礦用鉸接式自卸車車架動(dòng)態(tài)仿真與研究畢業(yè)論文

大 學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)開題報(bào)告學(xué) 生 姓 名： 學(xué) 號(hào)：學(xué) 院 、 系 ： 專 業(yè) ： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化論 文 題 目 ： 礦用鉸接式自卸車車架動(dòng)態(tài)仿真與研究指 導(dǎo) 教 師 : 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 開 題 報(bào) 告1結(jié)合畢業(yè)論文情況，根據(jù)所查閱的文獻(xiàn)資料，撰寫 2000 字左右的文獻(xiàn)綜述：文 獻(xiàn) 綜 述1任務(wù)剖析本課題礦用鉸接式自卸車車架動(dòng)態(tài)仿真與研究是針對(duì)礦用自卸車運(yùn)動(dòng)的模擬仿真，對(duì)其進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬仿真通過運(yùn)動(dòng)仿真完成對(duì)其的優(yōu)化模型設(shè)計(jì)。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(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬，并完善其動(dòng)態(tài)特性,完成其尺寸優(yōu)化，對(duì)模型進(jìn)行修改，并完成測(cè)試。2.車輛動(dòng)力學(xué)仿真研究車輛是一個(gè)包含慣性、彈性、阻尼等動(dòng)力學(xué)特征的復(fù)雜非線性系統(tǒng)，其特點(diǎn)是運(yùn)動(dòng)零件多、受力復(fù)雜。由于組成車輛各機(jī)械系統(tǒng)(如轉(zhuǎn)向、懸架、傳動(dòng)機(jī)構(gòu))之間的相互耦合作用，使車輛的動(dòng)態(tài)特征非常復(fù)雜。在研究車輛諸多的行駛性能時(shí)，車輛動(dòng)力學(xué)研究對(duì)象的建模、分析與求解。始終是一個(gè)關(guān)鍵性問題。車輛本身是一個(gè)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(dòng)力學(xué)研究帶來了很大困難。由于理論方法和計(jì)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(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，使我們?cè)谔幚砩鲜鰪?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(dòng)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(dòng)力學(xué)中的研究經(jīng)歷了由試驗(yàn)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(gè)自由度發(fā)展到數(shù)十個(gè)自由度，文獻(xiàn)4概述了這一發(fā)展過程。模擬計(jì)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(dòng)特性的模擬研究。文獻(xiàn)5介紹了多體動(dòng)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(xiàn)6考慮了彈性車架的車輛模型，但也僅僅建立了只含兩個(gè)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(duì)車輛系統(tǒng)進(jìn)行分析計(jì)算，而且還有各種針對(duì)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(dòng)力學(xué)的方方面面。80 年代中期是多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)在車輛工程上應(yīng)用發(fā)展最快的時(shí)期。國外各主要車輛廠家和研究機(jī)構(gòu)在其 CAD 系統(tǒng)中安裝了多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)分析軟件，并與有限元、模態(tài)分析、優(yōu)化設(shè)計(jì)等軟件一起構(gòu)成一個(gè)有機(jī)的整體，在車輛設(shè)計(jì)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(shì)。目前市場(chǎng)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(tái)同時(shí)，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(dòng)力學(xué)的研究中，采用多剛體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)進(jìn)行分析和計(jì)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(shí)發(fā)展了車輛動(dòng)力學(xué)的研究 78。研究工作集中在平順性、操縱穩(wěn)定性性能指標(biāo)的評(píng)價(jià)方法、試驗(yàn)方法及操縱穩(wěn)定性力學(xué)模型的建立、模型的計(jì)算方法、性能預(yù)測(cè)方法和優(yōu)化設(shè)計(jì)方法等。力學(xué)模型從七十年代研究車輛側(cè)偏和橫擺運(yùn)動(dòng)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(gè)自由度的非線性模型，其功能也從對(duì)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(dòng)性能的分析 2。此外，文獻(xiàn)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(dòng)對(duì)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(dòng)力學(xué)方法，對(duì)二維剛體系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)分析，并編制了一個(gè)人機(jī)對(duì)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(duì)車輛獨(dú)立懸架中的單橫臂及擺柱式懸架進(jìn)行空間運(yùn)動(dòng)分析的通用計(jì)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(yùn)動(dòng)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(jī)構(gòu)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件 GMCADS，用于分析平面和空間機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)及動(dòng)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(gè)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(dòng)熱衰退的制動(dòng)系統(tǒng)模型，深入研究了車輛列車操縱穩(wěn)定性和制動(dòng)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(dòng)力學(xué)的分析中，對(duì)車輛擺振系統(tǒng)進(jìn)行了建模和計(jì)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(duì)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(dòng)力學(xué)的理論方法，應(yīng)用機(jī)械系統(tǒng)分析軟件 ADAMS，進(jìn)行了車輛前后懸架系統(tǒng)和整車動(dòng)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(duì)動(dòng)力學(xué)性能的影響 3。