超级军网简化自行火炮虚拟样机平顺性试验仿真
来源：百度文库 编辑：超级军网 时间：2024/05/04 13:24:18
简化自行火炮虚拟样机平顺性试验仿真
简化自行火炮虚拟样机平顺性试验仿真
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发布日期：2012-09-28
1 概述
车辆动力学仿真在现代军事、民用等领域发挥着重要作用，特别在军事领域中，履带车辆的仿真研究给实车试验提供一个理论基础，这对于缩短武器装备的开发周期及费用有着重要的实际意义。随着技术的发展，仿真研究方法已经基本成熟，从求解运动微分方程到应用动力学仿真软件，仿真的精确度越来越高，但是伴随着精度的提高，仿真时间也在增加。
ATV(Adams tracked vehicle)是动力学仿真软件ADAMS的一个专门分析履带车辆的模块，有着很高的仿真精度。但是，在ATV中，每块履带板有6个自由度，各履带板之间由广义的弹簧阻尼器连接，对于一个单侧含有102块履带板的车辆系统，其模型的自由度数达1200以上，造成动力学仿真时间过长。为了提高仿真效率，缩短求解时间，为车辆的行驶仿真研究提供一个便捷的平台，本文基于ADAMS对车辆悬挂系统进行合理简化，通过考察车体的振动情况，建立了某型履带式自行火炮的简化虚拟样机模型，并进行动力学仿真分析。
2 履带系统模型
车辆履带系统是一个复杂的非线性系统，直接接受地面的激励，并将激励传递给车体各构件，履带处理的合理性成为模型是否可以反映整车系统特性的关键之一。一般将履带有关的系统基本特性转化为可模拟实现的力学模型上，之后在虚拟样机上实现用仿真模型代替力学模型。
2.1 接触碰撞的力学模型
接触碰撞是负重轮与履带板、履带板与地面之间主要相互作用之一，它直接影响着车辆的振动以及各构件的受力情况，因此接触碰撞力学模型的合理建立成为车辆模型是否可行的关键。图1为一个球－平面接触碰撞模型，接触力为：
式(1)中，k为球的刚度系数，c为球—地面相对运动的阻尼系数，由于接触碰撞为一个非线性变化过程，因此，参数n通常在中2-3取值，同时将瞬时阻尼系数c的变化规律拟合为关于渗透量p(p= max(0，x1-x))的函数，同时当渗透量 p> d时，c达到最大值Cmax ，如图2，其中 d为预先设置的值，依实际路面情况而定。
图1 球－平面接触碰撞模型
图2 阻尼系数与渗透量拟合曲线图
2.2 履带系统的简化
路面上铺设履带，对路面不平度低(空间)频(率)成分影响较小，对高频成分，特别是上限频率有较大影响。它一方面滤掉了路面不平度中比履带节空间频率更高的成分，使履带节的空间频率n T成为履带车辆路面不平度的上限频率nμ。另一方面两块履带板连接处的不平，又在路面不平度中添加了与履带节距相应的周期性激励。 因此，对模型做如下处理以模拟履带系统。
(1) 在每个负重轮下各做一个质量块，质量块的参数设置为硬路面的参数。然后在负重轮和质量块之间施加一个碰撞约束副，用来模拟车辆在行驶过程中履带与路面的相互作用。碰撞约束副的参数设置应考虑履带板与地面碰撞时的参数。
(2) 赋予每个质量块一个运动，运动的数据来源于自行火炮在特定档速和路面下负重轮处的地面运动规律。
(3) 由于在仿真前火炮处于静止在平坦路面上的状态，所以在仿真前 6秒内使质量块处于静止，其余数据以此类推，从仿真来看，6秒基本可以使火炮达到静平衡位置。
(4) 在路面不平度数据上作滤波处理，使路面谱除去高于履带节空间频率的部分，由于该模型需要考察车辆的纵向振动特性，履带的作用只是限制了路面的上限(空间)频率，对不平度影响可以不考虑，所以忽略两块履带板连接处不平的影响。
2.3 虚拟样机模型的建立
利用 ADAMS/View提供的建模主工具箱建立某型自行火炮虚拟样机模型，如图3
图3 某型自行火炮样机模型
(1) 样机模型的建立。该模型包括身管、炮塔、摇架、车体、负重轮、主动轮、诱导轮以及拖带轮。由于该模型主要用于车辆行驶仿真等研究，所以将某些装置进行转化，如：反后座装置的主要作用体现在射击过程中，而与车辆振动有关的只有质量、转动惯量等物理参数，因此将其简化并归入摇架中。各构件的相互连接关系为：炮塔和摇架之间用转动铰链连接并有力矩作用，身管和摇架之间用移动副连接，并且有弹簧作用在它们之间。炮塔和车体用转动副连接。车体和其上的六个托带轮和两个主动轮及两个诱导轮用转动副连接。车体与中间 8个负重轮之间有平衡肘，平衡肘和另外 4个负重轮通过转动副连接，平衡肘和车体之间除了用在转动副连接外还施加一个扭转力矩。下面另外 4个负重轮除了有和中间 8个负重轮的结构外，还多加了一个与车体的弹簧减震器，之间有相互作用力，用来模拟火炮的悬挂系统。其他质量等物理特性都参照设计图纸进行添加，力学特性参数可以依据经验以及数学公式求得。 表1 路面按路面不平度系数Gd(n0)的分级中的E级
