Расчет процесса криволинейного движения транспортной машины на основе конечно-элементного моделирования взаимодействия гусеницы с грунтом

Алексей Александрович Абызов, Игорь Яковлевич Березин

Аннотация


Для оценки нагруженности и долговечности элементов ходовых систем транспортных гусеничных машин в настоящее время широко применяются расчетные методы, которые предполагают компьютерное моделирование движения машины по трассе. В процессе движения по трассе гусеничная машина большую часть времени преодолевает криволинейные участки. Такой режим сопровождается интенсивными динамическими нагрузками, действующими на ходовую систему машины, поэтому при математическом моделировании движения важно адекватно описывать силы сопротивления, возникающие при поворотах.

В статье приведен обзор известных методов расчета сил сопротивления при криволинейном движении машины. Предложен новый метод определения сил сопротивления. Взаимодействие гусеницы с грунтом рассматривается на ограниченных «активных» участках, прилегающих к опорным катками. Для расчета сил, возникающих в контакте траков и грунта, использован метод конечных элементов. По результатам конечно-элементных расчетов получены зависимости, связывающие нагрузки, действующие на трак, с его перемещением относительно грунта. Представлена методика расчета сил сопротивления повороту с использованием этих зависимостей и алгоритм интегрирования дифференциальных уравнений движения математической модели. Приведены результаты моделирования движения гусеничной машины класса 10 тонн.

Использование предлагаемой методики при моделировании движения машины по трассе позволяет получить результаты с учетом формы опорной поверхности траков, свойств грунта и реального распределения нагрузки, действующей на гусеницу со стороны опорных катков. При этом могут быть получены процессы изменения нагрузок, действующих на каждый опорный каток машины. В дальнейшем эти процессы используются для расчета напряжений в исследуемых элементах и получения оценок их долговечности.


Ключевые слова


гусеничная модель; криволинейное движение; математическая модель; метод конечных элементов

Полный текст:

PDF

Литература


Березин, И.Я. Моделирование процесса эксплуатации при имитационных ресурсных испытаниях мобильной техники / И.Я. Березин, А.А. Абызов // Сб. науч. трудов МАДИ, 2000. – С. 56–74.

Абызов, А.А. Расчетная оценка нагруженности и прогнозирование ресурса элементов ходовой части быстроходных гусеничных машин / А.А. Абызов, И.Я. Березин // Актуальные проблемы защиты и безопасности: труды 13 Всерос. науч.-практ. конф. – СПб.: НПО Спецматериалов. – 2010. – Т. 3. – С. 119–127.

Савочкин, В.А. Статистическая динамика транспортных и тяговых гусеничных машин / В.А. Савочкин, А.А. Дмитриев. – М.: Машиностроение, 1993. – 235 с.

Избранные труды А.О. Никитина. Сборник научных трудов. – М.: Изд-во МАДИ (ТУ), 1993. – 116 с.

Опейко, Ф.А. Математическая теория трения / Ф.А. Опейко. – Минск: Наука и техника, 1971. – 149 с.

Гуськов, В.В. Теория поворота гусеничных машин / В.В. Гуськов, А.Ф. Опейко. – М.: Машиностроение, 1984. – 168 с.

Трояновская, И.П. Силовое взаимодействие гусеничного движителя с грунтом на повороте / И.П. Трояновская // Тракторы и сельхозмашины. – 2007. – № 12. – С. 19–20.

Troyanovskaya, I.P. Forses of friction at the wheel to ground contact in a turning vehicle / I.P. Troyanovskaya, B.M. Pozin // Procedia Engineering. – 2015. – Vol. 129. – P. 156–160.

Красненьков, В.И. Математическая модель криволинейного движения транспортной гусеничной машины по деформируемому основанию / В.И. Красненьков, С.А. Харитонов, А.В. Шумилин // Изв. вузов. Машиностроение. – 1989. – № 11. – С. 94–99.

Кацыгин, В. В. Основы теории выбора оптимальных параметров сельскохозяйственных машин и орудий / В.В. Кацыгин // Вопросы сельскохозяйственной механики. – 1964. – Т. 13 – С. 31–64.

Bekker, M.G. Theory of Land Locomotion / M.G. Bekker. – University of Michigan Press, 1956. – 515 p.

Wong, J.Y. Theory of ground vehicles / J.Y. Wong. – 3rd ed. – John Wiley & Sons, 2001. – 528 p.

Matej, J. Tracked mechanism simulation of mobile machine in MSC.ADAMS View / J. Matej // Research in agricultural engineering. – 2010. – Vol. 56. – No. 1. – P. 1–7.

Adams Tracked Vehicle (ATV) Solution. Create, modify, and simulate realistic 3D models of tracked vehicles in adams. Available at: http://www.mscsoftware.com/Submitted-Content/Resources/ TK_Services-ATV_LTR_w.pdf (дата обращения: 20.11.2018).

Баловнев, В.И. Моделирование процессов взаимодействия со средой рабочих органов дорожно-строительных машин / В.И. Баловнев. – М.: Высш. шк., 1981. – 335 с.

Grecenko, А. Re-examined principles of thrust generation by a track on soft ground / А. Grecenko // Journal of Terramechanics. – 2007. – No. 44. – P. 123–131.

Asaf, Z. Evaluation of Link-Track Performances Using DEM / Z. Asaf, D. Rubinstein, I. Shmulevich // Journal of Terramechanics. – 2006. – No. 43. – P. 141–161.

Zhang, R. Simulation on Mechanical Behavior of Cohesive soil by Distinct Element Method / R. Zhang // Journal of Terramechanics. – 2006. – No. 43. – P. 303–316.

Hambleton, J.P. Modeling wheel-induced rutting in soils: Indentation / J.P. Hambleton, A. Drescher //Journal of Terramechanics. – 2008. – No. 45. – P. 201–211.

Maclaurin, B. A skid steering model with track pad flexibility / B.A. Maclaurin // Journal of Terramechanics. – 2007. – No. 44. – P. 95–110.

Абызов, А.А. Использование метода конечных элементов для моделирования взаимодействия гусеницы с грунтом при криволинейном движении машины / А.А. Абызов // Труды 15 Всерос. науч.-практ. конф. «Актуальные проблемы защиты и безопасности». Т. 3: Бронетанковая техника и вооружение. – СПб., 2012. – C. 184–190.

LS-DYNA user’s manual. Version970. – USA: Livermore Software Technology Corp., 2003. – 1564 p.


Ссылки

  • На текущий момент ссылки отсутствуют.