機(jī)械設(shè)計(jì)與理論畢業(yè)論文開(kāi)題報(bào)告-鉸接式履帶運(yùn)輸車行駛性能研究

1、<p><b>　　開(kāi) 題 報(bào) 告</b></p><p>　　論文題目：鉸接式履帶運(yùn)輸車行駛性能研究</p><p>　　院 系：機(jī)械科學(xué)與工程學(xué)院</p><p>　　專 業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)與理論</p><p>　　姓 名：李 陽(yáng)</p><p>　　導(dǎo) 師：成

2、 凱（教授）</p><p>　　時(shí) 間：2009.10.10</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　1論文題目、選題依據(jù)1</p><p>　　1.1題目：鉸接式履帶運(yùn)輸車轉(zhuǎn)向性能分析1</p><p>　　1.2選題依據(jù)1</p>&

3、lt;p><b>　　2選題意義1</b></p><p>　　2.1選題的理論意義1</p><p>　　2.2現(xiàn)實(shí)意義2</p><p>　　3課題國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀2</p><p>　　3.1國(guó)外研究情況2</p><p>　　3.2國(guó)內(nèi)研究情況3</p&g

4、t;<p>　　3.3對(duì)比分析4</p><p>　　4論文的基本內(nèi)容、擬要解決的主要問(wèn)題及研究方法4</p><p>　　4.1論文的研究目標(biāo)、基本內(nèi)容4</p><p>　　4.2擬要解決的主要問(wèn)題5</p><p>　　4.3研究方法5</p><p>　　4.3.1虛擬樣機(jī)技

5、術(shù)5</p><p>　　4.3.2多剛體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)6</p><p>　　4.3.3基于Recurdyn的虛擬樣機(jī)研究7</p><p>　　5預(yù)期的研究成果8</p><p>　　6論文工作進(jìn)度計(jì)劃8</p><p><b>　　7參考文獻(xiàn)I</b></p>

6、<p><b>　　開(kāi)題報(bào)告</b></p><p><b>　　論文題目、選題依據(jù)</b></p><p>　　題目：鉸接式履帶運(yùn)輸車行駛性能分析</p><p><b>　　選題依據(jù)</b></p><p>　　本題以吉林大學(xué)與哈爾濱北方特種車輛公司的合作項(xiàng)目《

7、鉸接式履帶運(yùn)輸車》為依托，進(jìn)行鉸接式履帶車轉(zhuǎn)向性能的分析，得出轉(zhuǎn)向阻力的計(jì)算公式，從而為設(shè)計(jì)人員提供設(shè)計(jì)理論依據(jù)，縮短樣機(jī)開(kāi)發(fā)時(shí)間，減少設(shè)計(jì)成本。</p><p>　　鉸接式履帶運(yùn)輸車是一種適應(yīng)地形廣，在軍事和民用上都能起到重要運(yùn)輸作用的工程車輛。由于它通過(guò)能力極強(qiáng)，具有其他車輛無(wú)可比擬的良好性能。鉸接式履帶車由兩節(jié)車體組成，在通過(guò)起伏地形時(shí)，兩節(jié)車體就可以隨著地形的變化做出相應(yīng)的調(diào)整，使有限的履帶長(zhǎng)度能盡可能地

8、保持與地面的接觸，進(jìn)而獲得較高的通過(guò)能力。正是出于這種原因，能大幅度提高越障能力的鉸接式方案很早就在軍事以及邊遠(yuǎn)地帶的地面車輛上得到廣泛應(yīng)用。車輛能通過(guò)沙漠、雪地、沼澤等惡劣路況，車輛分為前后兩車廂，中間通過(guò)鉸接機(jī)構(gòu)連接，可實(shí)現(xiàn)兩車廂相對(duì)轉(zhuǎn)向、俯仰及水平扭轉(zhuǎn)。能夠進(jìn)行短里程的涉水浮行前進(jìn)。前后車廂都有驅(qū)動(dòng)橋，共有四條履帶，以獲得足夠大的牽引力。鉸接式履帶運(yùn)輸車目前主要應(yīng)用于軍事物資輸送和搶險(xiǎn)救災(zāi)等。</p><p&g

