详情

原文传递柔性负重轮动力学建模及其动态特性研究

论文题名：	柔性负重轮动力学建模及其动态特性研究
关键词：	履带车辆;柔性负重轮;动力学建模;动态特性
摘要：	履带车辆在地面机动平台中占据极为重要的地位、在军事领域起着重要作用的主要原因是其通过性好，目前高机动性己成为现代履带车辆设计和研究的目标之一。负重轮是履带车辆行驶系统中的重要组成部分，其性能的优劣直接影响到车辆的机动性、通过性和平顺性。针对传统刚性负重轮承载效率低、重量重，缓冲减振性能差等缺点，本文研究对象是一种新型柔性负重轮，它突破了传统负重轮的刚性实心结构，采用悬链式柔性结构，具有更好的承载效率和缓冲减振性能，且在轻量化方面也具有较大的潜力。本文通过理论分析、数值模拟与试验相结合的方法对柔性负重轮的动力学建模及其动态特性进行了较为深入的研究工作，为柔性负重轮的综合力学性能研究、结构优化设计以及匹配整车性能提供指导。主要研究内容包括以下几个方面：　　（1）概述了履带车辆行驶系统的构成、功能和性能要求，阐明了柔性负重轮的结构组成、承载和运动机理；综合考虑成本、力学性能及轻量化等要求，制定了柔性负重轮不同部位的材料应用方案；推导了位于任意角度的柔性负重轮静力学模型和不同稳态工况下的柔性负重轮动力学模型，为后续柔性负重轮静、动态特性研究奠定了理论基础。　　（2）结合有限元分析和材料试验的方法对柔性负重轮静力学性能进行研究。通过橡胶材料单轴拉伸和动态试验，对橡胶材料超弹性和粘弹性模型进行了参数识别；建立了柔性负重轮/履带板接触三维非线性有限元模型；基于建立的有限元模型，分析了柔性负重轮整体及局部的受力状态及与履带板之间的接触压力分布，最后将仿真结果与刚性负重轮进行对比分析。　　（3）结合数值模拟和模态试验方法对柔性负重轮的振动模态特性进行研究，分析了柔性负重轮的固有频率和模态阵型，结合正交试验设计的方法研究了柔性负重轮的关键结构和材料参数对固有频率的影响，最后对柔性负重轮进行了模态实验研究；利用隐式动力学方法研究了不同稳态滚动工况下的柔性负重轮受力变形及接触压力分布情况；利用显示动力学方法研究了柔性负重轮冲击壕沟时的瞬态动力学特性，分析了冲击速度对轮毂中心速度、位移和加速度的影响。　　（4）融合有限元和多体动力学方法，建立了考虑弹性外圈“柔性”的柔性负重轮刚柔耦合动力学模型，研究了在变工况下柔性负重轮的运动特性，分析了滞后角变化和铰链连接处的瞬态受力，同时还分析了车速、载荷和铰链组的数量等参数对于柔性负重轮垂向振动的影响，为探究柔性负重轮运动机理奠定了基础。　　（5）基于柔性负重轮的静载虚拟仿真试验建立了柔性负重轮的非线性模型，并将其加入履带车辆半车动力学模型，分析了柔性负重轮的非线性特性对履带车辆动力响应的影响；对比分析了匹配柔性负重轮和刚性负重轮的履带车辆在随机不平路面上的行驶平顺性，还考虑了路面等级及车速的影响，为柔性负重轮替代刚性负重轮匹配整车提供了参考。
作者：	邓耀骥
专业：	车辆工程
导师：	赵又群
授予学位：	博士
授予学位单位：	南京航空航天大学
学位年度：	2020