(2) 路面模型的创建。在国际标准 ISO/TC108/SC2N67中路面不平度用功率谱密度来表示和度量，表1为E级路面分级标准。在本试验中根据路面功率谱，用逆傅立叶变换的方法生成路面不平度，结合履带车辆行驶速度可将此结果转换为路面不平度－时间函数，并将该路面不平度数据进行拟合，将其添加到质量块运动数据中，考虑到相邻负重轮之间由于轮距产生的时间差，所以每个负重轮的运动数据在时间上有一定的延迟。
3 仿真算例与分析
现以火炮在E级路面3档速度(27km/h)下行驶为例分析。将路面数据处理加入模型进行仿真，考察车体的振动曲线，图4-9为两种模型车体质心的位置、速度、加速度的仿真输出曲线图。其中ATV模型为已经验证过其合理性的模型。
(1) 从图中可以看出，在前6秒时间内车体呈衰减振动规律，这符合实际车辆由出厂装配位置到静平衡位置的运动过程。
(2) 将火炮在 E级路面下的位移、速度、加速度曲线和 ATV响应曲线做比较。简化模型通过前 6秒动力学仿真和 ATV通过静平衡分析仿真得到的静平衡位置是一致的。
(3) 通过计算他们对应曲线的相关系数和均值，来考察他们的一致性。车体质心位置、速度、加速度的均值最大相差不到0.5%，相关系数分别为0.9522，0.9293，0.9599，为强相关。可以看出简化模型对于研究车体振动特性有比较高的精度。
4 结束语
通过验证可以看出，该简化模型对于只考察研究车辆平顺性是合理有效的。由于自由度比较少，所以在保证精度的前提下可以大大缩短仿真时间，对于100m路面，ATV仿真时间需要长达12个小时甚至更多，但是简化模型只需半小时左右，这使脱离 ATV仿真模块进行履带车辆的平顺性仿真研究成为可能。另外，简化模型可用于车辆的行驶仿真研究，进行快速的强化行驶仿真实验，为强化路面的设计与建造提供理论指导。
图4 简化模型车体质心位移仿真输出曲线
图5 ATV模型车体质心位移仿真输出曲线
图6 简化模型车体质心速度仿真输出曲线
图7 ATV模型车体质心速度仿真输出曲线
图8 简化模型车体质心加速度仿真输出曲线
图9 ATV车体质心加速度仿真输出曲线
http://www.81tech.com/jungong-jishu/201209/28/jishu42112.html
简化自行火炮虚拟样机平顺性试验仿真
简化自行火炮虚拟样机平顺性试验仿真
- 发布日期：2012-09-28
发布日期：2012-09-28
1 概述
车辆动力学仿真在现代军事、民用等领域发挥着重要作用，特别在军事领域中，履带车辆的仿真研究给实车试验提供一个理论基础，这对于缩短武器装备的开发周期及费用有着重要的实际意义。随着技术的发展，仿真研究方法已经基本成熟，从求解运动微分方程到应用动力学仿真软件，仿真的精确度越来越高，但是伴随着精度的提高，仿真时间也在增加。
ATV(Adams tracked vehicle)是动力学仿真软件ADAMS的一个专门分析履带车辆的模块，有着很高的仿真精度。但是，在ATV中，每块履带板有6个自由度，各履带板之间由广义的弹簧阻尼器连接，对于一个单侧含有102块履带板的车辆系统，其模型的自由度数达1200以上，造成动力学仿真时间过长。为了提高仿真效率，缩短求解时间，为车辆的行驶仿真研究提供一个便捷的平台，本文基于ADAMS对车辆悬挂系统进行合理简化，通过考察车体的振动情况，建立了某型履带式自行火炮的简化虚拟样机模型，并进行动力学仿真分析。
2 履带系统模型
车辆履带系统是一个复杂的非线性系统，直接接受地面的激励，并将激励传递给车体各构件，履带处理的合理性成为模型是否可以反映整车系统特性的关键之一。一般将履带有关的系统基本特性转化为可模拟实现的力学模型上，之后在虚拟样机上实现用仿真模型代替力学模型。
2.1 接触碰撞的力学模型
