蘇忠亭 韓小平

摘 要：以某型履帶裝甲車輛為研究對象，根據(jù)路面不平度的擬合公式，結(jié)合國家標(biāo)準(zhǔn)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(jié)合履帶裝甲車輛底盤系統(tǒng)關(guān)鍵結(jié)構(gòu)特性和部件連接關(guān)系，在履帶、負(fù)重部、托帶部、驅(qū)動部、前導(dǎo)部、主體、減震部、平衡部等各部分結(jié)構(gòu)模型之間添加固定副、旋轉(zhuǎn)副、接觸等約束關(guān)系，建立底盤動力學(xué)模型，為分析行駛動力學(xué)特性奠定了模型基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：履帶裝甲車輛;行駛;動力學(xué);約束

0 引言

裝甲車輛行駛過程中，路面起伏狀態(tài)對車輛結(jié)構(gòu)狀態(tài)影響比較大，尤其是履帶車輛，為了達(dá)到越野能力，履帶板對地面的作用力比輪式車輛更嚴(yán)重，使得地面對履帶車輛的作用也更加強(qiáng)烈。因此，履帶裝甲車輛為準(zhǔn)確分析裝甲車輛行駛過程中路面載荷和內(nèi)部結(jié)構(gòu)特性對瞄準(zhǔn)機(jī)齒輪接觸特性的影響，需要建立準(zhǔn)確的常微分方程和偏微分方程來描述裝甲車輛系統(tǒng)各剛體、柔體之間的鉸接關(guān)系和行駛過程中的動態(tài)特性。隨著多體動力學(xué)的發(fā)展，應(yīng)用計算機(jī)技術(shù)對車輛行駛過程中的力學(xué)行為進(jìn)行大規(guī)模數(shù)值模擬在武器系統(tǒng)設(shè)計與優(yōu)化中得到了長足發(fā)展，成熟的動力學(xué)分析軟件提高了動力學(xué)仿真分析效率。

1.基本假設(shè)

為簡化計算，對車輛行駛動力學(xué)模型作如下假設(shè)：

①行駛前車輛處于靜平衡狀態(tài);

②機(jī)械結(jié)構(gòu)作剛性體處理;

③將供輸彈系統(tǒng)、吊籃、觀瞄火控系統(tǒng)、動力系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)等簡化為配重，火炮近似簡化處理，將質(zhì)量差值和轉(zhuǎn)動慣量進(jìn)行補(bǔ)償。

2.路面模型

乘員、履帶裝甲車輛和路面是系統(tǒng)綜合體，作為履帶裝甲車輛行駛的專用路面，其表面狀態(tài)可以有效反映路面的使用能力，也可以準(zhǔn)確反映履帶裝甲車輛的越野功能。當(dāng)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(jié)構(gòu)的剛強(qiáng)度和穩(wěn)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(yīng)力、疲勞應(yīng)力、溫度應(yīng)力、彎沉、層間剪應(yīng)力等路面結(jié)構(gòu)性能表征參數(shù)來表達(dá)。作為乘員、履帶裝甲車輛和路面系統(tǒng)綜合體的直接體現(xiàn)參數(shù)，在分析舒適性、安全性、經(jīng)濟(jì)性和環(huán)境保護(hù)等領(lǐng)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(shù)。

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(shù)，ωu、ωl為路面譜的上下限空間頻率。

根據(jù)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(biāo)準(zhǔn)，定義節(jié)點(diǎn)，構(gòu)建單元網(wǎng)格，按照路面數(shù)據(jù)文件的特定格式構(gòu)造仿真路面如圖1所示，在動力學(xué)仿真軟件中調(diào)用該路面子程序進(jìn)行仿真。

3.底盤動力學(xué)模型

在動力學(xué)仿真軟件中建立路面和車輛底盤中履帶、負(fù)重部、托帶部、驅(qū)動部、前導(dǎo)部、主體、減震部、平衡部等各部分結(jié)構(gòu)模型，并根據(jù)實(shí)際的結(jié)構(gòu)連接關(guān)系，在履帶和托帶部之間添加接觸，在履帶與驅(qū)動部之間添加添加接觸，在履帶和前導(dǎo)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(fù)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(qū)動部之間添加旋轉(zhuǎn)副，在車體主體與前導(dǎo)部之間添加旋轉(zhuǎn)副，在車體主體與減震部之間添加旋轉(zhuǎn)副，在車體主體與托帶部之間添加旋轉(zhuǎn)副，在負(fù)重部與平衡部之間添加旋轉(zhuǎn)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(tǒng)拓?fù)潢P(guān)系如圖2所示。

根據(jù)圖2所示的底盤系統(tǒng)拓?fù)潢P(guān)系，建立底盤動力學(xué)仿真模型如圖3所示。

圖3所示的底盤動力學(xué)仿真模型中既包括履帶、負(fù)重部、托帶部、驅(qū)動部、前導(dǎo)部、主體、減震部、平衡部等各部分結(jié)構(gòu)，又包括旋轉(zhuǎn)副、固定副、接觸等力學(xué)約束關(guān)系。當(dāng)賦予驅(qū)動部一定數(shù)值的驅(qū)動力或驅(qū)動轉(zhuǎn)速后，底盤系統(tǒng)即按照所添加的各種運(yùn)動副相互作用，形成行駛過程，對運(yùn)動過程中關(guān)鍵部件進(jìn)行動力學(xué)仿真。

4. 小結(jié)

以某型車輛為研究對象，根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB7031-86《車輛振動輸入路面平度表示方法》，重構(gòu)了等級路面模型。在深入分析底盤系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特性的基礎(chǔ)上，描述了履帶推進(jìn)裝置、懸掛裝置、行駛牽引力和空氣阻力結(jié)構(gòu)拓?fù)潢P(guān)系和力學(xué)關(guān)系，建立的底盤動力學(xué)模型為分析行駛動力學(xué)特性奠定了模型基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

[1] Boresi A P. A Review of Selected Works on gun Dynamics. AD-A124074，1983

[2] J. P. Dias， M.S. Pereira. Optimization methods for crashworthiness design using multi-body models. Computers and Structures，2004，82（17-19）：1371-1380

[3] A Mathematical Model of the **mm Advanced Medium Caliber Weapon System.? AD：A039713

[4] Studies in the Methodology of Weapons Systems Effectiveness Analysis Using the Techniques of Simulation Optimization and Statistics-Phase. AD：875397

[5] Erie Kathe， Stephen Wilkerson， Alexander Zielinski， etal. Gun Structural Dynamic Considerations for Near-Target Performance of Hypervelocity Launchers.AD-A355932，1998.