車輛與地面的關(guān)系課件

車輛與地面的關(guān)系車輛與地面的關(guān)系1概述車輛為什么會(huì)行駛？因?yàn)橛袆?dòng)力（發(fā)動(dòng)機(jī)）加大發(fā)動(dòng)機(jī)的功率，是否車輛就一定跑得快？或把車輛吊起來(lái)，車有沒(méi)有行駛能力？車輛必須與地面發(fā)生作用才能行駛。如何發(fā)生關(guān)系？必須通過(guò)車輛的行駛系與地面產(chǎn)生相互作用力。概述車輛為什么會(huì)行駛？2車輛是什么？在地面上具有自行能力的機(jī)器。包括：汽車、拖拉機(jī)、火車、工程施工機(jī)械、軍用武器和機(jī)械等。車輛的組成：動(dòng)力（內(nèi)燃機(jī)、電動(dòng)機(jī)、…）、底盤（傳動(dòng)系、行駛系、轉(zhuǎn)向系和制動(dòng)系）、工作（武器）裝置、控制系統(tǒng)。自行式工程作業(yè)機(jī)械也是特殊的車輛。車輛是什么？3車輛典型的行駛系：輪胎式、履帶式和軌輪式。地面：分硬地面和軟地面。硬地面：鋪裝路面（水泥路面、瀝青路面和石方路面）和硬土的非鋪裝路面。軟地面：非鋪裝的松軟路面（越野路面、農(nóng)田、含水量較大的地面等）。研究車輛與地面的關(guān)系：解決地面不被壓潰，能承載車輛、減小行駛阻力很快通過(guò)的問(wèn)題（軟地面的矛盾較突出）。目的：指導(dǎo)車輛的設(shè)計(jì)。車輛典型的行駛系：4早先人們認(rèn)為，只要加大輪胎或履帶的接地面積（如增加輪胎數(shù)、降低輪胎氣壓或加大輪胎或履帶的尺寸），減輕對(duì)地面的單位壓力，同時(shí)安裝大功率發(fā)動(dòng)機(jī)，車輛就能有良好的通過(guò)松軟地面的能力。根據(jù)這一概念曾設(shè)計(jì)出3軸10輪驅(qū)動(dòng)（雙后軸，每軸端各裝雙輪胎）的軍用越野貨車。但通過(guò)在第二次世界大戰(zhàn)中使用，結(jié)果表明：在同樣的軸荷下，雙輪胎的行駛阻力增大，行駛效果并不佳。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(qū)動(dòng)力、阻力、下陷、滑轉(zhuǎn)及滑移等的變化規(guī)律和相互關(guān)系，即車輛－土壤系統(tǒng)的相互關(guān)系，以解決車輛的通過(guò)性問(wèn)題，來(lái)指導(dǎo)車輛的設(shè)計(jì)。早先人們認(rèn)為，只要加大輪胎或履帶的接地面積（如增加輪胎數(shù)、降5

車輛－土壤系統(tǒng)所涉及的是深度在幾十厘米以內(nèi)的地面土壤，車輛又是在廣闊的地面上、在不同的季節(jié)以較高的速度、對(duì)小范圍飽和或非飽和的各種土壤施加復(fù)雜的載荷，使土壤在短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生較大的變形。這與經(jīng)典土力學(xué)所處理的建筑物地基與土壤的相互作用有較大的差異。建筑物地基是長(zhǎng)年在固定地點(diǎn)、以相當(dāng)大的靜載荷或地震波、作用于較大范圍、深達(dá)幾十米的土壤，使土壤產(chǎn)生緩慢而相對(duì)微小的變化。因而不能完全采用經(jīng)典土力學(xué)和土動(dòng)力學(xué)的某些相類似的假定、理論、公式和方法。對(duì)于土壤物質(zhì)的多樣性和性質(zhì)的多變性，車輛作用力的復(fù)雜性，土壤反應(yīng)因應(yīng)力路徑、載荷歷史而不同的特性，車輛－土壤系統(tǒng)力學(xué)逐步形成一門獨(dú)特的新學(xué)科，它的形成和發(fā)展與機(jī)器力學(xué)、土力學(xué)、土動(dòng)力學(xué)、連續(xù)介質(zhì)力學(xué)、流變學(xué)、系統(tǒng)力學(xué)、隨機(jī)過(guò)程和數(shù)理統(tǒng)計(jì)，以及新的分析方法和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展有者密切聯(lián)系。車輛－土壤系統(tǒng)所涉及的是深度在幾十厘米以內(nèi)的地面土壤6一、地面土壤性質(zhì)淺識(shí)

