履带式车辆行走机构动力学与履带板轻量化研究
发布时间：2021-09-24 07:32
军用履带关系到整车的作战能力,并占整车比重较大,履带重量太重会使车辆加速性能下降,增大燃料损耗,缩短车辆悬挂装置的使用寿命。履带板是履带的核心部件,其作业环境恶劣,直接与路面接触,经受扭压、弯曲等作用力,质量要求较高。因此,对履带行走过程动力学研究与优化履带板结构、减轻履带重量,从而提高和改善履带综合性能,是当前工程机械行业亟需解决的问题,对履带的发展有着相当重要的作用。本文以多体系统动力学理论为基础,建立了某军用履带式车辆的虚拟样机,在Universal Mechanism系统中对整机在各工况下进行了动力学仿真与分析,对车辆在斜坡转向行驶中转向半径、履带法向负荷、履带中动态张紧力等参数展开研究,从而得到各主要参数在车辆转向过程中变化规律。并提取了车辆在各工况下作用在负重轮上的动载荷,利用有限元方法得到车辆在各工况下履带板的应力应变分布,对其结果进行分析,发现其强度和刚度远远满足使用要求,有轻量化的余量。因此,利用ANSYS Workbench中拓扑优化模块对各工况下的履带板进行了拓扑优化,根据拓扑优化的结果并考虑履带板附着能力以及排除淤泥功能,优化履带板结构,获得了轻量化模型,总体减...
【文章来源】：合肥工业大学安徽省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
致谢
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 选题的背景和意义
1.2 履带行走装置的国内外研究概况
1.2.1 国外研究概况
1.2.2 国内研究概况
1.3 本文研究方法
1.4 本文研究的主要内容
1.5 本章小结
第二章 履带式车辆虚拟样机的建立与验证
2.1 多体动力学理论
2.1.1 多体系统动力学理论
2.1.2 计算多体系统动力学建模与求解一般过程
2.2 Universal Mechanism系统简介
2.3 车辆主要部件的建模
2.3.1 主动轮
2.3.2 负重轮和悬挂系统
2.3.3 惰轮与张紧装置
2.3.4 履带板
2.4 主要部件间的相互作用
2.4.1 主动轮-履带销的相互作用
2.4.2 履带-地面的相互作用
2.4.3 负重轮-履带板的法向作用力
2.4.4 限制力和力矩
2.5 模型初始化调试
2.6 本章小结
第三章 高速履带车辆斜坡转向动力学过程仿真
3.1 斜坡转向分析
3.1.1 压力中心偏移量
3.1.2 履带法向负荷
3.2 基于UM实例动力学仿真分析
3.2.1 履带法向负荷分析
3.2.2 径向摩擦力分析
3.2.3 履带动态张紧力变化规律
3.3 本章小结
第四章 各工况下作用在负重轮上的载荷
4.1 引言
4.2 履带式车辆行驶运动学
4.3 履带式车辆行驶动力学
4.3.1 行驶装置的功率损失及其功率
4.3.2 直驶时所受阻力
4.3.3 驱动条件和附着条件
4.4 履带式车辆负重轮各工况下的负载
4.4.1 履带式车辆加速
4.4.2 履带式车辆制动
4.4.3 履带式车辆原地匀速转向
4.4.4 履带式车辆匀速上坡
4.4.5 履带式车辆克服垂直壁
4.5 本章小结
第五章 履带板有限元建模及强度分析
5.1 ANSYS Workbench介绍
5.2 履带板-负重轮有限元模型建立
5.2.1 三维模型的建立
5.2.2 网格的划分
5.2.3 边界条件、载荷的施加
5.3 履带板的强度分析
5.3.1 工况一：静止状态
5.3.2 工况二：匀速直行
5.3.3 工况三：匀速上坡
5.3.4 工况四：克服垂直壁
5.4 本章小结
第六章 履带板的轻量化设计
6.1 引言
6.2 履带板的拓扑优化
6.2.1 拓扑优化简介
6.2.2 履带板拓扑优化推进步骤
6.2.3 拓扑优化结果分析
6.3 轻量化模型的构建
6.4 履带板轻量化前后比较
6.4.1 轻量化后履带板有限元分析步骤
