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车轮与砂壤地面相互作用离散元建模及仿真
| 论文题名： | 车轮与砂壤地面相互作用离散元建模及仿真 |
| 关键词： | 轮壤相互作用;海积砂;牵引性能;离散元建模;沙地行驶 |
| 摘要： | 近年，我国的海洋领土维权形势的日益严峻，亟需我们早做准备，加强我方部队现装车辆沙地通过性问题研究，以提高军队夺岛控岛所必需的滩头机动能力。另外，随着我国探月工程进入月面探测阶段，月壤砂性特征带来的可通过性差问题，也考验着我探测车辆的行走能力。而深入分析车辆沙地行驶的轮壤接触过程和车轮牵引问题，是研究解决车辆通过性问题的基础和关键。 本文针对沙地轮壤相互作用和车轮牵引性能的研究需要，以东风猛士车轮和广东某海滩海积砂为研究对象，引入在颗粒介质微观力学分析上具有独特优势的离散元方法，进行车轮与砂壤地面颗粒流三维建模，并对轮壤进行细观和宏观动态分析。主要研究工作和成果如下： 1.选取典型的南海海积砂作为砂壤样本，结合车辆行走主要作用土层合理采样，按照《土工试验规程》和《土工试验方法标准》进行参数测试和室内三轴试验，为土槽建模提供数据准备。 2.通过离散元颗粒流程序PFC3D模拟室内三轴试验，分析离散元细观参数与砂样宏观力学参数之间的关系，在此基础上建立了海积砂离散元参数模型。 3.基于车辆地面力学半经验法研究成果，以保持车轮接地平均压力和接触角不变为原则，解析推导了车轮等效缩尺的径、宽等参数变化关系，进而通过模拟承压板试验和数值拟合获取海积砂Bekker力学参数，构建了东风猛士车轮缩尺模型。 4.设定车轮刚性条件，运用 PFC内置语言进行二次开发，采用颗粒簇法生成结构参数可调的颗粒集合体车轮，实现了车轮结构的离散元三维建模。 5.比照室内土槽试验原理和参数设定，调试建立了轮壤接触模拟土槽试验系统。通过驱动轮牵引性能试验仿真，分析了简单工况下受力介质参数、车轮行驶参数和结构参数变化对驱动轮牵引特性的影响规律。研究表明，增大轮宽、轮径以及加装轮齿，均能提高驱动轮在砂壤地面的牵引性能。 |
| 作者： | 张龙 |
| 专业： | 载运工具运用工程 |
| 导师： | 姜乐华 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 国防科学技术大学 |
| 学位年度： | 2015 |
| 正文语种： | 中文 |
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