9、t;<b>　　選題意義</b></p><p><b>　　選題的理論意義</b></p><p>　　履帶車輛的轉(zhuǎn)向性能研究多年來(lái)一直以“經(jīng)驗(yàn)+試驗(yàn)”為依據(jù)，這種方法是建立在大量的經(jīng)驗(yàn)公式和試驗(yàn)的基礎(chǔ)上的，需要大量的人力物力，研制周期長(zhǎng)，特別是對(duì)影響履帶車輛性能的諸多因素難以有定量的識(shí)別和刻畫(huà)。</p><p>　　通

10、過(guò)多體動(dòng)力學(xué)軟件建立履帶車輛的虛擬樣機(jī)，它能夠反映實(shí)際產(chǎn)品的特性，包括外觀、空間關(guān)系以及運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)特性。定義車輛和地面的參數(shù)，對(duì)履帶車輛進(jìn)行仿真，得出車輛的行走性能?？梢栽谠O(shè)計(jì)初期發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)缺陷，進(jìn)行設(shè)計(jì)改進(jìn)，能夠明確不同參數(shù)對(duì)車輛性能的影響，有利于對(duì)理論和公式進(jìn)行修證，得出更加準(zhǔn)確的車輛動(dòng)力學(xué)模型。為設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)過(guò)程中提供理論依據(jù)。</p><p><b>　　現(xiàn)實(shí)意義</b><

11、/p><p>　　運(yùn)用多體動(dòng)力學(xué)軟件建立履帶車輛的虛擬樣機(jī)，在各種路況下進(jìn)行車輛轉(zhuǎn)向性能的仿真，得出車輛轉(zhuǎn)向性能與車輛及地面參數(shù)的關(guān)系，省去了大量實(shí)驗(yàn)過(guò)程，有利了成本節(jié)約，減短了開(kāi)發(fā)周期，提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。</p><p><b>　　課題國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀</b></p><p><b>　　國(guó)外研究情況</b></p>

12、;<p>　　對(duì)于履帶車輛中履帶與地面的作用力，國(guó)外以Bekker理論最為著名。Bekker主要考慮履帶和地面之間的作用力，包括牽引特性和滑移。該理論基于土壤力學(xué)，當(dāng)車輛行使時(shí)，履刺會(huì)剪切地面，使地面產(chǎn)生一定的縱向變形，若假設(shè)地面是彈性的，該變形就會(huì)給車體一個(gè)縱向的反作用力，如圖 1所示，這就是履帶車輛前進(jìn)的主動(dòng)力，該力不同于地面的摩擦力。摩擦力是由于垂直方向上的力(即重力)引起的。</p><p>

13、;　　圖 1 在履帶作用下，土壤剪切位移的形成</p><p>　　Bekker的理論被wong.J.Y(1986)進(jìn)一步發(fā)展，Kitano基于Bekker的理論。不僅分析了普通的履帶車輛的運(yùn)動(dòng)特性，還分析了有關(guān)節(jié)的履帶車輛的運(yùn)動(dòng)特性。Anh Tuan Le(l999)的研究中，建立了帶滑轉(zhuǎn)的履帶與地面的力學(xué)模型，定性定量的描述了車輛、地面參數(shù)對(duì)車輛的作用力，建立了與地面參數(shù)有關(guān)的車輛動(dòng)力學(xué)方程，這個(gè)方程能表示履

14、帶滑轉(zhuǎn)、車輛傾角和地面參數(shù)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了模型的可行性,在利用土壤力學(xué)詳細(xì)分析了履帶和地面之間的作用力之后，建立了車體的平面運(yùn)動(dòng)模型。在分析車輛的平面運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，作者認(rèn)為車輛轉(zhuǎn)向時(shí)所受的側(cè)向摩擦力應(yīng)該為三角分布，而不是傳統(tǒng)的矩形分布。Anh Tuan Le還重點(diǎn)討論了牽引力，履帶幾何參數(shù)，土壤力學(xué)之間的關(guān)系。</p><p>　　馬鄭東［28］（2006）建立車輪、履帶、地面的力學(xué)模型，分析了多體式履帶和一體柔性

15、履帶對(duì)地面的壓力的不同，如圖 2所示，</p><p>　　圖 2 兩種車輪、履帶、地形模型相互作用力比較</p><p>　　鉸接式履帶車輛國(guó)外已有成熟產(chǎn)品，例如:瑞典Bv206全地形運(yùn)輸車，瑞典Bv202履帶式雪地車、BVS10全地形運(yùn)輸車（Bv206升級(jí)版）、芬蘭西蘇(SISU)NA-140全地形車、意大利普里諾茨全履帶式雪地車。還有就是俄羅斯的全系列鉸接式履帶運(yùn)輸車。</p&

16、gt;<p><b>　　國(guó)內(nèi)研究情況</b></p><p>　　上世紀(jì)90年代，遼寧朝陽(yáng)重型機(jī)械廠仿研Bv206，開(kāi)發(fā)出CTW12鉸接式履帶運(yùn)輸車樣機(jī)，但一直沒(méi)有量產(chǎn)。</p><p>　　目前，國(guó)內(nèi)對(duì)鉸接式履帶車輛的研究，主要是中南大學(xué)對(duì)海底采礦車的研究。趙輝，通過(guò)研究得出鉸接式轉(zhuǎn)向與滑移轉(zhuǎn)向相比，轉(zhuǎn)向所需功率要小的多。采用鉸接轉(zhuǎn)向時(shí)，車輛的合成前

17、進(jìn)推力不變，而采用滑移轉(zhuǎn)向時(shí)最大合成前進(jìn)推力將會(huì)減小。因此鉸接式轉(zhuǎn)向可對(duì)車輛提供更好的機(jī)動(dòng)性。但是鉸接轉(zhuǎn)向式車輛由于受到轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)的限制轉(zhuǎn)向半徑要比采用滑移轉(zhuǎn)向的車輛大。陳金濤建立鉸接式履帶車輛的虛擬樣機(jī)，對(duì)鉸接式履帶車的鉸接轉(zhuǎn)向性能進(jìn)行了仿真，分析了轉(zhuǎn)向過(guò)程中轉(zhuǎn)向角速度，轉(zhuǎn)向軌跡及轉(zhuǎn)向功率消耗情況。得出鉸接轉(zhuǎn)向所耗功率是傳統(tǒng)的差速轉(zhuǎn)向的34.8％，接近傳統(tǒng)差速轉(zhuǎn)向所耗功率的1/3。在鉸接轉(zhuǎn)向過(guò)程中，外側(cè)履帶伴隨著滑轉(zhuǎn)，內(nèi)側(cè)履帶伴隨著滑移

18、，內(nèi)側(cè)履帶驅(qū)動(dòng)輪所耗功率要比外側(cè)履帶驅(qū)動(dòng)輪所耗功率大一些。</p><p>　　王國(guó)強(qiáng)（1997）考慮軟路面的地面參數(shù)及履帶寬度，分析了結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)鉸接式履帶車輛穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)向性能的影響。作如下簡(jiǎn)化：①前、后車質(zhì)心與車輛幾何中心Oi(i=1,2)重合；②履帶接地比壓均勻，在轉(zhuǎn)向過(guò)程中履帶各點(diǎn)的下陷量相同，且等于靜止時(shí)的下陷量。建立轉(zhuǎn)向動(dòng)力學(xué)方程，通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究，得出鉸接式履帶車輛的寬度對(duì)轉(zhuǎn)向性能沒(méi)有影響，后車與前車履帶接地

19、長(zhǎng)度比增大時(shí)，轉(zhuǎn)向不準(zhǔn)確度ε減少，而驅(qū)動(dòng)力增加率λ變大，為使ε及λ均較小，前、后履帶接地長(zhǎng)度應(yīng)相等。</p><p>　　馬偉標(biāo)等人對(duì)履帶預(yù)張力對(duì)車輛軟土通過(guò)性的影響規(guī)律進(jìn)行了研究，建立了履帶車輛與地面的相互作用模型。仿真結(jié)果表明，適當(dāng)增加略帶預(yù)張力可有效降低車輛的平均最大壓力，并提高其掛鉤牽引性能。</p><p><b>　　對(duì)比分析</b></p>

