基于离散元三维车轮仿真软件的研制

【摘要】本课题是以离散元法为基础，研究三维地面与三维车轮之间的相互作用。从车辆地面力学应用出发进行拓展，与此同时运用计算机数值模拟仿真的研究成果和理论，使用软件模拟仿真的方法，来真实模拟三维环境下车轮在地面模型上的受力运动过程，进而开发出三维车轮地面仿真软件，实现车轮在地面模型上不同工况时的运动。离散元法(DEM)，一般用来计算离散颗粒在给定条件下的运动情况。本文用的是基于土壤颗粒的离散元法，及时步迭代法来求解。它的编码思想十分简单：在计算求解时以牛顿第二定律为基础，进行接触判断后，根据离散单元之间的叠合量，作用力、加速度、速度和位移公式计算离散单元之间的接触作用力，最后求得每个离散单元合力矩和合力。计算求解过程中，一般以时步为单位进行迭代计算，直到系统中所有颗粒都计算完毕。本课题主要研究车轮（包括刚性车轮与弹性车轮）在地面模型（由离散的土壤颗粒组成，用来模拟地面的一种平坦路面）上滚动的模拟仿真过程。在确定地面模型和三维车轮的力学参数和物理参数后，本文建立了三维刚性车轮模型、三维弹性车轮模型和地面模型，并且实现了不同离散单元接触碰撞时所对应的接触力学模型。本文运用离散元思想，主要对车轮与地面模型之间的互相作用进行研究。本文的主要内容概括如下：1.现阶段国内已有二维的车轮地面仿真软件模型，本文主要是建立三维的车轮地面仿真软件模型。本文运用离散元思想为三维车辆地面力学系统建模，这个过程主要包括刚性车轮的建模、弹性车轮建模、地面模型的建模。2.三维车轮仿真软件中的计算过程是本文核心内容。它涉及到刚性车轮的匀速运动过程计算方法和弹性车轮的离散元计算方法（包括主动轮和被动轮的计算），这两部分主要包含边界和颗粒的接触叠合量、邻居搜索、接触力的计算、接触判断以及边界和颗粒的运动求解等。此外还详述了车轮在松软地面的匀速运动的离散元计算过程，车轮启动和制动的离散元计算过程以及主动轮和被动轮的离散元计算过程等内容。3.本文对三维车轮仿真软件的需求、总体设计、详细设计以及前端界面的设计都做出了详细阐述，并绘制了流程图等图表。此外，为了提高三维车轮仿真软件的性能，本文还对此软件的文件系统进行改进。4.编写代码并进行相应的实例测试。简单介绍了三维车轮仿真软件的开发环境及配置，并进行了仿真测试。其中仿真测试主要包括三维地面模型的实现与验证，刚性车轮与地面模型的仿真测试，弹性车轮与地面模型的仿真测试。
【作者】李海兵；
【导师】张晓旭；
【作者基本信息】吉林大学，计算机应用技术，2014，硕士
【关键词】离散元法；三维车轮；地面模型；车辆地面力学；刚性车轮；弹性车轮；接触模型；

【参考文献】
[1]丁明,徐宁舟,毕锐.用于平抑可再生能源功率波动的储能电站建模及评价[J].电力系统自动化,2011,02:66-72.
[2]彭艳萍.浅谈花炮质量管理的对策[J].花炮科技与市场.1999(03)
[3]周宏春,李新.中国的城市化及其环境可持续性研究[J].南京大学学报(哲学.人文科学.社会科学版),2010,04:66-75.
[4]于景元,宋预合,杨书章.国家宏观经济最优控制模型总体设计[J].系统工程.1985(04)
[5]蔺小军,杨艳,吴广,高源,陈悦,刘敏,刘明星.面向叶片型面的五轴联动柔性数控砂带抛光技术研究[J].航空学报.
[6]石磊.灌木柳对污水的净化作用及芜萍对营养元素需求分析[D].南京大学,动物学（专业学位）,2013,硕士.
[7]柴鸥.多柔比星脂质体联合卡铂治疗铂类敏感型复发性卵巢癌的临床分析[D].吉林大学,临床医学,2013,硕士.
[8]刘磊.超声引导下甲状腺结节细针穿刺细胞学检查的应用价值[D].吉林大学,临床医学,2014,硕士.
[9]方翊.随机利率下提前还贷的优劣分析[D].大连理工大学,应用数学,2004,硕士.
[10]杨世永.基于核心竞争力的山东省通信公司互联网发展战略研究[D].天津大学,工商管理,2004,硕士.
[11]江山.解放大街人防工程支护结构及稳定性研究[D].辽宁工程技术大学,桥梁与隧道工程,2012,硕士.
[12]李蕴.新型噻吗洛尔类似物的合成及活性研究[D].吉林农业大学,应用化学,2012,硕士.
[13]杨东.转移概率部分未知的Markovian跳跃系统的H_∞控制设计[D].曲阜师范大学,运筹学与控制论,2013,硕士.
[14]柳枫.基于统计的数据挖掘技术在CRM系统中的应用研究[D].大连理工大学,2003.
