本發(fā)明專利技術(shù)涉及高速履帶車輛承載結(jié)構(gòu)動態(tài)應(yīng)力計算與仿真評估技術(shù)領(lǐng)域，特指一種高速履帶車輛的車體結(jié)構(gòu)動態(tài)應(yīng)力仿真計算方法,包括構(gòu)建基于模態(tài)綜合方法的高速履帶車輛整車系統(tǒng)剛?cè)狁詈夏Ｐ秃突谀B(tài)應(yīng)力恢復(fù)方法的車體結(jié)構(gòu)動態(tài)應(yīng)力計算兩大實施步驟,采用模態(tài)綜合技術(shù)建立了集成多剛體懸架系統(tǒng)及推進(jìn)系統(tǒng)模型和車體結(jié)構(gòu)有限元模型的高速履帶車輛剛?cè)狁詈蠌?fù)雜動力學(xué)模型，準(zhǔn)確反映了車輛系統(tǒng)動力學(xué)與結(jié)構(gòu)動力學(xué)之間的耦合動力學(xué)特性；本發(fā)明專利技術(shù)提供了一種能夠在高速履帶車輛設(shè)計研制階段獲取結(jié)構(gòu)邊界載荷，同時獲取結(jié)構(gòu)動態(tài)應(yīng)力的仿真計算方法，為高速履帶車輛系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計與改進(jìn)提供了有效手段。
【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及高速履帶車輛承載結(jié)構(gòu)動態(tài)應(yīng)力計算與仿真評估
,特指ー種高速履帶車輛的車體結(jié)構(gòu)動態(tài)應(yīng)カ仿真計算方法。
技術(shù)介紹
高速履帶車輛在復(fù)雜越野道路行駛的時候，惡劣道路環(huán)境的劇烈沖擊和振動是引起高速履帶車輛系統(tǒng)結(jié)構(gòu)振動、導(dǎo)致結(jié)構(gòu)動應(yīng)カ過大甚至結(jié)構(gòu)破壞的主要原因。然而，長期以來，由于計算方法和手段的局限性，使得車體的結(jié)構(gòu)設(shè)計仍然依賴于傳統(tǒng)的經(jīng)驗設(shè)計方法。 自20世紀(jì)90年代以來，有限元方法已逐步在高速履帶車輛車體結(jié)構(gòu)的應(yīng)カ計算中得到應(yīng)用。但是，基于有限元方法的高速履帶車輛的車體應(yīng)カ計算主要存在兩個問題一是車體結(jié)構(gòu)承受的邊界載荷很難獲取。由于車體結(jié)構(gòu)連接的復(fù)雜性，很難通過試驗測試的手段準(zhǔn)確得到車體結(jié)構(gòu)的所有邊界載荷條件，尤其在設(shè)計階段，由于沒有試驗樣車，只能采用同類型車輛的邊界載荷，由此得到的分析計算結(jié)果顯然無法滿足實際的設(shè)計要求。ニ是車輛系統(tǒng)動態(tài)特性與車體結(jié)構(gòu)特性的耦合問題。車體結(jié)構(gòu)不僅隨車輛系統(tǒng)經(jīng)歷大范圍的剛體運動，同時還要承受邊界載荷下的局部變形，這兩種運動的相互耦合，使得僅采用有限元分析的方法無法滿足履帶車輛車體結(jié)構(gòu)動態(tài)應(yīng)カ的分析計算要求。經(jīng)對現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，樸明偉，方吉等人在《振動與沖擊》2009年第3期上發(fā)表《基于剛?cè)狁詈戏抡娴募b箱車體振動疲勞分析》，該文中作者針對集裝箱車體的振動疲勞問題，考慮車輛系統(tǒng)振動對結(jié)構(gòu)應(yīng)カ及疲勞壽命的影響，提出了ー種基于剛?cè)狁詈戏抡婕夹g(shù)的振動疲勞分析方法。然而，到目前為止，在高速履帶車輛結(jié)構(gòu)強度的研究領(lǐng)域，在考慮車輛系統(tǒng)動力學(xué)與結(jié)構(gòu)動態(tài)特性的相互影響并計算結(jié)構(gòu)動態(tài)應(yīng)力等方面，仍未見相關(guān)文獻(xiàn)的記載。