20、<p>　　綜上所述，對(duì)于車輛轉(zhuǎn)向性能預(yù)測(cè)的方法主要有：</p><p>　?、倮碚摲治鲇?jì)算，主要是建立車輛的轉(zhuǎn)向動(dòng)力學(xué)方程，基于數(shù)值算法通過(guò)計(jì)算機(jī)進(jìn)行求解。理論分析可以促進(jìn)本學(xué)科內(nèi)及相關(guān)學(xué)科理論發(fā)展，但很難明確各個(gè)參數(shù)在車輛行駛中影響，需要通達(dá)大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)分析，時(shí)間周期長(zhǎng)，消耗大量人力和物力。</p><p>　?、诘缺壤s小模型實(shí)驗(yàn)研究，制造出等比例縮小的樣機(jī)，通過(guò)對(duì)該樣

21、機(jī)的實(shí)驗(yàn)來(lái)預(yù)測(cè)車輛性能。小模型能夠減小成本投入，但要模型縮小的同時(shí)可能會(huì)產(chǎn)生一些不可預(yù)知的因素。</p><p>　　③虛擬樣機(jī)仿真，在虛擬樣機(jī)軟件中建立起三維樣機(jī)模型，通過(guò)軟件自動(dòng)建立起動(dòng)力學(xué)方程，利用軟件內(nèi)部算法進(jìn)行求解，可以方便且直觀的得到各種監(jiān)測(cè)量的時(shí)間歷程，能夠不斷的修改參數(shù)再次進(jìn)行仿真，節(jié)約人力和物力成本。</p><p>　　本文采用理論分析加上虛擬樣機(jī)仿真的方法來(lái)進(jìn)行車輛行

22、駛性能的預(yù)測(cè)，運(yùn)用理論建立鉸接式履帶車輛轉(zhuǎn)向動(dòng)力學(xué)方程，計(jì)算轉(zhuǎn)向阻力，通過(guò)虛擬樣機(jī)的仿真分析，來(lái)得到相關(guān)的性能數(shù)據(jù)，反過(guò)來(lái)分析這些數(shù)據(jù)，來(lái)確定各參數(shù)在車性能中的影響。</p><p>　　論文的基本內(nèi)容、擬要解決的主要問(wèn)題及研究方法</p><p>　　論文的研究目標(biāo)、基本內(nèi)容</p><p>　　研究目標(biāo)：在多體動(dòng)力學(xué)軟件中建立鉸接式履帶車輛的虛擬樣機(jī)及軟、硬地面

23、模型，分析鉸接式履帶車輛在軟、硬地面上的轉(zhuǎn)向性能，得出車輛各參數(shù)對(duì)車輛轉(zhuǎn)向性能的影響，確定合理的車輛參數(shù)。</p><p>　　基本內(nèi)容：利用多體動(dòng)力學(xué)軟件建立三維虛擬樣機(jī)模型，包括履帶系統(tǒng)模型和扭桿懸架系統(tǒng)模型，液壓鉸接轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)模型，以及軟、硬地面模型。</p><p>　　液壓鉸接轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)分析，得出油缸運(yùn)動(dòng)與轉(zhuǎn)向角速度關(guān)系，優(yōu)化設(shè)計(jì)液壓鉸接轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)。</p><

