某型履帶裝甲車輛行駛動力學關鍵模型仿真

蘇忠亭 韓小平

摘 要：以某型履帶裝甲車輛為研究對象，根據路面不平度的擬合公式，結合國家標準GB7031-86《車輛振動輸入路面平度表示方法》，建立各等級的履帶專用路面模型。結合履帶裝甲車輛底盤系統關鍵結構特性和部件連接關系，在履帶、負重部、托帶部、驅動部、前導部、主體、減震部、平衡部等各部分結構模型之間添加固定副、旋轉副、接觸等約束關系，建立底盤動力學模型，為分析行駛動力學特性奠定了模型基礎。

關鍵詞：履帶裝甲車輛;行駛;動力學;約束

0 引言

裝甲車輛行駛過程中，路面起伏狀態對車輛結構狀態影響比較大，尤其是履帶車輛，為了達到越野能力，履帶板對地面的作用力比輪式車輛更嚴重，使得地面對履帶車輛的作用也更加強烈。因此，履帶裝甲車輛為準確分析裝甲車輛行駛過程中路面載荷和內部結構特性對瞄準機齒輪接觸特性的影響，需要建立準確的常微分方程和偏微分方程來描述裝甲車輛系統各剛體、柔體之間的鉸接關系和行駛過程中的動態特性。隨著多體動力學的發展，應用計算機技術對車輛行駛過程中的力學行為進行大規模數值模擬在武器系統設計與優化中得到了長足發展，成熟的動力學分析軟件提高了動力學仿真分析效率。

1.基本假設

為簡化計算，對車輛行駛動力學模型作如下假設：

①行駛前車輛處于靜平衡狀態;

②機械結構作剛性體處理;

③將供輸彈系統、吊籃、觀瞄火控系統、動力系統、傳動系統等簡化為配重，火炮近似簡化處理，將質量差值和轉動慣量進行補償。

2.路面模型

乘員、履帶裝甲車輛和路面是系統綜合體，作為履帶裝甲車輛行駛的專用路面，其表面狀態可以有效反映路面的使用能力，也可以準確反映履帶裝甲車輛的越野功能。當履帶裝甲車輛在專用路面上行駛時，乘員不會感覺到路面結構的剛強度和穩定程度，而是路面顛簸造成座椅顛簸、車輛溜滑、噪聲等直觀的感受，而這些直觀感受無法通過基底應力、疲勞應力、溫度應力、彎沉、層間剪應力等路面結構性能表征參數來表達。作為乘員、履帶裝甲車輛和路面系統綜合體的直接體現參數，在分析舒適性、安全性、經濟性和環境保護等領域，路面不平度是常用的反映路面功能和使用性能的控制參數。

路面不平度的擬合公式為：

式中：ω0為參考空間頻率，Gq（ω0）為參考空間路面譜值，n為頻率指數，ωu、ωl為路面譜的上下限空間頻率。

根據式（1）計算路面不平度，按照GB7031-86《車輛振動輸入路面平度表示方法》表示的路面分級標準，定義節點，構建單元網格，按照路面數據文件的特定格式構造仿真路面如圖1所示，在動力學仿真軟件中調用該路面子程序進行仿真。

3.底盤動力學模型

在動力學仿真軟件中建立路面和車輛底盤中履帶、負重部、托帶部、驅動部、前導部、主體、減震部、平衡部等各部分結構模型，并根據實際的結構連接關系，在履帶和托帶部之間添加接觸，在履帶與驅動部之間添加添加接觸，在履帶和前導部之間添加接觸，在履帶和車體主體之間添加接觸，在履帶和平衡部之間添加接觸，在履帶和負重部之間添加接觸，在履帶與地面之間添加接觸，在車體主體與驅動部之間添加旋轉副，在車體主體與前導部之間添加旋轉副，在車體主體與減震部之間添加旋轉副，在車體主體與托帶部之間添加旋轉副，在負重部與平衡部之間添加旋轉副，在平衡部與減震部之間添加固定副等約束，形成底盤系統拓撲關系如圖2所示。

根據圖2所示的底盤系統拓撲關系，建立底盤動力學仿真模型如圖3所示。

圖3所示的底盤動力學仿真模型中既包括履帶、負重部、托帶部、驅動部、前導部、主體、減震部、平衡部等各部分結構，又包括旋轉副、固定副、接觸等力學約束關系。當賦予驅動部一定數值的驅動力或驅動轉速后，底盤系統即按照所添加的各種運動副相互作用，形成行駛過程，對運動過程中關鍵部件進行動力學仿真。

4. 小結

以某型車輛為研究對象，根據國家標準GB7031-86《車輛振動輸入路面平度表示方法》，重構了等級路面模型。在深入分析底盤系統結構特性的基礎上，描述了履帶推進裝置、懸掛裝置、行駛牽引力和空氣阻力結構拓撲關系和力學關系，建立的底盤動力學模型為分析行駛動力學特性奠定了模型基礎。

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