6.4.2 轻量化后履带板有限元分析结果
6.4.3 轻量化前后结果对比研究
6.5 本章小结
第七章 结论和展望
7.1 总结
7.2 展望
参考文献
攻读学位期间发表的学术论文
【参考文献】：
期刊论文
[1]虚拟样机技术基础理论研究及软件应用[J]. 焦键. 黑龙江科技信息. 2009(29)
[2]基于ANSYS的挂车牵引架有限元分析及拓扑优化设计[J]. 马维平,李红勋,詹隽青. 军事交通学院学报. 2007 (04)
[3]推进剂贮箱结构变厚度优化[J]. 梁辉,孙雨果. 宇航学报. 2007(05)
[4]履带车辆转向分析[J]. 程军伟,高连华,王红岩,刘峰. 兵工学报. 2007(09)
[5]特种车辆车架结构拓扑优化设计研究[J]. 王显会,许刚,李守成,包继英. 兵工学报. 2007(08)
[6]履带式车辆斜坡转向稳定性研究[J]. 史青录,孙逢春. 农业机械学报. 2007(07)
[7]履带车辆转向性能计算机仿真研究概况[J]. 曹付义,周志立,贾鸿社. 农业机械学报. 2007(01)
[8]拓扑优化研究方法综述[J]. 陈敏志,张旭明,徐冯君. 山西建筑. 2005(21)
[9]应用拓扑优化理论进行结构概念设计[J]. 刘志强,王明强. 机械与电子. 2005(10)
[10]履带车辆转向过程仿真与试验研究[J]. 宋海军,李军,安钢,于魁龙. 装甲兵工程学院学报. 2005(03)
博士论文
[1]防风固沙草方格铺设机器人设计及动力学分析[D]. 舒庆.东北林业大学 2007
硕士论文
[1]铝合金负重轮结构的力学性能研究[D]. 张忠营.中北大学 2013
[2]工程机械用典型锻件锻造工艺模具设计及成形过程数值模拟[D]. 王国丽.山东大学 2013
[3]液压缸驱动履带行走机构设计及仿真[D]. 冯凯.大连理工大学 2012
[4]大型履带行走装置履带板的拓扑优化研究[D]. 倪娜.吉林大学 2011
[5]履带式矿用挖掘机行走机构动力学研究[D]. 胡英华.吉林大学 2011
[6]EBZ-135型悬臂式掘进机履带板的优化设计[D]. 凌静秀.太原理工大学 2010
[7]基于变密度法的连续体结构拓扑优化研究[D]. 吴顶峰.西安电子科技大学 2010
[8]随车起重机变幅机构仿真研究[D]. 姚婧辉.大连理工大学 2009
[9]履带起重机转向阻力矩及转向半径研究[D]. 周君.大连理工大学 2009
[10]履带起重机履带架及附属件结构参数化设计与有限元分析[D]. 王锌.吉林大学 2009
本文编号：3407359
【文章来源】：合肥工业大学安徽省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
致谢
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 选题的背景和意义
1.2 履带行走装置的国内外研究概况
1.2.1 国外研究概况
1.2.2 国内研究概况
1.3 本文研究方法
1.4 本文研究的主要内容
1.5 本章小结
第二章 履带式车辆虚拟样机的建立与验证
2.1 多体动力学理论
2.1.1 多体系统动力学理论
2.1.2 计算多体系统动力学建模与求解一般过程
2.2 Universal Mechanism系统简介
2.3 车辆主要部件的建模
2.3.1 主动轮
2.3.2 负重轮和悬挂系统
2.3.3 惰轮与张紧装置
2.3.4 履带板
2.4 主要部件间的相互作用
2.4.1 主动轮-履带销的相互作用
2.4.2 履带-地面的相互作用
2.4.3 负重轮-履带板的法向作用力
2.4.4 限制力和力矩
2.5 模型初始化调试
2.6 本章小结
第三章 高速履带车辆斜坡转向动力学过程仿真
3.1 斜坡转向分析
3.1.1 压力中心偏移量
3.1.2 履带法向负荷
3.2 基于UM实例动力学仿真分析
3.2.1 履带法向负荷分析
3.2.2 径向摩擦力分析
3.2.3 履带动态张紧力变化规律
