7.1 Обзор моделей колеса «шина-EULER»
В программном комплексе EULER расчет взаимодействия колеса с опорной поверхностью производится при помощи теоретических (физических) моделей. Данные модели включают в себя жесткий обод колеса, жесткое кольцо брекера и щеточную модель протектора, контактирующего с опорной поверхностью. Общая схема принятых моделей представлена на рис.7. Обод колеса и кольцо брекера в общем случае представляются отдельными звеньями, имеющими между собой упругую связь. С дорогой взаимодействует звено кольца брекера. Шина равномерно разбивается на дискретные элементы по ширине и окружности, как это представлено на рис.8. Эти элементы можно интерпретировать как ворсинки «щетки». В модели принято, что элементы обладают упругими свойствами во всех направлениях и могут деформироваться независимо от соседних элементов. Внешняя сторона элементов шины (протектор) сцепляется с опорной поверхностью силами трения. Силы, действующие на элементы со стороны опорной поверхности, передаются на кольцо брекера.
Рис. 7. Схема модели взаимодействия колеса с опорной поверхностью
Рис. 8. Разбиение шины на дискретные элементы
В программном комплексе EULER используется три расчетные модели, являющиеся вариациями описанной выше общей схемы.
Модель колеса «шина-EULER-M1» включает безмассовое кольцо брекера, имеющее упругую связь с ободом, и щеточную модель контакта с опорной поверхностью. В данной модели кольцо может совершать повороты относительно обода. При расчете контактного взаимодействия колеса с опорной поверхностью используется гипотеза квазистационарности качения колеса. Модель предназначена для расчета динамики колесных машин в установившихся режимах или при плавно меняющихся боковых нагрузках. Данная расчетная модель может работать в режиме отсутствия учета трения в контакте. В этом случае при расчете сил, действующих на колесо, учитываются только реакции, возникающие при обжатии шины на опорной поверхности без трения. Такой режим предназначен для ускорения расчета вибро-нагруженности колесных машин при прямолинейном движении.
Модель колеса «шина-EULER-M2» включает только щеточную модель контакта с опорной поверхностью. Усилие при этом от дороги передается на обод колеса. При расчете контактного взаимодействия колеса и опорной поверхностью производится отслеживание истории их контактных взаимодействий. Модель имеет хорошие характеристики быстродействия и предназначена для расчетов процессов торможения, трогания с места, переезда препятствий, определения усилий на рулевом колесе при повороте управляемых колес на месте, работы антиблокировочных и противобуксовочных систем.
Модель колеса «шина-EULER-M3» включает жесткое кольцо брекера и щеточную модель контакта с опорной поверхностью. Кольцо брекера моделируется отдельным звеном с массой, между кольцом и ободом колеса реализовано упругое взаимодействие. При расчете контакта колеса с опорной поверхностью производится отслеживание истории контактных взаимодействий элементов протектора с опорной поверхностью. Модель является наиболее требовательной к величине шага численного интегрирования и предназначена для расчета динамики колесных машин в неустановившихся режимах с большими боковыми нагрузками. Модель может использоваться для расчетов колебаний управляемых колес, колебаний колес типа «шимми» и в других случаях быстро меняющихся боковых нагрузок.