因此，以高速履帶車輛的車體結(jié)構(gòu)為研究對象，提出ー種耦合動力學(xué)及結(jié)構(gòu)動態(tài)特性的履帶車輛車體結(jié)構(gòu)動態(tài)應(yīng)カ計算方法，并通過剛?cè)狁詈咸摂M樣機(jī)及模態(tài)應(yīng)力恢復(fù)技術(shù)加以實現(xiàn)，對于設(shè)計研制階段履帶車輛車體結(jié)構(gòu)設(shè)計及動態(tài)強度評估具有重要意義。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足提供一套基于高速履帶車輛剛?cè)狁詈险囅到y(tǒng)模型及模態(tài)應(yīng)力恢復(fù)計算結(jié)構(gòu)動態(tài)應(yīng)力的方法，為高速履帶車輛系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計與改進(jìn)提供了有效的技術(shù)手段。為實現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)的ー種高速履帶車輛的車體結(jié)構(gòu)動態(tài)應(yīng)カ仿真計算方法，包括如下步驟 第一歩構(gòu)建基于模態(tài)綜合方法的高速履帶車輛整車系統(tǒng)剛?cè)狁詈夏Ｐ停鋵嵤┎襟E如下 I)、根據(jù)結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)建立高速履帶車輛的CAD模型；2)、根據(jù)高速履帶車輛的設(shè)計資料和CAD模型，在建立高速履帶車輛的推進(jìn)子系統(tǒng)模型基礎(chǔ)上構(gòu)建推進(jìn)系統(tǒng)多剛體模型； 3)、根據(jù)高速履帶車輛的設(shè)計資料和CAD模型，在建立高速履帶車輛的懸架子系統(tǒng)模型基礎(chǔ)上構(gòu)建懸架系統(tǒng)多剛體模型； 4)、根據(jù)高速履帶車輛的設(shè)計資料和CAD模型，構(gòu)建車體有限元模型，基于模態(tài)綜合方法以生成車體結(jié)構(gòu)的模態(tài)質(zhì)量矩陣、模態(tài)剛度矩陣、模態(tài)阻尼矩陣和模態(tài)應(yīng)力矩陣的模態(tài)中性文件的形式構(gòu)建車體柔性體模型； 5)、根據(jù)車體柔性體模型與推進(jìn)系統(tǒng)多剛體模型、懸架系統(tǒng)多剛體模型的連接關(guān)系，在車體柔性體模型外部的連接單元處定義約束關(guān)系，實現(xiàn)車體柔性體模型與推進(jìn)系統(tǒng)多剛體模型、懸架系統(tǒng)多剛體模型的連接，構(gòu)建含車體柔性體的高速履帶車輛整車系統(tǒng)剛?cè)狁詈夏Ｐ汀５诙交谀B(tài)應(yīng)力恢復(fù)方法的車體結(jié)構(gòu)動態(tài)應(yīng)力計算，其實施步驟如下 1)、在進(jìn)行有限元模態(tài)綜合過程中，利用彈性力學(xué)幾何方程{e} = {U}和物理方程{β卜{e}計算柔性體模態(tài)應(yīng)力矩陣[Φβ= ;式中，E為柔性體應(yīng)變矢量，σ為柔性體應(yīng)力矢量，B為柔性體應(yīng)變矩陣，!1為節(jié)點自由度向量，E為柔性體彈性矩陣Φ為柔性體模態(tài)矩陣； 2)、構(gòu)建三維仿真路叫俁型； 3)、基于高速履帶車輛整車系統(tǒng)剛?cè)狁詈夏Ｐ瓦M(jìn)行動力學(xué)仿真，計算三維仿真路面環(huán)境下車輛整車系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)動態(tài)響應(yīng)； 4)、通過模態(tài)應(yīng)力和模態(tài)坐標(biāo)的線性疊加計算得到柔性體的動態(tài)應(yīng)力，W= '{q>,由柔性體的動態(tài)應(yīng)力計算得到車輛整車系統(tǒng)節(jié)點的動態(tài)應(yīng)力時間歷程。