Publication details
Abstracts and keywords
Jednym z zagadnień terramechaniki jest opis układu element jezdny – podłoże odkształcalne, niezbędny do określania osiągów trakcyjnych kół lub gąsienic pojazdów poruszających się w warunkach terenowych. W większości modeli stosowanych w praktyce badawczej lub inżynierskiej, wielkościami wejściowymi do wyznaczania reakcji nawierzchni są naciski jednostkowe, powodowane obciążeniem elementów jezdnych. Takie podejście nie uwzględnia wielokierunkowych oddziaływań przestrzennych w ośrodku podłoża odkształcalnego. Głównym celem niniejszej pracy było udoskonalenie opisu układu element jezdny – podłoże odkształcalne z uwzględnieniem analizy naprężeń i odkształceń w podłożu, powodowanych obciążeniem pojazdów. Ponieważ przyjęta w pracy strategia opierała się głównie na wykorzystaniu wyników badań doświadczalnych, a odpowiednie metody i urządzenia nie były dostępne, podjęto się opracowania własnych rozwiązań metodycznych. Opracowano tensometryczny czujnik naporu do badań materiałów rozdrobnionych i trójfazowych oraz optoelektroniczną metodę wyznaczania odkształceń w podłożu, powodowanych obciążeniem pojazdów. Metody doskonalono w zakresie dokładności i powtarzalności wyników a efektem tych prac było m.in. opracowanie sposobu i urządzenia do kalibracji czujników naporu z uwzględnieniem rodzaju i stanu materiału badanego. Utylitarnym efektem opracowań metodycznych było wdrożenie metody wyznaczania naprężeń i odkształceń w podłożu w formie procedury badawczej w certyfikowanym laboratorium badawczym Wojskowego Instytutu Techniki Pancernej i Samochodowej w Sulejówku. Na podstawie analizy wyników pomiarów naprężeń i odkształceń wywołanych obciążeniem pojazdów stwierdzono, że zastosowana metoda pomiarowobadawcza jest wystarczająco dokładna i umożliwia badanie wpływu obciążenia koła, prędkości jazdy, trybu pracy koła (toczenie swobodne, napędzanie), wielokrotnych przejazdów w jednym śladzie na wartości i kształt przebiegów naprężeń oraz na wielkość odkształceń podłoża. Stwierdzono przydatność metody do opisu przedmiotowego układu i podjęto próbę konstruowania własnych modeli układu element jezdny – podłoże odkształcalne. Opracowane modele bazowały na analizowanych wynikach badań doświadczalnych. Do najprostszych modeli należały korelacje naprężeń oktaedrycznych w podłożu oraz sił trakcyjnych, zmierzonych na pojeździe. Dalszym rozwinięciem był model oparty na zależności Boussinesq’a, który parametryzowano z wykorzystaniem naprężeń wyznaczonych w podłożu. Stwierdzono dobrą lub dostateczną zdolność predykcyjną otrzymanego modelu. Kolejnym krokiem było konstruowanie modeli układu koło – podłoże odkształcalne z wykorzystaniem wyznaczonych doświadczalnie przebiegów sił działających na pojedyncze koło jezdne zamiast sił globalnych na pojeździe, jak w poprzednich modelach. W porównaniu do modeli korelacyjnych, stwierdzono wyraźną poprawę w zakresie własności predykcyjnych i dopasowania wyników symulacji do rezultatów pomiarów. Modele otrzymywano metodą identyfikacji systemów, korzystając z oprogramowania MATLAB SI ToolboxTM. Powyższe modele posiadały charakter pół-doświadczalny a ich konstrukcja opierała się na odtwarzaniu zależności matematycznych na podstawie analizy wielkości wejściowych i wyjściowych dla badanego układu, przy czym były to dane uzyskane w pomiarach poligonowych. Nieco inną konstrukcję posiadał model siły bocznej, działającej od podłoża odkształcalnego na koło kierowane samochodu. Znajomość i możliwość przewidywania charakterystyk siły bocznej ma podstawowe znaczenie w analizie stabilności ruchu pojazdu. Przy opracowaniu modelu przeprowadzono analizę zjawisk zachodzących w układzie koło kierowane – podłoże odkształcalne a przyjęty model fizyczny opisano równaniami różniczkowymi. Otrzymano nieliniowy model uwzględniający efekty dynamiczne w wilgotnych podłożach gruntowych poprzez wprowadzenie tzw. lepkości naprężeniowej Eyringa-Pukosa. Rozwiązanie przeprowadzono z użyciem pakietu MAPLE TM. Na jakość otrzymywanych wyników wpływał sposób parametryzacji modelu, przy czym nie wszystkie parametry udało się przyjąć na podstawie wyników badań własnych. Podsumowując część pracy dotyczącą modelowania układu koło – podłoże odkształcalne stwierdzono, iż możliwe jest otrzymywanie modeli w oparciu o dwie strategie: (1) na podstawie korelowania wyników badań doświadczalnych, bez wnikania w istotę zjawisk zachodzących w obszarze wzajemnych oddziaływań koło – podłoże oraz (2) na podstawie przyjętego modelu fizycznego. Przewaga jednej czy drugiej strategii pozostaje sprawą dyskusyjną. Ostatni rozdział monografii opisuje przykład praktycznego zastosowania opracowanych metod w odniesieniu do pojazdów i maszyn poruszających się po podłożach śnieżnych. Podsumowując, najważniejszym osiągnięciem zawartym w rozprawie było opracowanie własnych, nowych metod badawczych oraz ich aplikacja do opisu układu element jezdny – podłoże odkształcalne a także uzyskanie wyników możliwych do wykorzystania w praktyce inżynierskiej i przyszłych pracach badawczych.
