礦用鉸接式自卸車車架動態(tài)仿真與研究畢業(yè)論文

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大 學(xué) 畢業(yè)設(shè)計開題報告學(xué) 生 姓 名： 學(xué) 號：學(xué) 院 、 系 ： 專 業(yè) ： 機械設(shè)計制造及其自動化論 文 題 目 ： 礦用鉸接式自卸車車架動態(tài)仿真與研究指 導(dǎo) 教 師 : 畢 業(yè) 設(shè) 計 開 題 報 告1．結(jié)合畢業(yè)論文情況，根據(jù)所查閱的文獻資料，撰寫 2000 字左右的文獻綜述：文 獻 綜 述1．任務(wù)剖析本課題礦用鉸接式自卸車車架動態(tài)仿真與研究是針對礦用自卸車運動的模擬仿真，對其進行動態(tài)模擬仿真通過運動仿真完成對其的優(yōu)化模型設(shè)計。首先要在soliworks軟件中完成車架的模型，再將模型導(dǎo)入ADAMS軟件中進行動態(tài)模擬，并完善其動態(tài)特性,完成其尺寸優(yōu)化，對模型進行修改，并完成測試。2.車輛動力學(xué)仿真研究車輛是一個包含慣性、彈性、阻尼等動力學(xué)特征的復(fù)雜非線性系統(tǒng)，其特點是運動零件多、受力復(fù)雜。由于組成車輛各機械系統(tǒng)(如轉(zhuǎn)向、懸架、傳動機構(gòu))之間的相互耦合作用，使車輛的動態(tài)特征非常復(fù)雜。在研究車輛諸多的行駛性能時，車輛動力學(xué)研究對象的建模、分析與求解。始終是一個關(guān)鍵性問題。車輛本身是一個復(fù)雜的多體系統(tǒng)，外界載荷的作用更加復(fù)雜，加上人—車—環(huán)境的相互作用，給車輛動力學(xué)研究帶來了很大困難。由于理論方法和計算手段的限制，該學(xué)科曾一度發(fā)展較為緩慢。主要障礙之一在于無法有效的處理復(fù)雜受力下多自由度分析模型的建立和求解問題 [2]。許多情況下，不得不把模型簡化，以便使用古典力學(xué)的方法人工求解，從而導(dǎo)致車輛的許多重要的特性無法得到較精確的定量分析。計算機技術(shù)的迅猛發(fā)展，使我們在處理上述復(fù)雜問題方面產(chǎn)生了質(zhì)的飛躍。有限元分析技術(shù)、模態(tài)分析技術(shù)以及隨后出現(xiàn)的多體系統(tǒng)動力學(xué)正是在這種情況下發(fā)展起來的。這些理論方法出現(xiàn)以后很快在車輛技術(shù)領(lǐng)域中得到了應(yīng)用 [3]。國外車輛動力學(xué)中的研究經(jīng)歷了由試驗研究到理論研究，由開環(huán)研究到閉環(huán)研究的發(fā)展過程。力學(xué)模型逐漸由線性模型發(fā)展到非線性多體系統(tǒng)模型;模型的自由度由二個自由度發(fā)展到數(shù)十個自由度，文獻[4]概述了這一發(fā)展過程。模擬計算也由穩(wěn)態(tài)響應(yīng)特性的模擬發(fā)展到瞬態(tài)響應(yīng)特性和轉(zhuǎn)彎制動特性的模擬研究。文獻[5]介紹了多體動力學(xué)程序在車輛中的模擬應(yīng)用情況，但幾乎都是采用多剛體系統(tǒng)模型，文獻[6]考慮了彈性車架的車輛模型，但也僅僅建立了只含兩個物體的車輛模型。到了 80 年代初，不僅有許多通用的軟件可以對車輛系統(tǒng)進行分析計算，而且還有各種針對車輛某一類問題的專用多體軟件。研究的范圍從局部結(jié)構(gòu)到整車系統(tǒng)，涉及車輛系統(tǒng)動力學(xué)的方方面面。80 年代中期是多體系統(tǒng)動力學(xué)在車輛工程上應(yīng)用發(fā)展最快的時期。國外各主要車輛廠家和研究機構(gòu)在其 CAD 系統(tǒng)中安裝了多體系統(tǒng)動力學(xué)分析軟件，并與有限元、模態(tài)分析、優(yōu)化設(shè)計等軟件一起構(gòu)成一個有機的整體，在車輛設(shè)計開發(fā)中發(fā)揮了重要作用。商品化的多體軟件的銷售量呈上升趨勢。目前市場上占有率最高的是美國 MDI 公司開發(fā)的 ADAMS，其中車輛行業(yè)的使用率為 43%，該軟件在為客戶提供通用平臺同時，還專門提供了用于車輛分析的專門模塊(ADAMS_Car)，使用起來非常方便。國內(nèi)在車輛動力學(xué)的研究中，采用多剛體系統(tǒng)動力學(xué)進行分析和計算的工作起步較晚。七十年代初，長春車輛研究所和清華大學(xué)同時發(fā)展了車輛動力學(xué)的研究 [7][8]。研究工作集中在平順性、操縱穩(wěn)定性性能指標(biāo)的評價方法、試驗方法及操縱穩(wěn)定性力學(xué)模型的建立、模型的計算方法、性能預(yù)測方法和優(yōu)化設(shè)計方法等。