依据。     

多级气动液压弹射装置建模及性能研究

分析气动液压弹射方式的两种弹射装置类型,研究一种以压缩空气为动力源、油液为传动介质,且具备油液自缓冲结构的多级气动液压弹射装置的弹射性能。针对弹射过程中气腔气体复杂多变过程、封闭油腔油液流动非线性、多级缸运动关系的不确定性及油液缓冲结构,结合真实气体热力学效应,推导封闭油腔油液的压力动态变化模型及多级缸动力学非线性模型,建立描述多级气动液压弹射过程的数学模型;通过数值求解方法,分析该多级气动液压弹射缸的运动规律及弹射性能。研究结果表明:该多级气动液压弹射缸建压过程迅速,并能在0.2 s内以2.4 m有效弹射行程,将重1.5 t负载加速至19 m/s,弹射最大过载不超过16 g,且相邻两级缸的相对速度不超过15 m/s.     

自主水下航行器回收过程中螺旋桨推力特性分析

在自主水下航行器(AUV)水下回收过程中,螺旋桨的推力特性对AUV的稳定性控制及安全性能等影响非常明显。主要基于计算流体力学方法,采用多块混合网格技术结合RNG k-ε湍流模型,对AUV在不同回收工况下的螺旋桨推力特性展开数值模拟。建立AUV及螺旋桨的三维几何模型;基于多块混合网格方法对计算域进行空间离散,同时采用动网格技术实现螺旋桨与回收管的相对运动及自身旋转运动;利用有限体积法展开数值计算。基于计算数据与试验数据的对比及数值无关性测试,表明所使用的多块混合网格方法能够对AUV回收过程螺旋桨推力特性进行准确计算,为AUV水下回收过程的控制及安全性能评估能够提供理论参考。