接触碰撞是负重轮与履带板、履带板与地面之间主要相互作用之一，它直接影响着车辆的振动以及各构件的受力情况，因此接触碰撞力学模型的合理建立成为车辆模型是否可行的关键。图1为一个球－平面接触碰撞模型，接触力为：
式(1)中，k为球的刚度系数，c为球—地面相对运动的阻尼系数，由于接触碰撞为一个非线性变化过程，因此，参数n通常在中2-3取值，同时将瞬时阻尼系数c的变化规律拟合为关于渗透量p(p= max(0，x1-x))的函数，同时当渗透量 p> d时，c达到最大值Cmax ，如图2，其中 d为预先设置的值，依实际路面情况而定。
图1 球－平面接触碰撞模型
图2 阻尼系数与渗透量拟合曲线图
2.2 履带系统的简化
路面上铺设履带，对路面不平度低(空间)频(率)成分影响较小，对高频成分，特别是上限频率有较大影响。它一方面滤掉了路面不平度中比履带节空间频率更高的成分，使履带节的空间频率n T成为履带车辆路面不平度的上限频率nμ。另一方面两块履带板连接处的不平，又在路面不平度中添加了与履带节距相应的周期性激励。 因此，对模型做如下处理以模拟履带系统。
(1) 在每个负重轮下各做一个质量块，质量块的参数设置为硬路面的参数。然后在负重轮和质量块之间施加一个碰撞约束副，用来模拟车辆在行驶过程中履带与路面的相互作用。碰撞约束副的参数设置应考虑履带板与地面碰撞时的参数。
(2) 赋予每个质量块一个运动，运动的数据来源于自行火炮在特定档速和路面下负重轮处的地面运动规律。
(3) 由于在仿真前火炮处于静止在平坦路面上的状态，所以在仿真前 6秒内使质量块处于静止，其余数据以此类推，从仿真来看，6秒基本可以使火炮达到静平衡位置。
(4) 在路面不平度数据上作滤波处理，使路面谱除去高于履带节空间频率的部分，由于该模型需要考察车辆的纵向振动特性，履带的作用只是限制了路面的上限(空间)频率，对不平度影响可以不考虑，所以忽略两块履带板连接处不平的影响。
2.3 虚拟样机模型的建立
利用 ADAMS/View提供的建模主工具箱建立某型自行火炮虚拟样机模型，如图3
表1 路面按路面不平度系数Gd(n0)的分级中的E级
(2) 路面模型的创建。在国际标准 ISO/TC108/SC2N67中路面不平度用功率谱密度来表示和度量，表1为E级路面分级标准。在本试验中根据路面功率谱，用逆傅立叶变换的方法生成路面不平度，结合履带车辆行驶速度可将此结果转换为路面不平度－时间函数，并将该路面不平度数据进行拟合，将其添加到质量块运动数据中，考虑到相邻负重轮之间由于轮距产生的时间差，所以每个负重轮的运动数据在时间上有一定的延迟。
3 仿真算例与分析
现以火炮在E级路面3档速度(27km/h)下行驶为例分析。将路面数据处理加入模型进行仿真，考察车体的振动曲线，图4-9为两种模型车体质心的位置、速度、加速度的仿真输出曲线图。其中ATV模型为已经验证过其合理性的模型。
(1) 从图中可以看出，在前6秒时间内车体呈衰减振动规律，这符合实际车辆由出厂装配位置到静平衡位置的运动过程。
(2) 将火炮在 E级路面下的位移、速度、加速度曲线和 ATV响应曲线做比较。简化模型通过前 6秒动力学仿真和 ATV通过静平衡分析仿真得到的静平衡位置是一致的。
(3) 通过计算他们对应曲线的相关系数和均值，来考察他们的一致性。车体质心位置、速度、加速度的均值最大相差不到0.5%，相关系数分别为0.9522，0.9293，0.9599，为强相关。可以看出简化模型对于研究车体振动特性有比较高的精度。
4 结束语
通过验证可以看出，该简化模型对于只考察研究车辆平顺性是合理有效的。由于自由度比较少，所以在保证精度的前提下可以大大缩短仿真时间，对于100m路面，ATV仿真时间需要长达12个小时甚至更多，但是简化模型只需半小时左右，这使脱离 ATV仿真模块进行履带车辆的平顺性仿真研究成为可能。另外，简化模型可用于车辆的行驶仿真研究，进行快速的强化行驶仿真实验，为强化路面的设计与建造提供理论指导。
图4 简化模型车体质心位移仿真输出曲线
图5 ATV模型车体质心位移仿真输出曲线
图6 简化模型车体质心速度仿真输出曲线
图7 ATV模型车体质心速度仿真输出曲线
图8 简化模型车体质心加速度仿真输出曲线
图9 ATV车体质心加速度仿真输出曲线
http://www.81tech.com/jungong-jishu/201209/28/jishu42112.html
谢谢啊……以后或许用得着……