力學(xué)模型從七十年代研究車輛側(cè)偏和橫擺運動的二自由度線性模型，發(fā)展到包括側(cè)傾和轉(zhuǎn)向系在內(nèi)的三至五自由度乃至十三個自由度的非線性模型，其功能也從對車輛穩(wěn)定性的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)和瞬態(tài)響應(yīng)的分析 [8]，發(fā)展到車輛轉(zhuǎn)彎制動性能的分析 [2]。此外，文獻[16]首次分析了車輛懸置以上結(jié)構(gòu)彈性體的一階扭轉(zhuǎn)振動對擺振性能的影響。1986 年，吉林工業(yè)大學(xué)的溫吾凡等人利用多剛體系統(tǒng)動力學(xué)方法，對二維剛體系統(tǒng)進行運動學(xué)分析，并編制了一個人機對話型的分析程序。1989 年，吉林工業(yè)大學(xué)的林逸利用 R-W 方法，建立了對車輛獨立懸架中的單橫臂及擺柱式懸架進行空間運動分析的通用計算程序 [9]。1991 年，第二車輛制造廠的上宮文斌等人，采用自然坐標(biāo)的概念，利用虛功原理建立車輛轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和懸架運動學(xué)分析方法。北京農(nóng)業(yè)工程大學(xué)的周一鳴教授等研制了廣義機構(gòu)計算機輔助設(shè)計軟件 GMCADS，用于分析平面和空間機構(gòu)的運動學(xué)及動力學(xué)性能。1992 年，清華大學(xué)的張海岑采用多剛體力學(xué)中的牛頓—歐拉方法，建立了車輛列車七十四個自由度的非線性數(shù)學(xué)模型，其中包括多種輪胎模型、懸架系統(tǒng)模型、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)模型及帶有比例閥、防抱死裝置及考慮制動熱衰退的制動系統(tǒng)模型，深入研究了車輛列車操縱穩(wěn)定性和制動性。1994 年，清華大學(xué)的劉紅軍在管迪華教授指導(dǎo)下用虛擬剛體結(jié)構(gòu)法和彈性子結(jié)構(gòu)法把彈性問題納入整車多體系統(tǒng)動力學(xué)的分析中，對車輛擺振系統(tǒng)進行了建模和計算。吉林工業(yè)大學(xué)的陳欣在博士論文中，著重研究了車輛懸架中的柔性體對懸架性能的影響。1997 年，清華大學(xué)的張今越采用多體系統(tǒng)動力學(xué)的理論方法，應(yīng)用機械系統(tǒng)分析軟件 ADAMS，進行了車輛前后懸架系統(tǒng)和整車動力學(xué)性能仿真及優(yōu)化研究，分析了車輛中柔性元素(橡膠減振元件)對動力學(xué)性能的影響 [3]。近年來，隨著計算機技術(shù)、圖形學(xué)技術(shù)及計算方法的不斷提高，在機械系統(tǒng)仿真(MSS)領(lǐng)域，國外研制了很多基于多體系統(tǒng)動力學(xué)理論開發(fā)的仿真分析軟件，如IMP、ADAMS、DAMN 等。所謂 MSS 技術(shù)，即把分散的零部件設(shè)計與分析技術(shù)結(jié)合在一起，以提供一個全面了解產(chǎn)品性能的方法，并通過仿真分析中的反饋信息指導(dǎo)設(shè)計 [1]。其中由美國機械動力公司(MeehniealDynamiCS·Inc)開發(fā)的 ADAMS(Automatie Dynamie Analysis of Meehanieal System)最有代表性，它采用模擬樣機技術(shù)，將強大的大位移、非線性分析求解功能與使用方便的用戶界面相結(jié)合，并提供與其他 CAE 軟件如控制分析軟件 Matrixs、有限元分析軟件 ANSYS 等的集成模塊擴展設(shè)計手段。ADAMS 是當(dāng)前求解機械系統(tǒng)空間位移運動力學(xué)的主要軟件，在汽車、航空等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用 [15]。最近兩年，國內(nèi)主要的汽車廠家：匯眾、北汽福田、天津汽車技術(shù)中心等單位已經(jīng)在其開發(fā)新產(chǎn)品、改型等工作中使用 ADAMS。2000 年，北汽福田的許先鋒等工程師利用ADAMS 對某輕卡貨車進行了汽車操縱穩(wěn)定性仿真分析 [18]，上海匯眾的周俊龍等利用ADAMScar 對某轎車的懸架進行了仿真分析 [17]。參考文獻[1].張越今.1997(5)多體動力學(xué)仿真軟件 ADAMS 理論及應(yīng)用研討.機械科學(xué)與技術(shù):753—758[2].M.米奇克著.汽車動力學(xué).北京:機械工業(yè)出版社，1980[3].張越今.多體動力學(xué)在轎車動力學(xué)仿真及優(yōu)化研究中的應(yīng)用.博士學(xué)位論文(清華大學(xué)).1997[4].J.Ebernard，JE.Shannan.Simulation of Heavy Vehiele System Dynamies.SAE paper 90227[5].W.Kortum，W.Sehiehlen.General PurPose Vehiele System Dynamies Software Based on Multibody Formalisms.Vehiele System Dynamies.1985(14):35—38[6].D.Gunter.Modeling and Simulation of a 6x6 Military troop/cargoTransport Vehiele.SAE paper 980224[7].