基于DEM-MBD耦合仿真的地面车辆力学解决方案

高效仿真平台助力车辆通过性与牵引特性的研究与优化


引言

车辆通过性能作为衡量车辆动态可靠性和适应性的重要指标之一，对于军事、民用、农业、矿山及深空探测等相关领域具有深远的工程价值和现实意义。本文着重探讨基于离散元方法（DEM）与多体动力学方法（MBD）的耦合仿真平台的构建与应用，旨在深入挖掘车辆在各种复杂地形条件下的性能特征，特别是越野性能、转向性能、越障性能、牵引性能、行驶平顺性及操纵稳定性，以适应不同领域的特定需求。

土壤与车辆动态行为建模

土壤作为影响车辆通过性的关键因素，其物理特性和力学特性对仿真模型的准确性和有效性起着决定性作用。相较于传统的土壤模型，离散元方法（DEM）能够生成更精准细腻的土壤结构，实现土壤在载荷作用下的动态响应模拟。EDEM软件提供了丰富的土壤力学模型库，其中集成有考虑土壤弹塑性变形、塑性变形、粘性流动以及不同含水率条件下的多种接触模型，为建立合理的土壤物理与力学模型提供了多样化的选择。




多体动力学方法在车辆仿真中的应用

多体动力学方法是当前车辆工程设计与分析中的核心技术，它通过模拟机械设备的三维虚拟模型，推导系统的动力学方程，进而预测在实际操作条件下的响应特性。MSC.ADAMS、Recurdyn等商用软件及西门子的Virtual Lab Motion等工具因其实用性与灵活性而在全球范围内广泛应用。多体动力学模型的渐进发展，从线性模型到非线性系统模型的跨越，实现了对车辆动态性能的深入剖析，尤其是对于车辆与路面环境相互作用的精确模拟，更加凸显了仿真方法在车辆设计中的关键作用。

DEMMBD耦合仿真平台

为实现土壤环境行为与车辆内部运动的综合建模，回路动力学仿真平台（DEMMBD耦合仿真）的构建成为可能。依托自研的耦合接口EALink，实现DEM与主流多体动力学软件（如ADAMS、Recurdyn、Virtual Lab Motion等）的无缝集成，进而能够细粒度捕捉单体、零部件在不同载荷条件下的动态响应，实现车辆在复杂地形条件下的运行状态分析。

应用案例与实际效果


坦克转向性能研究

应用本仿真平台对坦克的工作状态进行模拟，揭示了坦克在不同地形条件下的转向性能。通过精细的土质条件模拟与车辆动力学分析结合，优化转向机构，以提升坦克在极端复杂地形下的生存与作战能力。

悍马越野性能研究

通过对悍马等越野车辆的性能评估，该仿真平台成功展示了车辆在非铺装道路、斜坡、复杂障碍物等条件下的动态响应。在广泛试验验证的基础上，优化越野车辆的车辆布局、驱动形式、轮胎配置，以匹配极端环境下的驾驶需求。

轿车侧翻安全性能仿真

针对轿车发生侧翻情况的实时监控与模拟，本平台探索了不同侧向速度下的角速度变化及车辆翻滚过程中各关键组件的应力状态，为车辆安全优化提供科学依据。