其中，所述高速履帶車輛的推進(jìn)子系統(tǒng)模型分別為主動輪、負(fù)重輪、誘導(dǎo)輪、托帶輪和履帶。其中，所述高速履帶車輛的懸架子系統(tǒng)模型分別為平衡肘、扭力軸、減振器和限制器。其中，生成模態(tài)中性文件的步驟包括劃分有限元網(wǎng)格，定義材料屬性，定義外部節(jié)點，定義多點約束單元，建立超單元，選擇Soll03求解器，設(shè)置輸出單位，選擇模態(tài)參數(shù)及選擇輸出信息。本專利技術(shù)的有益效果采用模態(tài)綜合技術(shù)建立了集成多剛體懸架系統(tǒng)及推進(jìn)系統(tǒng)模型和車體結(jié)構(gòu)有限元模型的高速履帶車輛剛?cè)狁詈蠌?fù)雜動力學(xué)模型，準(zhǔn)確反映了車輛系統(tǒng)動力學(xué)與結(jié)構(gòu)動力學(xué)之間的耦合動力學(xué)特性；本專利技術(shù)提供了能夠在高速履帶車輛設(shè)計研制階段獲取結(jié)構(gòu)邊界載荷，同時獲取結(jié)構(gòu)動態(tài)應(yīng)力的仿真計算方法，為高速履帶車輛系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計與改進(jìn)提供了有效手段。附圖說明圖I為本專利技術(shù)的流程方框圖。圖2為本專利技術(shù)的有高速履帶車輛整車系統(tǒng)模型的構(gòu)架框圖。圖3為生成模態(tài)中性文件的流程方框圖。圖4為E級隨機(jī)路面的道路縱剖面圖。圖5為E級隨機(jī)路面的三維路面模型圖。圖6為E級隨機(jī)路面條件下車體結(jié)構(gòu)關(guān)鍵節(jié)點的動態(tài)應(yīng)力時間歷程曲線圖。具體實施例方式以下結(jié)合附圖對本專利技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)的描述。如圖I所示，本專利技術(shù)的ー種高速履帶車輛的車體結(jié)構(gòu)動態(tài)應(yīng)カ仿真計算方法，包括構(gòu)建基于模態(tài)綜合方法的高速履帶車輛整車系統(tǒng)剛?cè)狁詈夏Ｐ秃突谀B(tài)應(yīng)カ恢復(fù)方法的車體結(jié)構(gòu)動態(tài)應(yīng)カ計算兩大實施步驟。其中， 第一歩構(gòu)建基于模態(tài)綜合方法的高速履帶車輛整車系統(tǒng)剛?cè)狁詈夏Ｐ汀８咚俾膸к囕v整車系統(tǒng)剛?cè)狁詈夏Ｐ桶ㄍ七M(jìn)系統(tǒng)多剛體模型、懸架系統(tǒng)多剛體模型和車體柔性體模 型。在計算機(jī)中利用ADAMS軟件在ADAMS/ATV模塊中構(gòu)建推進(jìn)系統(tǒng)多剛體模型和懸架系統(tǒng)多剛體模型，同時采用Nastran軟件建立基于模態(tài)綜合方法的車體柔性體模型，再構(gòu)建含車體柔性體的高速履帶車輛整車系統(tǒng)剛?cè)狁詈夏Ｐ汀Ｆ渚唧w實施步驟如下 I)、根據(jù)設(shè)計資料中的結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)建立高速履帶車輛的CAD模型；所述設(shè)計資料包括懸掛特性參數(shù)、質(zhì)量特性參數(shù)、結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)和材料特性參數(shù)，通過車輛的結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)可建立高速履帶車輛的CAD模型。