24、;p>　　在一定假設(shè)的前提下，建立鉸接式履帶車原地轉(zhuǎn)向動(dòng)力學(xué)模型，主要包括穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)向和瞬態(tài)轉(zhuǎn)向，解決轉(zhuǎn)向過(guò)程中瞬心位置的確定，負(fù)重輪下的接地壓力的簡(jiǎn)化，計(jì)算轉(zhuǎn)向阻力和轉(zhuǎn)向消耗功率。</p><p>　　在虛擬樣機(jī)軟件中進(jìn)行樣機(jī)轉(zhuǎn)向性能仿真，分別進(jìn)行在軟地、硬地上的高、低速轉(zhuǎn)向仿真，得出四種工況下前后車輛質(zhì)心的運(yùn)動(dòng)軌跡，履帶受到的阻力，評(píng)價(jià)轉(zhuǎn)向動(dòng)力性及車輛轉(zhuǎn)向時(shí)的穩(wěn)定性。改變前后車輛質(zhì)心、彈性中心等參數(shù)進(jìn)行仿真

25、，得出前后車輛參數(shù)對(duì)車輛轉(zhuǎn)向性能的影響。</p><p>　　針對(duì)四條履帶有差速和前后車無(wú)差速而左右兩側(cè)履帶有差速兩種情況，分析車輛轉(zhuǎn)向半徑，前后兩車的質(zhì)心軌跡，各條履帶的轉(zhuǎn)向阻力，消耗的轉(zhuǎn)向功率，分析履帶的滑轉(zhuǎn)與滑移，以及車輛轉(zhuǎn)向時(shí)的穩(wěn)定性。</p><p><b>　　擬要解決的主要問(wèn)題</b></p><p>　　虛擬樣機(jī)中履帶模型的建立

26、，該車輛的履帶與傳統(tǒng)的履帶不同，采用的在橡膠輸送帶上固定履帶骨架，通過(guò)主動(dòng)輪的撥動(dòng)輪來(lái)?yè)軇?dòng)履帶骨架，從而使車輛向前行駛。</p><p>　　履帶張緊力對(duì)車輛在軟、硬路面上轉(zhuǎn)向性能的影響，確定最優(yōu)的履帶張緊力。</p><p>　　車輛質(zhì)心、彈性中心對(duì)車輛在軟、硬路面上轉(zhuǎn)向的影響，優(yōu)化車輛質(zhì)心、彈性中心位置。</p><p><b>　　研究方法</

27、b></p><p><b>　　虛擬樣機(jī)技術(shù)</b></p><p>　　虛擬技術(shù)是二十世紀(jì)末發(fā)展起來(lái)的涉及眾多學(xué)科的高新實(shí)用技術(shù)，是集計(jì)算機(jī)技術(shù)、傳感技術(shù)、仿真技術(shù)、人工智能、微電子技術(shù)及相關(guān)的專業(yè)技術(shù)為一體的綜合集成技術(shù)。以虛擬樣機(jī)模擬為代表的計(jì)算機(jī)輔助工程(CAE)即為這一技術(shù)革命在工程分析、設(shè)計(jì)中的具體表現(xiàn)。虛擬樣機(jī)的引入使得實(shí)物模型試驗(yàn)的次數(shù)和規(guī)模大

28、大降低。許多由CAE完全取代實(shí)物模型試驗(yàn)的例子已取得成功(其中著名的例子是國(guó)防軍工方面新式核武器的研制)。</p><p>　　虛擬樣機(jī)(virtual prototype，簡(jiǎn)稱VP)是當(dāng)前設(shè)計(jì)制造領(lǐng)域的一個(gè)新技術(shù)。它利用軟件建立機(jī)械系統(tǒng)的三維實(shí)體模型和力學(xué)模型，分析和評(píng)估系統(tǒng)的性能，從而為物理樣機(jī)的設(shè)計(jì)和制造提供參數(shù)依據(jù)。虛擬樣機(jī)技術(shù)在設(shè)計(jì)的初級(jí)階段-概念設(shè)計(jì)階段就可以對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行完整的分析，可以觀察并試驗(yàn)各

