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原文传递数字化车轮设计与其孪生体试验分析

论文题名：	数字化车轮设计与其孪生体试验分析
关键词：	辐条式车轮;数字化车轮;受力分布;径向载荷
摘要：	数字化车轮是一种分析模型，本文针对辐条式车轮设计数字化车轮，包括力学计算方法的推导与模型的建立。车轮几乎是所有运载工具的必要组成部件，随着航空航天，军事国防，智能化和无人化技术的发展，行驶在高温、高压、微重力、强辐射等恶劣环境中的高端装备如月球车、武器运载、机器人和自动导引车（英文缩写AGV,Automated Guided Vehicle）等的车轮辐条不但决定着车轮的结构、载重、维护，并且影响着车轮的可靠性、滚动阻力、节能环保、模块化设计和生产工艺成本以及材料等，但经过文献调研发现，目前国内外在车轮结构及其受力分析的研究依然依赖于对技术指标的测试和性能参数的试验验证，本论文针对应用广泛但相关论文研究较为缺乏的辐条式车轮，提出了一套分析模型和计算方法。本论文的主要工作内容如下: 　　（1）理论基础与建模。论文详细阐述了辐条式车轮的结构和基本参数，提出了放射状和交叉状两类辐条结构的解析和设计方法。　　（2）数字化车轮模型推导与建立。对车轮在轴载重力、轴驱动和制动力矩、轴牵引及制动、轮地反作用、轮辋切向摩擦等受力状态下的所产生的辐条张力进行了详细的分析和计算，揭示了辐条张力和辐条数目、长度及编法之间的关系，研究了辐条式车轮的组成结构和径向载荷下辐条结构的受力分布，建立了与其相对应的车轮受力矢量分析模型，在此基础上，建立了数字化车轮模型，包括数学推导的理论模型和CAD模型库。　　（3）径向载荷下辐条结构受力分布试验系统。论文以数字化辐条式车轮模型中的轮毂承载下的张力分布为验证目标，结合辐条式车轮的基本参数、结构和承载方式等元素自主设计并搭建了受力分布测量试验系统，包含径向加载试验平台和试验用传感器车轮。为后续试验分析提供硬件基础，是验证数字化车轮理论模型正确性的必要条件。　　（4）理论计算与试验验证以及数字化车轮理论应用探究。将试验用传感器车轮作为理论模型的孪生体，在试验平台上进行试验。利用仿真软件进行静力学仿真得到的仿真数据、理论计算得到的理论数据和试验得到的实测数据进行分析对比，验证了数字化车轮模型中径向载荷下车轮辐条结构张拉应力分布结论的正确性，同时定量地解释了辐条平衡张力的重要性和关键作用。对辐条结构应力变化规律应用到智能车轮的方法进行初步探讨，设计了用于辐条式车轮的压电模块。　　(5)总结。最后总结了论文工作，并对数字化车轮之后的研究方向进行展望。经推导和验证，轴载外力作用下，辐条张力的大小随着辐条角位移(0°～360°)的变化而发生周期性变化。针对径向载荷作用下的辐条式车轮，提出相对误差10％以内的辐条张拉应力分析计算方法与较为精准的模型，希望提出建立的数字化车轮模型能为如非充气车轮、弹性车轮、蜂窝或镂空车轮的辐条设计提供了解析模型和计算方法，同时也为轮组辐条式车轮的制造、测量和维修等提供参考和依据。
作者：	闫旭光
专业：	交通运输工程
导师：	赵正旭
授予学位：	硕士
授予学位单位：	青岛理工大学
学位年度：	2023