3.3 本章小结
第四章 各工况下作用在负重轮上的载荷
4.1 引言
4.2 履带式车辆行驶运动学
4.3 履带式车辆行驶动力学
4.3.1 行驶装置的功率损失及其功率
4.3.2 直驶时所受阻力
4.3.3 驱动条件和附着条件
4.4 履带式车辆负重轮各工况下的负载
4.4.1 履带式车辆加速
4.4.2 履带式车辆制动
4.4.3 履带式车辆原地匀速转向
4.4.4 履带式车辆匀速上坡
4.4.5 履带式车辆克服垂直壁
4.5 本章小结
第五章 履带板有限元建模及强度分析
5.1 ANSYS Workbench介绍
5.2 履带板-负重轮有限元模型建立
5.2.1 三维模型的建立
5.2.2 网格的划分
5.2.3 边界条件、载荷的施加
5.3 履带板的强度分析
5.3.1 工况一：静止状态
5.3.2 工况二：匀速直行
5.3.3 工况三：匀速上坡
5.3.4 工况四：克服垂直壁
5.4 本章小结
第六章 履带板的轻量化设计
6.1 引言
6.2 履带板的拓扑优化
6.2.1 拓扑优化简介
6.2.2 履带板拓扑优化推进步骤
6.2.3 拓扑优化结果分析
6.3 轻量化模型的构建
6.4 履带板轻量化前后比较
6.4.1 轻量化后履带板有限元分析步骤
6.4.2 轻量化后履带板有限元分析结果
6.4.3 轻量化前后结果对比研究
6.5 本章小结
第七章 结论和展望
7.1 总结
7.2 展望
参考文献
攻读学位期间发表的学术论文
【参考文献】：
期刊论文
[1]虚拟样机技术基础理论研究及软件应用[J]. 焦键. 黑龙江科技信息. 2009(29)
[2]基于ANSYS的挂车牵引架有限元分析及拓扑优化设计[J]. 马维平,李红勋,詹隽青. 军事交通学院学报. 2007 (04)
[3]推进剂贮箱结构变厚度优化[J]. 梁辉,孙雨果. 宇航学报. 2007(05)
[4]履带车辆转向分析[J]. 程军伟,高连华,王红岩,刘峰. 兵工学报. 2007(09)
[5]特种车辆车架结构拓扑优化设计研究[J]. 王显会,许刚,李守成,包继英. 兵工学报. 2007(08)
[6]履带式车辆斜坡转向稳定性研究[J]. 史青录,孙逢春. 农业机械学报. 2007(07)
[7]履带车辆转向性能计算机仿真研究概况[J]. 曹付义,周志立,贾鸿社. 农业机械学报. 2007(01)
[8]拓扑优化研究方法综述[J]. 陈敏志,张旭明,徐冯君. 山西建筑. 2005(21)
[9]应用拓扑优化理论进行结构概念设计[J]. 刘志强,王明强. 机械与电子. 2005(10)
[10]履带车辆转向过程仿真与试验研究[J]. 宋海军,李军,安钢,于魁龙. 装甲兵工程学院学报. 2005(03)
博士论文
[1]防风固沙草方格铺设机器人设计及动力学分析[D]. 舒庆.东北林业大学 2007
硕士论文
[1]铝合金负重轮结构的力学性能研究[D]. 张忠营.中北大学 2013
[2]工程机械用典型锻件锻造工艺模具设计及成形过程数值模拟[D]. 王国丽.山东大学 2013
[3]液压缸驱动履带行走机构设计及仿真[D]. 冯凯.大连理工大学 2012
[4]大型履带行走装置履带板的拓扑优化研究[D]. 倪娜.吉林大学 2011
[5]履带式矿用挖掘机行走机构动力学研究[D]. 胡英华.吉林大学 2011
[6]EBZ-135型悬臂式掘进机履带板的优化设计[D]. 凌静秀.太原理工大学 2010
[7]基于变密度法的连续体结构拓扑优化研究[D]. 吴顶峰.西安电子科技大学 2010
[8]随车起重机变幅机构仿真研究[D]. 姚婧辉.大连理工大学 2009
[9]履带起重机转向阻力矩及转向半径研究[D]. 周君.大连理工大学 2009
[10]履带起重机履带架及附属件结构参数化设计与有限元分析[D]. 王锌.吉林大学 2009
本文编号：3407359
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