29、組成部件的相互運(yùn)動(dòng)情況。使用系統(tǒng)仿真軟件在各種虛擬環(huán)境中真實(shí)地模擬系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)，它可以在計(jì)算機(jī)上方便的修改設(shè)計(jì)缺陷，仿真試驗(yàn)不同的設(shè)計(jì)方案，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行不斷改進(jìn)，直至獲得最優(yōu)設(shè)計(jì)方案以后，再做出物理樣機(jī)。因此，虛擬樣機(jī)的設(shè)計(jì)方法同傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：在設(shè)計(jì)早期確定關(guān)鍵的設(shè)計(jì)參數(shù)、更新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程、縮短開(kāi)發(fā)周期、降低成本、提高產(chǎn)品質(zhì)量。虛擬樣機(jī)技術(shù)作為一項(xiàng)工程分析和預(yù)測(cè)技術(shù)，目前日益顯示出強(qiáng)大的生命力，其應(yīng)用范圍已經(jīng)超越了國(guó)家

30、、地區(qū)和行業(yè)的界限，在航空、航天、車輛等機(jī)械領(lǐng)域己經(jīng)有了廣泛的應(yīng)用，并且隨著仿真技術(shù)的發(fā)展，虛擬樣機(jī)技術(shù)越來(lái)越起著比實(shí)物試驗(yàn)更重要的作用，如美軍研制F22第四代戰(zhàn)斗機(jī)的虛擬樣機(jī)與風(fēng)洞試驗(yàn)所花費(fèi)的經(jīng)費(fèi)比是6：4，充分說(shuō)明了虛擬樣機(jī)技術(shù)的重要性。另外，美國(guó)航空航天局(NASA</p><p><b>　　多剛體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)</b></p><p>　　機(jī)械系統(tǒng)虛擬樣機(jī)技術(shù)是

31、建立在多剛體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)理論的基礎(chǔ)上的。多剛體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)是近30年來(lái)在經(jīng)典力學(xué)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的專門(mén)解決復(fù)雜機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)問(wèn)題的新的學(xué)科分支，其主要應(yīng)用領(lǐng)域是航天運(yùn)載工具動(dòng)力學(xué)、地面運(yùn)載工具動(dòng)力學(xué)、生物力學(xué)、機(jī)構(gòu)學(xué)和機(jī)器人學(xué)等。多剛體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的分析方法常見(jiàn)的主要有以下幾種:Newton-Euler方程、以Lagrange方程為代表的分析力學(xué)方法、Roberson-Wittenburg方法、Kane方法、變分方法等。</p&

32、gt;<p>　　(l)Newton-Euler方程，它是將系統(tǒng)中剛體作為隔離體分別列寫(xiě)Newton-Euler方程。該方法使用最為廣泛，也最容易被理解，但隨著組成系統(tǒng)的剛體數(shù)目的增多，剛體之間的聯(lián)系狀況和約束方式就會(huì)變得極其復(fù)雜，而鉸約束力的出現(xiàn)會(huì)使未知變量的數(shù)目顯著增加。</p><p>　　(2)以Lagrange方程為代表的分析力學(xué)方法，采用該方法可以避免出現(xiàn)約束反力，使未知變量的數(shù)目減少到

33、最低程度，但隨著剛體數(shù)和自由度的增多，動(dòng)能和勢(shì)能函數(shù)的項(xiàng)數(shù)會(huì)急劇擴(kuò)張，求導(dǎo)計(jì)算工作量龐大，推導(dǎo)過(guò)程繁瑣枯燥且容易出錯(cuò)，尤其是若采用傳統(tǒng)的獨(dú)立的拉格朗廣義坐標(biāo)，在建立系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)方程時(shí)會(huì)變得非常困難。</p><p>　　(3)Roberson-Wittenburg方法，其特點(diǎn)是利用圖論中的一些概念描述多剛體系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特征，借助圖論工具可使各種不同結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)能用統(tǒng)一的數(shù)學(xué)模型來(lái)描述。在該方法中，用有向圖的弧來(lái)表示剛

34、體與剛體之間的鉸，用頂點(diǎn)表示剛體，聯(lián)結(jié)頂點(diǎn)的有向弧與所聯(lián)系頂點(diǎn)的關(guān)系稱為關(guān)聯(lián)，如圖 3所示。并引進(jìn)了關(guān)聯(lián)矩陣和通路矩陣，導(dǎo)出了多剛體系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)微分方程的一般形式。</p><p>　　圖 3 Roberson-Wittenburg方法法中的多剛體系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)</p><p>　　該方法以十分優(yōu)美的風(fēng)格處理了樹(shù)結(jié)構(gòu)多剛體系統(tǒng)，對(duì)于非樹(shù)系統(tǒng)，則必須利用鉸切割或剛體分割方法轉(zhuǎn)變成樹(shù)系統(tǒng)處理。<

