履带式装甲车悬挂优化及减振性能研究

摘要

履带装甲车中悬挂装置的主要作用是弹性地连接负重轮和车体，并利用悬挂装置中的弹性元件吸收和缓冲路面不平对车体造成的冲击，衰减车体振动，从而可保证对车辆操作稳定性和车辆行驶平顺性的需求。履带装甲车辆中常采用扭杆悬挂作为其悬挂装置，而扭杆悬挂的简化模型相当于弹簧振子，受载荷振动后很难达到平稳，不利于装甲车辆的操作稳定性和行驶平顺性。
　　本文首先以扭杆悬挂为研究对象进行分析研究，根据扭杆悬挂的工作原理将扭杆悬挂模型进行简化，并对其结构进行优化设计。采用MATLAB/Simulink系统仿真软件及ANSYS Workbench有限元软件对优化后的扭杆悬挂进行性能验证。本文的主要研究内容如下:
　　(1)简单阐述了履带装甲车辆常用的悬挂装置。首先简单论述了常用悬挂装置的工作原理和结构组成，同时也分析了扭杆悬挂装置和油气悬挂装置的优点和不足。为后续进行悬挂装置的优化做准备。
　　(2)结合扭杆悬挂和油气悬挂的各自优点设计带有阻尼减振器的扭杆悬挂装置和阻尼系数可调的半主动悬挂装置。根据三种悬挂装置中车体及悬挂装置的受力情况，对车体模型进行适当简化，并建立三种悬挂装置的单轮动力学模型和动力学微分方程及四种半车悬挂装置的动力学模型和动力学微分方程。
　　(3)利用滤波白噪声法生成路面不平度，模拟路面激励，为悬挂装置的动态仿真提供路面输入。依据建立的悬挂装置的微分方程，利用MATLAB/Simulink系统仿真软件创建三种悬挂装置单轮悬挂仿真模型及四种半车悬挂装置的仿真模型，对悬挂模型进行系统仿真，并对动态仿真结果进行研究处理。仿真结果表明，半主动悬挂装置的减振性能最好，其次为装有减振器的扭杆悬挂装置，扭杆悬挂装置的减震性能最差。
　　(4)利用ANSYS Workbench有限元分析软件分析不同悬挂装置对扭杆弹簧的疲劳寿命的影响。根据前面得到的悬挂装置Simulink仿真结果，分别提取三种悬挂装置中扭杆弹簧受到的最大扭矩作为疲劳寿命分析的载荷，并分析三种悬挂装置对扭杆弹簧疲劳寿命的影响。仿真结果表明，扭杆悬挂装置中扭杆弹簧的疲劳寿命最短，其次为装有阻尼减振器的扭杆悬挂装置，而半主动悬挂中的扭杆弹簧具有最长的疲劳寿命。

目录

声明

摘要

1．1 研究背景和意义

1．2 装甲车辆常用的悬挂装置

1．2．1 扭杆悬挂装置介绍

1．2．2 油气悬挂装置介绍

1．2．3 混合悬挂装置介绍

1．3 履带式装甲车辆悬挂技术研究现状及发展前景

1．3．1 履带式装甲车辆悬挂技术研究现状

1．3．2 履带车辆悬挂技术发展前景

1．4 本文的主要研究内容

2 扭杆弹簧及液压减振器的性能研究及参数计算

2．1 扭杆弹簧的性能研究及参数计算

2．1．1 扭杆弹簧简介

2．1．2 扭杆弹簧特性分析

2．1．3 扭杆弹簧的设计计算

2．2 液压减振器的性能研究及参数计算

2．2．1 减振器的类型选择

2．2．2 筒式液压减振器的工作原理

2．2．3 筒式液压减振器常通孔计算

2．2．4 筒式液压减振器阻尼力的计算

2．2．5 筒式液压减振器阻尼系数的计算

2．3 本童小结

3 随机路面激励模型及悬挂模型的建立

3．1 随机路面激励模型的建立

3．1．1 路面平整度的定义

3．1．2 路面平整度评价参数

3．1．3 建立随机路面激励数学模型

3．2 悬挂装置数学模型的建立

3．2．1 悬挂装置性能评价指标

3．2．2 车体动力学模型简化

3．2．3 悬挂装置动力学模型建立

3．2．4 可调阻尼半主动悬挂的设计及建模

3．2．5 建立半车的八自由度动力学模型

3．3 本章小结

4 履带车辆悬挂性能仿真

4．1 MATLAB／Simulink计算机仿真软件介绍

4．2 基于MATLAB／Simulink的单轮悬挂性能分析

4．2．1 建立随机路面激励模型

4．2．2 单轮扭杆悬挂装置模型性能仿真

4．2．3 单轮带减振器扭杆悬挂装置模型性能仿真

4．2．4 单轮半主动悬挂装置模型性能仿真

4．3 半车悬挂装置模型性能仿真

4．3．1 半车扭杆悬挂装置模型性能仿真

4．3．2 半车混合悬挂装置模型性能仿真

4．3．3 半车带减振器的扭杆悬挂装置模型性能仿真

4．3．4 半车半主动悬挂装置模型性能仿真

4．4 本章小结

5 悬挂装置对扭杆弹簧疲劳寿命的影响

5．1 疲劳寿命概述

5．1．1 疲劳寿命的定义

5．1．2 疲劳积累损伤理论

5．1．3 疲劳寿命估算方法

5．1．4 影响扭杆弹簧疲劳寿命的几种因素

5．2 有限元法估算疲劳寿命

5．2．1 有限元基本理论

5．2．2 有限元法求解疲劳寿命的基本思路

5．2．3 ANSYS有限元分析软件介绍

5．3 扭杆弹簧疲劳寿命仿真分析

5．3．1 建立扭杆弹簧模型

5．3．2 扭杆悬挂中扭杆弹簧疲劳寿命仿真分析

5．3．3 带有减振器的扭杆悬挂中扭杆弹簧疲劳寿命仿真分析

5．3．4 半主动悬挂中扭杆弹簧疲劳寿命仿真分析

5．4 本章小结

6 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及所取得的研究成果

致谢