recurdyn多体动力学仿真

实验报告

实验名称: 基于RecurDyn 的铰接式履带坦克转弯性能分析学院机械工程学院

专业班级机自101

姓名

学号

2012年 4月11日

摘要：基于多体动力学仿真软件RecurDyn，建立了某型履带车辆行动部分虚拟样机模型．对履带车辆在硬质水泥路面上，由静止加速到目标车速并匀速行驶的过程进行了仿真分析．提取车辆匀速行驶阶段侧减速器被动轴上测点的转矩响应时间历程并与相同路面、速度工况下的车辆实车试验相应测点的动态转矩测试数据进行比对验证了模型的准确性。为下一步实现车辆动力-传动-行动装置联合仿真提供基础。

关键词: 履带车辆; RecurDyn;

前言：履带车辆在现代战争中发挥着举足轻重的作用，但因其机械系统复杂,使用环境多变如果基于传统的经验结合实验的方法对其性能进行研。通常周期比较长，耗费大。随着虚拟样机技术的发展及多体动力学分析软件的出现，对履带车辆动力学性能的研究，可以通过建立准确的虚拟样机模型进行多种工况下的虚拟测试来实现对降低试验成本，缩短研制周期具有重要意义．

1、履带车辆行动部分虚拟样机建模

虚拟样机分析软件RecurDyn，以多体系统动力学理论为基础，采用相对坐标系运动方程理论与完全递归算法减少了绝对坐标体系中约束方程的数量，适于求解大规模复杂的多体系统动力学问题．其高速履带系统工具包Track /LM，包括了主动轮、诱导轮、负重轮、托带轮、高速履带等各履带行驶系统组件，可以方便快速地实现对车辆行动部分的精确建模。同时利用其提供的Ground模块可建立各种道路模型。

1. 1 行动部分零部件几何建模及组装

履带车辆行动部分虚拟样机模型由车体、主动轮、诱导轮、负重轮、托带轮、履带等零部件组成．基于RecurDyn 提供的CAD 实体建模界面，可方便地建立车体几何模型; 履带车辆含有两条履带子系统，每条履带系统包括1 个主动轮、1 个诱导轮、7 个负重轮、3个拖带轮和35 块履带板，履带板采用双销式链接; 车辆主动轮采用

前置方式，主动轮齿数为21。通过调用Track-LM 模块，根据车辆的实际情况选择各个子模型的具体结构，确定行动部分各零部件的几何参数、性能参数、安装位置以及连结方式等，完成车辆行动部分零部件实体模型的组装，见图【1】。

图【1】

1. 2 施加约束

设置车辆各零部件之间的约束: 结构约束( 接触约束) 、力约束、运动约束及刚体碰撞约束等．使行动部分各零部件与车体连接可靠、正确．施加的主要约束包括: ①主动轮、诱导轮、托带轮、平衡轴同车体之间以及负重轮与平衡轴之间的旋转约束;

②平衡轴和车体之间施加约束③在车体和主动轮的结构约束上定义一个运动约束，以驱动车辆行驶; ④车辆与地面之间的碰撞约束，该约束由软件自动完成。

1. 3 道路模型

虚拟测试采用的是二维平坦型道路，设定接触路面为非沉陷刚性路面，直接在RecurDyn 的Track road data 模块下建立，本实验采用outline road命令创建一个平坦的道路用来近似模拟履带车辆实车道路实验的水泥混凝土道路，根据需要也可设为软路面或崎岖路面，用spline road即可。

2 仿真与分析。

2. 1 静平衡阶段

静平衡阶段表示仿真开始后履带车辆在重力作用下，缓慢进入静平衡状态的过程．静平衡位置分析可用于验证模型的有效性，检验模型的约束条件、初始条件等．静平衡阶段将整个虚拟样机模型的运动约束设置为零，让整车模型在自身重力作用下自然落到水平地面上．图2 为整车车体质心垂向静止位置变化曲线，可见车体质心垂向静止位置在前期发生上下振动，约在1.5s后不再变

化．

图2 车体质心垂向位置

2. 2 转弯阶段

将运动约束需施加在主动轮旋转副上，采用STEP 函数定义运动约束。车辆的转弯是由于两个轮子存在位移差。故其中一个轮函数式为: STEP( TIME，2，0，15，40) ．其意义为: 在前2 s 内，主动轮转速为0，车辆在重力作用下落到水平路面上并达到静平衡; 在3 － 15 s 内，车辆开始加速，主动轮转速由0 加速至40 rad /s，然后开始匀速行驶．另一个轮函数式为: STEP( TIME，2，0，15，20). 其意义为: 在

前2 s 内，主动轮转速为0，车辆在重力作用下落到水平路面上并达到静平衡; 在3 －15 s 内，车辆开始加速，主动轮转速由0 加速至40 rad /s，然后开始匀速行驶.

图3 为两轮在x轴方向的唯一函数图象

图3

由上图可以看出加速阶段两轮的位移差逐渐加大，大匀速阶段后不再变化。

3 结论

（1）将虚拟样机技术运用于高速履带车辆动力学特性的研究，通过建立履带车辆行动部分多体动力学虚拟样机模型，进行虚拟仿真实验，可以极大地节约时间和成本．（2）将履带车辆仿真模型的计算结果，与同工况下行驶实验的测试结果结合起来，验证了仿真模型的正确性，也说明应用多体动力学仿真分析软件RecurDyn 可以对履带车辆动力学性能作高效、精确的仿真分析．

参考文献:文章编号: 1009－4687(2011)04－0026－03收稿日期: 2011－04－06基金项目:柴油机高增压技术国家重点实验室基金项目( 9140C3306090903)

作者简介: 骆清国( 1965 － ) ，男，教授; 司东亚( 1987 － ) ，男，硕士研究生．基于RecurDyn 的履带车辆动力学仿真骆清国1，司东亚，龚正波，赵新军( ．装甲兵工程学院机械工程系，北京100072; 2．北方发动机研究所，大同037036)