近年來，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、圖形學(xué)技術(shù)及計(jì)算方法的不斷提高，在機(jī)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(dòng)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(jì)與分析技術(shù)結(jié)合在一起，以提供一個(gè)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(jì) 1。其中由美國機(jī)械動(dòng)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(jī)技術(shù)，將強(qiáng)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(kuò)展設(shè)計(jì)手段。ADAMS 是當(dāng)前求解機(jī)械系統(tǒng)空間位移運(yùn)動(dòng)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(duì)某輕卡貨車進(jìn)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(duì)某轎車的懸架進(jìn)行了仿真分析 17。參考文獻(xiàn)1.張?jiān)浇?1997(5)多體動(dòng)力學(xué)仿真軟件 ADAMS 理論及應(yīng)用研討.機(jī)械科學(xué)與技術(shù):7537582.M.米奇克著.汽車動(dòng)力學(xué).北京:機(jī)械工業(yè)出版社，19803.張?jiān)浇?多體動(dòng)力學(xué)在轎車動(dòng)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)).19974.J.Ebernard，JE.Shannan.Simulation of Heavy Vehiele System Dynamies.SAE paper 902275.W.Kortum，W.Sehiehlen.General PurPose Vehiele System Dynamies Software Based on Multibody Formalisms.Vehiele System Dynamies.1985(14):35386.D.Gunter.Modeling and Simulation of a 6x6 Military troop/cargoTransport Vehiele.SAE paper 9802247.郭孔輝.長春汽車研究所近年來對(duì)汽車操縱穩(wěn)定性的研究.汽車工程.1986(3):358.倫竟光等.汽車轉(zhuǎn)向特征模擬計(jì)算的初步研究.汽車工程.1982(2):21259.林逸.多剛體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)及其在汽車動(dòng)力學(xué)分析中的應(yīng)用.汽車工程.1990(1): 35-3710.李增剛，ADAMS 入門詳解與實(shí)例，北京，國防工業(yè)出版社，201011.Hyeong Keun Kim，Yon 一 sik Park.Dynamies Analysis of a Flexible Vehiele Strueture with Noline rForee Elements Using Substrueture Teehnique. MECH. STRUCT&MACH. 1993(21)12.Sang-Hoon Shin，Wan-suk Yoo. Effeet of Mode Seleetion，Sealingand and Orthogonalization on the Dynamies Analysisof Flexibe Multibody Systems. MECH. STRUCT&MACH. 1993(21)13. 陳立平，張?jiān)魄?，任衛(wèi)群等機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)分析及 ADAMS 應(yīng)用教程北京：清華大學(xué)出版社，200514. 鄭建榮ADAMS虛擬樣機(jī)技術(shù)入門與提高北京：機(jī)械工業(yè)出版社，200115.秦民.應(yīng)用 ADAMS 軟件研究整車平順性中幾個(gè)問題的探討.美國 MDI 公司 2001 年中國用戶論文集.2001:15315816. 慶生，李少波，楚甲良虛擬樣機(jī)中有限元法系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào)，2003,15(4)：508-51517.周俊龍.應(yīng)用 ADAMS_CAR 對(duì)轎車前懸架系統(tǒng)進(jìn)行建模仿真美國 MDI 公司 2001 年中國用戶論文集.2001:9319518.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.2001:123130畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 開 題 報(bào) 告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(jì)和科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，全球性的市場(chǎng)競爭日益激烈。產(chǎn)品消費(fèi)結(jié)構(gòu)不斷向多元化、個(gè)性化方向發(fā)展。面對(duì)無法預(yù)測(cè)、持續(xù)發(fā)展的市場(chǎng)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(shí)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(chǎng)。傳統(tǒng)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)首先是概念設(shè)計(jì)和方案論證，然后進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)完成后，為了驗(yàn)證設(shè)計(jì)，通常要制造樣機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)，有時(shí)這些試驗(yàn)甚至是破壞性的，當(dāng)通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)缺陷時(shí)，又要回頭修改設(shè)計(jì)并再用樣機(jī)驗(yàn)證。只有通過周而復(fù)始的設(shè)計(jì)一試驗(yàn)一設(shè)計(jì)過程，產(chǎn)品才能達(dá)到要求的性能。這一過程是冗長的，尤其對(duì)于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的系統(tǒng)，設(shè)計(jì)周期無法縮短，更不用談對(duì)市場(chǎng)的靈活反應(yīng)了。樣機(jī)的單機(jī)手工制造增加了成本，嚴(yán)重地制約了產(chǎn)品質(zhì)量提高、成本降低和對(duì)市場(chǎng)的占有。無法從根本上解決和從總體上把握產(chǎn)品設(shè)計(jì)的時(shí)間、質(zhì)量、成本等問題。要對(duì)快速多變的市場(chǎng)需求做出敏捷響應(yīng)，就必須尋求先進(jìn)的設(shè)計(jì)方法和手段，通過在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行運(yùn)動(dòng)模擬仿真，再進(jìn)行有限元分析就可以大大降低成本，縮短設(shè)計(jì)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(jìn)行動(dòng)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(jìn)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(shí)改變其外載荷和扭矩等，得出實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。（3）完成自卸車車架的動(dòng)態(tài)仿真，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，分析其動(dòng)態(tài)特性，對(duì)其尺寸進(jìn)行優(yōu)化。（4）完成優(yōu)化，并進(jìn)行測(cè)試，得出最終結(jié)果。畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 開 題 報(bào) 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