地面車輛力學的研究簡史

軍用越野貨車人們認為，只要加大輪胎或履帶的接地面積（如增加輪胎數、降低輪胎氣壓或加大輪胎或履帶的尺寸）以減輕對地面的單位壓力，并加大發(fā)動機功率以提高驅動力，車輛就能有良好的通過松軟地面的能力。根據這一概念曾設計出3軸10輪（雙后軸，每軸端各裝雙輪胎，10輪驅動）軍用越野貨車。在第二次世界大戰(zhàn)中使用結果表明：在同樣的軸荷下，雙輪胎的行駛阻力加大，效果不佳。這就引起人們開始系統(tǒng)地研究輪胎、履帶等在各種地面上的驅動力、阻力、下陷和滑轉及滑移等的變化規(guī)律和相互關系，以解決越野車輛設計問題。1940年，德國R.伯恩斯坦用公式q=KZ 1/2表示下陷量Z與單位接地面積壓力q的關系（K為土壤變形模量），后來的研究者將公式普遍化為q=KZn。1944年，英國的E.W.E.邁克爾思韋特提出，車輛的最大驅動力F，可以從庫侖土壤剪切應力公式τ=c+qtgφ（c為土壤單位面積內聚力；φ為土壤內摩擦角）推導而得，即F=cA+qAtgφ（A為接地面積）。在加拿大國防部工作的M.G.貝克在此基礎上進一步研究了土壤承載能力的穩(wěn)定性，以及土壤塑性變形所引起的行駛阻力等問題，并提出更精確而普遍的公式 式中b為加載面積的寬度或半徑；Kс、Kф分別為土壤內聚變形模量和摩擦變形模量；K2、K1為實際測定的系數；Ymax是τ的表達式右端括號內部分的最大值，當此值達到最大時，即為庫侖公式τ=c+qtgφ；徴為產生剪應力τ的土壤變形量。此式主要用于粘性不大的土壤。1960年貝克將行走過程分解為加載和剪切過程，分別用承壓儀和剪切儀測量土壤的Kс、Kф、n、c、φ和K 6個參數，這6個參數稱為貝氏值。1961年，英國的A.R.里斯提出適用于塑性土壤的τ值簡化公式，K為土壤水平變形模量。 貝克、里斯等的研究和試驗，使地面車輛力學由經驗和直接試驗階段進入了試驗與理論結合較密切的半經驗階段?，F代有的研究者嘗試從土壤力學的基本理論出發(fā)來分析機器土壤力學關系。如里斯等認為英國劍橋大學土壤力學小組提出的土壤臨界狀態(tài)理論已使土壤應力和孔隙變化相聯系，對研究滑轉變形很適用，很有發(fā)展前途。另外，還有借用流變學理論建立的土壤流變學模型等。 貝克首先提出地面車輛力學理論，建立了試驗方法，1956年出版了有關地面車輛力學的第一本專著《陸用車輛行駛原理》。他被公認為這一學科的創(chuàng)立者。1961年，美國和意大利陸軍在都靈召開第一次國際性地面車輛力學學術會議。1962年，成立國際地面車輛系統(tǒng)學會。中國從60年代開始這一學科的研究，主要注意水田拖拉機和耕作機械設計，研制水、旱田土壤參數測量儀器，研究水田土壤的流變性質和土壤在行走機構的金屬上粘附現象。1982年成立了地面機械系統(tǒng)研究會。