35、/p><p>　　(4)Kane方法，該方法最先用于分析復(fù)雜航天器，以后發(fā)展成為使用范圍更廣泛的普遍方法。該方法的特點(diǎn)是以速度作為獨(dú)立變量來(lái)描述系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)，既適用于完整約束，又適用于非完整約束，此外，在用該方法建立系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)方程時(shí)既不會(huì)出現(xiàn)理想約束反力，也不必計(jì)算動(dòng)能等動(dòng)力學(xué)函數(shù)及其導(dǎo)數(shù)，而且推導(dǎo)計(jì)算十分規(guī)格化，所得結(jié)果是一階微分方程組，因而兼有矢量力學(xué)和分析力學(xué)的特點(diǎn)。但它只是一種普遍的方法，必須對(duì)每個(gè)具體的多剛

36、體系統(tǒng)作具體處理。</p><p>　　(5)變分方法，變分的力學(xué)原理并不是直接描述機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)的客觀規(guī)律，而是把真實(shí)發(fā)生的運(yùn)動(dòng)和可能發(fā)生的運(yùn)動(dòng)加以比較，在相同條件下，從所發(fā)生的很大的可能運(yùn)動(dòng)中指出真實(shí)運(yùn)動(dòng)所應(yīng)滿足的條件，因此，該方法無(wú)需建立機(jī)械系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)方程，而是以加速度作為變量，根據(jù)被稱為拘束的泛函的極值條件，直接利用系統(tǒng)在每個(gè)時(shí)刻的坐標(biāo)和速度值解出真實(shí)加速度，從而確定系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。</p>

37、<p>　　這些方法的共同點(diǎn)是建立一種通用性的動(dòng)力學(xué)方程，只要用最少量的準(zhǔn)備工</p><p>　　作就能將動(dòng)力學(xué)方程自動(dòng)編排出來(lái)。因此，多剛體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的主要研究?jī)?nèi)容一般只局限于動(dòng)力學(xué)方程的建立，而方程的處理則由計(jì)算機(jī)去完成。</p><p>　　基于Recurdyn的虛擬樣機(jī)研究</p><p>　　應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)方法具有高效處理復(fù)雜多剛體動(dòng)力學(xué)模型的

38、優(yōu)勢(shì)。現(xiàn)有的履帶車輛行走機(jī)構(gòu)數(shù)學(xué)模型都不能準(zhǔn)確對(duì)實(shí)際系統(tǒng)進(jìn)行描述，而只能是對(duì)行走機(jī)構(gòu)大致運(yùn)動(dòng)規(guī)律和工作過(guò)程做出初步分析，分析所得結(jié)論也非常有限，很難為實(shí)際作業(yè)行走車的研制和試驗(yàn)提供足夠參考。所以，為了能綜合考慮到多種復(fù)雜因素對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的影響，準(zhǔn)確地對(duì)實(shí)際行走機(jī)構(gòu)進(jìn)行描述以及深入研究該系統(tǒng)工作過(guò)程，本文采用虛擬現(xiàn)實(shí)方法，建立鉸接式履帶車輛行走機(jī)構(gòu)的虛擬樣機(jī)，根據(jù)相關(guān)資料建立地面模型，重點(diǎn)分析研究鉸接式履帶車輛行走機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)向性能。</

39、p><p>　　RecurDyn (Recursive Dynamic)是由韓國(guó)FunctionBay公司基于其劃時(shí)代算法——遞歸算法開(kāi)發(fā)出的新一代多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真軟件。它采用相對(duì)坐標(biāo)系運(yùn)動(dòng)方程理論和完全遞歸算法，非常適合于求解大規(guī)模及復(fù)雜接觸的多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)問(wèn)題。</p><p>　　傳統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)分析軟件對(duì)于機(jī)構(gòu)中普遍存在的接觸碰撞問(wèn)題解決得遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠完善，這其中包括過(guò)多的簡(jiǎn)化、求解效率低下