郭孔輝.長春汽車研究所近年來對汽車操縱穩(wěn)定性的研究.汽車工程.1986(3):3—5[8].倫竟光等.汽車轉(zhuǎn)向特征模擬計算的初步研究.汽車工程.1982(2):21—25[9].林逸.多剛體系統(tǒng)動力學(xué)及其在汽車動力學(xué)分析中的應(yīng)用.汽車工程.1990(1): 35-37[10].李增剛，ADAMS 入門詳解與實例，北京，國防工業(yè)出版社，2010[11].Hyeong Keun Kim，Yon 一 sik Park.Dynamies Analysis of a Flexible Vehiele Strueture with Noline rForee Elements Using Substrueture Teehnique. 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STRUCT&MACH. 1993(21)[13]. 陳立平，張云清，任衛(wèi)群等．機械系統(tǒng)動力學(xué)分析及 ADAMS 應(yīng)用教程．北京：清華大學(xué)出版社，2005[14]. 鄭建榮．ADAMS——虛擬樣機技術(shù)入門與提高．北京：機械工業(yè)出版社，2001[15].秦民.應(yīng)用 ADAMS 軟件研究整車平順性中幾個問題的探討.美國 MDI 公司 2001 年中國用戶論文集.2001:153—158[16]. 慶生，李少波，楚甲良．虛擬樣機中有限元法．系統(tǒng)仿真學(xué)報，2003,15(4)：508-515[17].周俊龍.應(yīng)用 ADAMS_CAR 對轎車前懸架系統(tǒng)進行建模仿真美國 MDI 公司 2001 年中國用戶論文集.2001:93—195[18].許先鋒.方向盤角階躍輸入的汽車操縱穩(wěn)定性仿真分析.美國 MDI 公司 2001 年中國用戶論文集.2001:123—130畢 業(yè) 設(shè) 計 開 題 報 告２．本課題要研究或解決的問題和擬采用的研究手段（途徑）：1 課題解決的問題隨著世界經(jīng)濟和科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，全球性的市場競爭日益激烈。產(chǎn)品消費結(jié)構(gòu)不斷向多元化、個性化方向發(fā)展。面對無法預(yù)測、持續(xù)發(fā)展的市場需求，為了提高產(chǎn)品競爭力，就要求各類制造企業(yè)以最短的產(chǎn)品開發(fā)時間(Time)、最優(yōu)的產(chǎn)品質(zhì)量(Quality)、最低的生產(chǎn)成本(Cost)和最佳的服務(wù)(Service)來贏得用戶和市場。傳統(tǒng)的產(chǎn)品設(shè)計首先是概念設(shè)計和方案論證，然后進行產(chǎn)品設(shè)計。在設(shè)計完成后，為了驗證設(shè)計，通常要制造樣機進行試驗，有時這些試驗甚至是破壞性的，當(dāng)通過試驗發(fā)現(xiàn)缺陷時，又要回頭修改設(shè)計并再用樣機驗證。只有通過周而復(fù)始的設(shè)計一試驗一設(shè)計過程，產(chǎn)品才能達到要求的性能。這一過程是冗長的，尤其對于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的系統(tǒng)，設(shè)計周期無法縮短，更不用談對市場的靈活反應(yīng)了。樣機的單機手工制造增加了成本，嚴重地制約了產(chǎn)品質(zhì)量提高、成本降低和對市場的占有。無法從根本上解決和從總體上把握產(chǎn)品設(shè)計的時間、質(zhì)量、成本等問題。要對快速多變的市場需求做出敏捷響應(yīng)，就必須尋求先進的設(shè)計方法和手段，通過在計算機上進行運動模擬仿真，再進行有限元分析就可以大大降低成本，縮短設(shè)計周期。2 研究手段（1）完成車架 SolidWorks 的模型，并導(dǎo)入 ADAMS 軟件中進行動態(tài)模擬。（2）由于礦用自卸車特殊的工作環(huán)境，在不同的路譜條件下進行仿真研究，比如碎石綜合路，魚鱗路，砂石路，卵石路，搓板路等等，同時改變其外載荷和扭矩等，得出實驗數(shù)據(jù)。（3）完成自卸車車架的動態(tài)仿真，根據(jù)實驗數(shù)據(jù)，分析其動態(tài)特性，對其尺寸進行優(yōu)化。（4）完成優(yōu)化，并進行測試，得出最終結(jié)果。畢 業(yè) 設(shè) 計 開 題 報 告指導(dǎo)教師意見：指導(dǎo)教師： 年 月 日所在系審查意見：系主任： 年 月 日