2)、根據(jù)高速履帶車輛的設(shè)計資料參數(shù)和CAD模型，在建立高速履帶車輛的推進(jìn)子系統(tǒng)模型基礎(chǔ)上構(gòu)建推進(jìn)系統(tǒng)多剛體模型；所述推進(jìn)子系統(tǒng)模型分別為主動輪、負(fù)重輪、誘導(dǎo)輪、托帶輪和履帯。3)、根據(jù)高速履帶車輛的設(shè)計資料參數(shù)和CAD模型，在建立高速履帶車輛的懸架子系統(tǒng)模型基礎(chǔ)上構(gòu)建懸架系統(tǒng)多剛體模型；所述的懸架子系統(tǒng)模型分別為平衡肘、扭カ軸、減振器和限制器。上述高速履帶車輛的推進(jìn)系統(tǒng)和懸架系統(tǒng)的框架結(jié)構(gòu)參見圖2。4)、根據(jù)高速履帶車輛的設(shè)計參數(shù)和CAD模型，構(gòu)建車體有限元模型，再通過計算機(jī)的Nastran軟件建立基于模態(tài)綜合方法的車體柔性體模型，所述車體柔性體模型以生成包含車體結(jié)構(gòu)的模態(tài)質(zhì)量矩陣、模態(tài)剛度矩陣、模態(tài)阻尼矩陣和模態(tài)應(yīng)カ矩陣的模態(tài)中性文件的形式構(gòu)建；如圖3所示，基于Nastran軟件生成模態(tài)中性文件的步驟包括劃分有限元網(wǎng)格，定義材料屬性，定義外部節(jié)點，定義多點約束單元(MPC)，建立超単元，選擇Soll03求解器，設(shè)置輸出単位，選擇模態(tài)參數(shù)及選擇輸出信息。通過上述步驟，可以生成包含車體結(jié)構(gòu)的模態(tài)質(zhì)量矩陣、模態(tài)剛度矩陣、模態(tài)阻尼矩陣和模態(tài)應(yīng)カ矩陣的模態(tài)中性文件。其中本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點】
一種高速履帶車輛的車體結(jié)構(gòu)動態(tài)應(yīng)力仿真計算方法，其特征在于包括如下步驟：第一步：構(gòu)建基于模態(tài)綜合方法的高速履帶車輛整車系統(tǒng)剛?cè)狁詈夏Ｐ停鋵嵤┎襟E如下：1)、根據(jù)結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)建立高速履帶車輛的CAD模型；2）、根據(jù)高速履帶車輛的設(shè)計資料和CAD模型，在建立高速履帶車輛的推進(jìn)子系統(tǒng)模型基礎(chǔ)上構(gòu)建推進(jìn)系統(tǒng)多剛體模型；3）、根據(jù)高速履帶車輛的設(shè)計資料和CAD模型，在建立高速履帶車輛的懸架子系統(tǒng)模型基礎(chǔ)上構(gòu)建懸架系統(tǒng)多剛體模型；4）、根據(jù)高速履帶車輛的設(shè)計資料和CAD模型，構(gòu)建車體有限元模型，基于模態(tài)綜合方法以生成車體結(jié)構(gòu)的模態(tài)質(zhì)量矩陣、模態(tài)剛度矩陣、模態(tài)阻尼矩陣和模態(tài)應(yīng)力矩陣的模態(tài)中性文件的形式構(gòu)建車體柔性體模型；5）、根據(jù)車體柔性體模型與推進(jìn)系統(tǒng)多剛體模型、懸架系統(tǒng)多剛體模型的連接關(guān)系，在車體柔性體模型外部的連接單元處定義約束關(guān)系，實現(xiàn)車體柔性體模型與推進(jìn)系統(tǒng)多剛體模型、懸架系統(tǒng)多剛體模型的連接，構(gòu)建含車體柔性體的高速履帶車輛整車系統(tǒng)剛?cè)狁詈夏Ｐ汀?
【技術(shù)特征摘要】
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：王紅巖，芮強，王欽龍，薛勁櫓，
申請(專利權(quán))人：中國人民解放軍裝甲兵工程學(xué)院，
類型：發(fā)明
國別省市：
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