[15]杨默含.一类可重构模块机器人的构型设计及其故障检测研究[D].河北科技大学,检测技术与自动化装置,2013,硕士.
[16]徐亮.糊精一锅法水解加氢制取山梨醇催化剂的设计及制备[D].上海师范大学,工业催化,2013,硕士.
[17]魏静静.双人会话中对方性别对说话人会话方式影响的实证研究[D].中北大学,英语语言文学,2013,硕士.
[18]安丰琴.19世纪末——20世纪初的俄国大学生[D].吉林大学,世界史,2004,硕士.
[19]李强.《碧岩录》中的“得”字研究[D].湖北大学,汉语言文字学,2011,硕士.
[20]曾劲.NiZrXNbAl(X=Ti,Cu)合金的非晶晶化法制备及其力学行为[D].华南理工大学,材料加工工程,2014,硕士.
[21]徐婷婷.真实活动操控盈余管理研究[D].华东理工大学,会计（专业学位）,2014,硕士.
[22]祝东营.预紧容错式六维力传感器标定测试与应用研究[D].燕山大学,机械工程,2014,硕士.
[23]刘宏志.基于MSP430的高压智能无功补偿控制器的研制[D].西北工业大学,电力电子与电力传动,2004,硕士.
[24]侯雨,李艳杰,尹璐,杨梅.基于氧化石墨烯和碳点的适配体传感器检测溶菌酶[A].中国化学会.中国化学会第29届学术年会摘要集——第04分会：纳米生物传感新方法[C].中国化学会:,2014:1.
[25]陈仙子.晶体硅中硼氧及其相关复合体的第一性原理研究[D].浙江大学,材料科学与工程,2014,硕士.
[26]杜萱.大额电子资金划拨的法律问题研究[D].大连海事大学,国际法学,2004,硕士.
[27]刘水兰（SEVENTYYUNIAPERISCALIU）.对印尼邦加岛高中汉语教学状况的考察[D].厦门大学,汉语国际教育,2014,硕士.
[28]崔秀婷.社会抚养费征缴的自由裁量权问题分析[D].中国社会科学院研究生院,行政法（专业学位）,2014,硕士.
[29]刘蕾.曲轴上下料重载机械臂设计及三工位轨迹规划研究[D].哈尔滨工业大学,机械电子工程,2014,硕士.
[30]阮克雄（Nguyenkhachung）.中越高等教育改革的比较研究[D].华东师范大学,高等教育学,2014,博士.
[31]邓晓红.成人高等教育临床医学专业专升本课程设置研究[D].湖南农业大学,职业技术教育,2012,硕士.
[32]李宗圈,祖跃庭.石榴果实日灼病的发生与预防[J].西北园艺(果树专刊).2003(04)
[33]吕镖.铝合金牺牲阳极材料的电化学性能研究[D].东北大学,化学工程,2011,硕士.
[34]金昭.巨灾风险管理方式创新研究[D].安徽大学,金融学,2013,硕士.
[35]于港,田乃媛,徐安军,常金宝.唐钢二钢轧厂生产流程的计算机仿真[J].冶金自动化,2008,04:15-18.
[36]赵泾华.金融全球化趋势下我国银行竞争力提升研究[D].安徽大学,工商管理,2013,硕士.
[37]高晓宇.姜黄素聚乙二醇—聚己内酯纳米粒的研究[D].浙江中医药大学,药剂学,2013,硕士.
[38]薛皓天.基于节能减排理念的矿区重载路面结构研究[D].长安大学,道路与铁道工程,2013,硕士.
[39]蒋天榕.基于数据仓库的银行DSB系统设计与实现[D].厦门大学,计算机技术,2014,硕士.
[40]孟凡坤.基于FPGA车速估计器的实现及通信设计[D].吉林大学,控制工程,2014,硕士.
[41]段献忠,杨增力,程逍.继电保护在线整定和离线整定的定值性能比较[J].电力系统自动化,2005,19:58-61.
[42]孙丽平.高层建筑在建过程中的安全性研究[D].长安大学,建筑与土木工程（专业学位）,2014,硕士.
[43]芦治锜.实验室财务管理系统的设计与实现[D].吉林大学,软件工程,2014,硕士.
[44]丁冉冉.中美教育实习之比较研究[D].鲁东大学,学科教学（专业学位）,2013,硕士.
[45]刘巧.企业经营预警系统研究[D].北京工业大学,2001.
[46]罗冬梅.基于时间序列的入侵检测模型研究[D].上海师范大学,计算机软件与理论,2004,硕士.
[47]孙泳颖.组织传播学视角下的企业新浪官方微博研究[D].复旦大学,公共关系学,2012,硕士.
[48]丁磊.达芬奇机器人系统与开放手术在高龄重度梗阻性黄疸患者中的临床对比研究[D].辽宁医学院,外科学,2012,硕士.
[49]汤静.体重管理在2型糖尿病治疗策略中的重要意义[D].北京中医药大学,中西结合临床,2013,硕士.
[50]许金宝.基于大学精神塑造与弘扬的大学生思想政治教育功能和途径新探[D].吉林大学,思想政治教育,2012,硕士.