Разработка численной методики расчета и проектирования металлоэластичных колес

• Автор: Тычина, Константин Александрович
• Шифр специальности: 01.02.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 120 с. : ил

Содержание
1. Введение
2. Обзор литературы
2.1. Основные конструкции металлических и металлоэластичных колёс, применяемых в современной технике
2.2. Обзор методов расчёта и проектирования металлических
и металлоэластичных колёс
2.2.1. Методы расчёта жёстких металлических колёс
2.2.2. Методы расчёта металлоэластичпых колёс
3. Исходные соотношения для расчёта упругих геометрически нелинейных стержневых конструкций
3.1. Соотношения, используемые в пространственной задаче
3.2. Соотношения при плоском изгибе
3.3. Особенности уравнений, описывающих многосвязные статически неопределимые системы
3.4. Модели для описания контактного взаимодействия
4. Методика расчёта упругих многосвязных геометрически нелинейных статически неопределимых стержневых конструкций с позиций многопарамстрического анализа
4.1. Исследование процессов нелинейного деформирования методами продолжения решения по параметру
4.2. Алгоритм численного анализа
4.3. Программная реализация алгоритма численного анализа. Описание прикладной программы
5. Проверка эффективности разработанного программного обеспечения
и достоверности получаемых с его помощью данных
5.1. Сопоставление результатов расчёта с решениями, полученными
другими авторами

5.2. Сопоставление с результатами расчётов современных
программных конечноэлементных комплексов
5.3. Экспериментальное исследование жесткостных характеристик металлоупругих колёс, сопоставление полученных данных с результатами численного анализа
6. Расчёт гибких мсталлоупругих колёс существующих и
перспективных конструкций
6.1. Радиальная жесткостная характеристика
6.1.1. Форма радиальной жесткостной характеристики и её зависимость от типа контакта
6.1.2. Влияние различных конструктивных параметров на радиальную жёсткость колеса
6.2. Взаимодействие колеса с грунтом
6.2.1. Жёсткая опорная поверхность
6.2.2. Винклсровское основание
6.2.3. Качение по жёсткой опорной поверхности
6.2.4. Выводы
6.3. Исследование сдвиговой жёсткости металлоупругого колеса
6.4. Расчёт перспективных конструкций металлоупругих колёс
7. Основные выводы
8. Список литературы

1. Введение
В последние годы своеобразное второе рождение переживают механизмы и технические устройства, созданные на базе упруго-деформируемых тонкостенных конструкций, к числу которых относятся гибкие металлоупругие колёса. История этих колёс берёт своё начало в двадцатых годах нашего столетия, когда интенсивно развивалось автомобилестроение, а искусственный каучук ещё не был получен. Нехватка и дороговизна природного каучука направили конструкторов по пути поиска замены дорогостоящего материала, породив множество изобретений металлических и металлоэластичных (металлоупругих) колёс. Последовавшее далее изобретение искусственного каучука замедлило этот процесс - выигрывая у пневматического по целому ряду жесткостных параметров, металлоупругое колесо того времени не могло сравниться с пневматиком в себестоимости изготовления и простоте обслуживания.
Необходимость создания мобильных аппаратов, автономно исследующих поверхности планет вызвала в конце шестидесятых годов новый всплеск интереса к металлоупругим колёсам. Все планетоходы, исследовавшие Луну и Марс, были оснащены ими. Причина отказа от пневматического колеса -неспособность каучука работать в условиях вакуума, повышенной радиации и значительного перепада температур, а также уязвимость и высокая масса такого движителя.
Возможности современных металлоупругих колёс достаточно широки. К их эксплуатационным достоинствам следует отнести дешевизну изготовления, толерантность к широкому спектру неблагоприятных внешних воздействий, малый вес конструкции, отсутствие риска прокола баллона, надёжность, долговечность и так далее. Кроме того, способность в широких пределах варьировать радиальную жёсткость позволяет улучшить проходимость транспортного средства и снижает воздействие на грунт, что даёт основание говорить о безусловной пользе, которую металлоупругие колёса могли бы

Рис. 3.4. Определение осевой С„, радиальной Ср и тангенциальной С, жесткостей металлоупругого колеса путём кинематического смещения ступицы.<3 - сила сопротивления, действующая на ступицу со стороны спиц.
Полученные результаты позволяют сделать вывод о целесообразности использования наряду с пространственной расчётной моделью плоской расчётной модели при рассмотрении режимов движения транспортного средства не сопряжённых с бортовым поворотом.
3.2. Соотношения при плоском изгибе.
На данном этапе для разработки численной методики и прикладного программного обеспечения металлоупругое колесо рассматривается, как плоская гибкая упругая стержневая конструкция, имеющая три степени свободы. В качестве основного элемента расчётной модели такой конструкции рассмотрим плоский стержень (рис. З.5.). Особенности плоского (плоскость ОХ]Хг) изгиба: х3 = 0 ; 5, =5,^0 ; = 0 ;М1=М2в 0 .
Матрицы [/(5°)] и п(/! ) (см. формулы 3.2, 3.3)в условиях плоского изгиба приобретают вид: