Моделирование гусеничных движителей в ANSYS Motion

В данной статье представлены возможности ANSYS Motion для моделирования гусеничных движителей с помощью дополнительного набора инструментов Links. Данный набор инструментов предназначен для автоматизированного создания расчетных моделей цепных и ременных передач, цепных вариаторов и гусеничных движителей.

Рассмотрено движение по различным типам мягкого грунта: глинистые грунты (38% и 65%) и песчанистые грунты (23% и 51%).

Расчетная модель

Расчетная модель была создана с помощью встроенных инструментов проектирования. Все тела абсолютно жесткие. Ведущая звездочка, направляющее колесо, катки, ролики и трак созданы как отдельные детали, которые в дальнейшем были собраны в гусеничный движитель автоматически.

В качестве примера на рисунке 1 представлены параметры модели ведущей звездочки, которые определялись с помощью соответствующих переменных (Design Variables).

 

Рисунок 1 – Переменные и параметры модели ведущей звездочки

Общий вид расчетной модели представлен на рисунке 2. Подробное описание процесса создания модели изложено в ANSYS Motion <VERSION> Links Track Tutorial.

Рисунок 2 – Геометрия гусеничного движителя

Как правило гусеничные машины эксплуатируются на бездорожье. Применение кулоновского трения в этом случае недостаточно. В ANSYS Motion для описания взаимодействия тел с мягким грунтом реализована функция Soil Interaction, в которой используются формулировки Беккера и Вонга для описания нормального давления, напряжений сдвига и погружения.

Нормальное давление определяется по следующей зависимости:

 

где kc – коэффициент сцепления; w – ширина траков; kφ – коэффициент трения; z – степень погружения.

Сдвиговые напряжения определяются по следующим зависимостям:

 

где P – нормальная сила реакции; C – сцепление; Ce – приемистость грунта; smax – максимальные перемещения при сдвиге.

В ANSYS Motion имеется библиотека со свойствами различных типов мягких грунтов. Используемые в расчете типы грунтов и их свойства представлены в Таблице 1.

Таблица 1 – Свойства грунтов

           

            Расчетная модель представлена на рисунке 3.

Рисунок 3 – Расчетная модель гусеничного движителя

Результаты

В качестве результатов могут быть получены кинематические и силовые характеристики. На рисунке 4 представлена зависимость крутящего момента на ведущей звездочке от времени (движение по песчанистому грунту (51%)). Максимальные крутящий момент равен 5529 Н*м.

 

Рисунок 4 – Зависимость крутящего момента на ведущей звездочке от времени (ось Y: крутящий момент, Н*мм; ось Х – время, сек)

 

В контакте между траками и грунтом могут быть получены силы реакции. Суммарные нагрузки записываются в переменную USUB_SoilInteraction_<НОМЕР_СВЯЗИ>CtSum_Report. Суммарные нормальные, продольные и поперечные силы в контакте при движении по грунту соответствующего типа представлены на рисунках ниже. Наиболее низкие значения нагрузок наблюдаются при движении по глинистому грунту (38%), а наиболее высокие при движении по песчанистому грунту (15%).

Рисунок 5 – Зависимость сил реакции в контакте с грунтом (глинистый грунт, 38%)

 

Рисунок 6 – Зависимость сил реакции в контакте с грунтом (глинистый грунт, 65%)

 

Рисунок 7 – Зависимость сил реакции в контакте с грунтом (песчанистый грунт, 15%)

 

Рисунок 8 – Зависимость сил реакции в контакте с грунтом (песчанистый грунт, 51%)

 

Заключение

В работе рассмотрено движение гусеничного движителя по различным типам грунтового покрытия. Получены силы реакции в контакте между траками и грунтом.

Геометрия расчетной модели была создана с помощью набора инструментов ANSYS Motion Links без использования стороннего программного обеспечения. Для моделирования контакта между траками и грунтом использовалась функция Soil Interaction со встроенной библиотекой параметров грунтовых покрытий различного типа.

Построенная модель может быть использована как подсистема для построения полной модели движения гусеничной машины по различным типам грунтов. При этом имеется возможность импорта несущей системы, кабины, исполнительных механизмов и других компонентов из сторонних программных продуктов в виде абсолютно жестких или упругих тел. Результаты могут быть использованы для расчета статической, усталостной и динамической прочности как непосредственно в ANSYS Motion, так и в ANSYS Mechanical.