40、、求解穩(wěn)定性差等問(wèn)題，難以滿足工程應(yīng)用的需要?；诖?，韓國(guó)FunctionBay公司充分利用最新的多體動(dòng)力學(xué)理論，基于相對(duì)坐標(biāo)系建模和遞歸求解，開(kāi)發(fā)出RecurDyn軟件。該軟件具有令人震撼的求解速度與穩(wěn)定性，成功地解決了機(jī)構(gòu)接觸碰撞中上述問(wèn)題，極大地拓展了多體動(dòng)力學(xué)軟件的應(yīng)用范圍。RecurDyn不但可以解決傳統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)問(wèn)題，同時(shí)是解決工程中機(jī)構(gòu)接觸碰撞問(wèn)題的專家。 </p><p>　　RecurDy

41、n其特有的MFBD多柔體動(dòng)力學(xué)分析技術(shù)，可以更加真實(shí)地分析出機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)中部件的變形、應(yīng)力、應(yīng)變，MFBD技術(shù)在用于分析柔性體的大變形非線性問(wèn)題、以及柔性體之間的接觸、柔性體和剛性體相互之間的接觸等問(wèn)題時(shí)的功用特別顯著。</p><p>　　RecurDyn中Track（HM）高機(jī)動(dòng)性履帶包，是專為坦克裝甲等車輛設(shè)計(jì)的專業(yè)化高機(jī)動(dòng)履帶系統(tǒng)工具包，豐富的履帶系統(tǒng)組件，可參數(shù)化地調(diào)節(jié)各部件的幾何形狀。工具箱由鏈齒輪，路面

42、車輪，履帶鏈接，橡膠襯套和地面剖面庫(kù)等組成。利用這些部件，可以迅速建立履帶車輛，分析諸如履帶和地面之間的接觸特性。同時(shí)亦可由穩(wěn)健的積分器求解駕駛中的強(qiáng)烈擺動(dòng)問(wèn)題。</p><p><b>　　預(yù)期的研究成果</b></p><p>　　建立鉸接式履帶車輛轉(zhuǎn)向動(dòng)力學(xué)模型，得出車輛與地面參數(shù)對(duì)車輛轉(zhuǎn)向性能的影響。</p><p>　　設(shè)計(jì)并制造鉸接

43、式履帶運(yùn)輸車液壓鉸接轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)。</p><p><b>　　論文工作進(jìn)度計(jì)劃</b></p><p>　　2009年1月－2009年6月：收集鉸接式履帶車輛相關(guān)文獻(xiàn)資料；</p><p>　　2009年7月－2009年9月：閱讀相關(guān)文獻(xiàn)，編寫(xiě)文獻(xiàn)閱讀綜述和開(kāi)題報(bào)告；</p><p>　　2009年10月－2010年2月：

44、建立鉸接式履帶車轉(zhuǎn)向動(dòng)力學(xué)模型，計(jì)算轉(zhuǎn)向阻力；</p><p>　　2010年3月－2010年4月：基于多體動(dòng)力學(xué)軟件建立鉸接式履帶車的虛擬樣機(jī)模型；</p><p>　　2010年5月－2010年7月：進(jìn)行鉸接式履帶車輛轉(zhuǎn)向過(guò)程仿真，得出結(jié)果并分析，完善車輛轉(zhuǎn)向動(dòng)力學(xué)模型；</p><p>　　2010年8月－2011年3月：總結(jié)并書(shū)寫(xiě)論文；</p>

45、<p>　　2011年4月－2011年5月：論文的修改和完善；</p><p>　　2011年6月：論文答辯。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　陳淑艷．移動(dòng)機(jī)器人履帶行走裝置的構(gòu)型與機(jī)動(dòng)性能研究[D]．揚(yáng)州大學(xué)，2008</p><p>　　張濤等．橡膠履帶車輛行走系統(tǒng)的動(dòng)力

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