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前言1

第一章 绪论1

第一节 汽车地面力学研究的背景及意义1

第二节 汽车与地面相互作用的研究方法2

一、纯经验方法2

二、模型试验和因次分析方法4

三、半经验方法9

四、基本理论研究方法10

五、数值模拟方法11

第三节 计算汽车地面力学的学科性质和研究内容12

一、学科性质12

二、主要研究内容13

第二章 与车辆行驶有关的土的特性分析14

第一节 土的物理特性14

一、土壤的质地分类14

二、与车辆行驶有关的土壤物理特性描述指标14

三、塔克拉玛干沙漠沙土的物理特性16

一、土的承压特性19

第二节 土的力学特性19

二、土的剪切特性20

三、塔克拉玛干沙漠沙土的基本力学特性21

第三节 土壤动态三轴仪在研究土壤性质中的应用29

一、试验设备29

二、测试原理30

三、试验方法31

四、试验结果32

五、影响因素32

一、用承压特性模型计算滚动阻力36

第三章 汽车地面力学中土壤特性的计算公式及其选择36

第一节 土壤特性模型在车辆行驶性能计算中的应用36

二、用剪切特性模型计算附着力37

三、用土壤特性模型计算挂钩牵引力39

第二节 松软地面的各种特性模型及其参数确定40

一、加权最小二乘法40

二、承压特性模型41

三、剪切特性模型43

一、承压特性模型的选择50

二、剪切特性模型的选择50

第三节 土壤特性模型的自动选择50

第四章 汽车轮胎力学特性的定量描述52

第一节 轮胎变形特性52

一、轮胎的径向变形52

二、接地形状54

三、接地长度、宽度和面积的计算55

四、轮胎变形损失57

第二节 轮胎接地压力57

一、接地压力分布的定量描述57

二、平均接地压力的表达式58

第三节 轮胎刚度特性60

一、轮胎静刚度的计算方法61

二、轮胎动刚度的数学模型62

三、滚动状态下轮胎刚度和阻尼特性的表达式65

第五章 轮胎与土壤相互作用的数值解析67

第一节 轮胎变形与土壤下陷量的近似计算和试验测定67

一、临界气压67

二、近似计算69

三、试验测定70

一、影响接触表面形状的因素72

第二节 轮胎与土壤接触表面尺寸的确定72

二、接触表面的尺寸确定74

三、接近角和离去角76

第三节 轮胎在土壤上的滚动阻力的计算77

一、轮胎在土壤上的受力分析77

二、滚动阻力系数的数值解析78

三、轮胎与土壤接触面内应力分布的测定80

第四节 轮胎在土壤上的挂钩牵引力的计算83

一、挂钩牵引力的定义83

二、轮胎在松软土壤上挂钩牵引力的预测84

三、在松软土壤上的驱动轮胎效率的计算86

第五节 轮胎在松软地面上滑转下陷量的计算88

一、滑转下陷的发生机理以及下陷量与滑转率的关系88

二、滑转下陷量的理论计算90

三、轮胎下土壤颗粒的侧向流动99

第六章 汽车通过性与土壤行驶性的概率计算102

第一节 汽车通过性与土壤行驶性的评价指标102

一、汽车通过性指标102

二、轮胎在新疆沙上的通过性指标的测定104

三、土壤行驶性定义105

四、新疆沙的行驶性分析106

第二节 汽车与地面相互作用关系数学模型中土壤参数值的不确定性106

一、土壤值的时间性变化106

二、土壤含水量分布的概率密度曲线107

第三节 概率统计方法在汽车地面力学中的应用109

一、预测汽车在给定土壤条件下失去通过性的概率109

二、在随机土壤条件下选择最佳的车辆设计方案110

一、土的本构特性研究现状113

第一节 车辆行驶的土的本构关系研究状况和主要内容113

第七章 汽车地面力学中土的本构模型113

二、土工土与车辆行驶的土的区别114

三、车辆行驶的土的本构模型分类和应当满足的基本条件115

第二节 土的线性弹性本构模型115

一、线性弹性本构模型的一般公式115

二、线性弹性本构模型的参数参考值116

第三节 车辆行驶的土的非线性弹性本构模型117

一、非线性弹性本构模型的一般公式117

二、非线性弹性本构模型的基本形式118

三、非线性弹性本构模型在应用中的修正128

一、弹塑性理论概述133

第四节 车辆行驶的土的弹塑性本构模型133

二、弹塑性本构模型的一般公式135

三、汽车地面力学常用的等向强化屈服准则136

四、便于数值分析的弹塑性本构模型的统一表述140

五、等向强化屈服准则对应的屈服函数、等效屈服应力及参数143

六、塔克拉玛干沙漠沙土的弹塑性本构特性146

第一节 矩阵代数的基本知识147

一、矩阵的表示方法与类型147

第八章 汽车与地面相互作用问题的矩阵表述147

二、矩阵的运算149

三、逆矩阵153

四、线性方程组155

第二节 变形体基本力学量的矩阵表述155

一、三维问题基本力学量的矩阵表述155

二、轴对称问题基本力学量的矩阵表述158

三、平面问题基本力学量的矩阵表述160

第三节 汽车与地面相互作用问题的基本方程的矩阵表述162

一、几何方程162

二、本构方程163

三、虚功形式的平衡方程167

第九章 汽车与地面相互作用问题的有限元分析171

第一节 有限元法的分析过程171

一、有限元分析的三个基本阶段171

二、位移法的基本步骤172

第二节 汽车与地面相互作用问题的线性弹性有限元分析172

一、平面问题的线性弹性有限元分析的基本步骤172

二、用线性有限元法预测车轮下的应力分布和土壤变形181

三、线性弹性有限元分析的快速算法186

一、汽车与地面相互作用问题的非线性有限元一般描述207

第三节 汽车与地面相互作用问题的非线性（非线性弹性、弹塑性）有限元分析207

二、汽车与地面相互作用的非线性问题求解209

三、迭代法在轮胎与沙相互作用问题的非线性分析中的应用213

第十章 汽车与地面相互作用问题有限元软件的应用与开发217

第一节 通用软件在汽车地面力学研究中的应用217

一、ANSYS软件在轮胎与刚性路面相互作用的三维非线性有限元分析中的应用217

二、ADINA软件在车轮与松软地面相互作用的三维非线性有限元分析中的应用221

第二节 汽车与地面相互作用问题的实用有限元软件开发224

一、单元库的设计224

二、总刚度阵的存储和求解225

三、非线性方程组的解法226

第三节 汽车与地面相互作用问题的有限元网格自动划分生成线法227

一、有限元网格自动生成的生成系统227

二、有限元网格自动生成的计算机图形显示及与有限元软件的接口设计228

三、有限元网格自动生成法的应用229

第十一章 计算汽车地面力学在沙漠用仿驼蹄轮胎设计中的应用231

第一节 驼蹄结构及其与沙地之间独特的作用方式231

一、骆驼特性231

三、驼蹄与沙地之间独特的作用方式232

二、驼蹄结构232

第二节 仿驼蹄轮胎力学模型及其与沙地相互作用的分析237

一、仿驼蹄轮胎力学模型237

二、仿驼蹄轮胎力学模型与沙地相互作用的分析238

三、用有限元计算方法预测仿驼蹄轮胎的牵引性能240

第三节 仿驼蹄橡胶轮胎的设计与试验242

一、仿驼蹄橡胶轮胎模型242

二、仿驼蹄橡胶轮胎参数的确定242

三、仿驼蹄橡胶轮胎的性能试验243

参考文献246