土是指覆蓋在地表的沒(méi)有膠結(jié)或弱膠結(jié)的松散顆粒的堆積物，是巖石風(fēng)化的產(chǎn)物。巖石風(fēng)化分為物理風(fēng)化和化學(xué)風(fēng)化。物理風(fēng)化：巖石經(jīng)受風(fēng)、霜、雨、雪的侵蝕，或受波浪的沖擊、地震等引起各種力的作用，溫度的變化、凍脹等因素使整體巖石產(chǎn)生裂隙、崩解碎裂成巖塊、巖屑的過(guò)程。其特征是：量變過(guò)程，形成的土顆粒較粗?；瘜W(xué)風(fēng)化：巖體（或巖塊、巖屑）與氧氣、二氧化碳等各種氣體、水和各種水溶液等物質(zhì)相接觸，經(jīng)氧化、碳化和水化作用，使巖石或巖屑逐漸產(chǎn)生化學(xué)變化，分解為極細(xì)顆粒的過(guò)程。其特征是：質(zhì)變過(guò)程，形成的土顆粒很細(xì)。

對(duì)一般的土而言，是物理風(fēng)化和化學(xué)風(fēng)化雙重作用的產(chǎn)物。一、地面土壤性質(zhì)淺識(shí)土是指覆蓋在地表的沒(méi)有膠7土的形成土是巖石經(jīng)過(guò)風(fēng)化后在不同條件下形成的自然歷史的產(chǎn)物搬運(yùn)、沉積形成過(guò)程形成條件物理力學(xué)性質(zhì)風(fēng)化土地球影響巖石地球土的形成土是巖石經(jīng)過(guò)風(fēng)化后在不同條件下形成的自然歷史的產(chǎn)物搬8土從其堆積或沉積的條件來(lái)看可分為：殘積土：巖石風(fēng)化后仍留在原地的堆積物。特點(diǎn)：濕熱地帶，粘土，深厚，松軟，易變；寒冷地帶，巖塊或砂，物理風(fēng)化，穩(wěn)定。土從其堆積或沉積的條件來(lái)看可分為：殘積土：巖石風(fēng)化后仍留在原9

運(yùn)積土：巖石風(fēng)化后經(jīng)流水、風(fēng)和冰川以及人類活動(dòng)等搬運(yùn)離開生成地點(diǎn)后再沉積下來(lái)的堆積物。又分為沖積土、風(fēng)積土、冰磧土和沼澤土等。

沖積土：由水流沖積而成；顆粒分選、渾圓光滑。

風(fēng)積土：由風(fēng)力帶動(dòng)土粒經(jīng)過(guò)一段搬運(yùn)距離后沉積下來(lái)的堆積物，沒(méi)有層理的細(xì)砂或粉粒，如黃土。

冰磧土：由冰川剝落、搬運(yùn)形成的堆積物，不成層、從漂石到粘粒。

沼澤土：在沼澤地的沉積物，含有機(jī)質(zhì)、壓縮性高、強(qiáng)度低。運(yùn)積土：巖石風(fēng)化后經(jīng)流水、風(fēng)和冰川以及人類活動(dòng)等搬運(yùn)10氣相固相液相++構(gòu)成土骨架，起決定作用重要影響土體次要作用土的組成土是固體顆粒、水和空氣的混合物，常稱土為三相系。

固相：土的顆粒、粒間膠結(jié)物；

液相：土體孔隙中的水；

氣相：孔隙中的空氣。氣相固相液相++構(gòu)成土骨架，起決定作用重要影響土體次要作用土11當(dāng)土骨架的孔隙全部被水占滿時(shí)，這種土稱為飽和土；當(dāng)土骨架的孔隙僅含空氣時(shí)，就成為干土；一般在地下水位以上、地面以下一定深度內(nèi)的土的孔隙中兼含空氣和水，此時(shí)的土體屬三相系，稱為濕土。根據(jù)土的粘性分：粘性土：顆粒很細(xì)；無(wú)粘性土：顆粒較粗，甚至很大。如砂、碎石、甚至堆石（直徑幾十cm甚至1m）土的組成當(dāng)土骨架的孔隙全部被水占滿時(shí)，這種土稱為飽和土；土的12粘土細(xì)砂粗砂碎石卵石碎石粘土

不同類型的土粘土細(xì)砂粗砂碎石卵石碎石粘土不同類型的土13一、土的固相土的固相物質(zhì)包括無(wú)機(jī)礦物顆粒和有機(jī)質(zhì)，是構(gòu)成土骨架最基本的物質(zhì)，稱為土粒。土粒是從其礦物的成分、顆粒大小和形狀來(lái)描述。粒組：把工程性質(zhì)相近的土粒合并為一組。某粒組的土粒含量定義為該粒組的土粒質(zhì)量與干土總質(zhì)量之比。土的級(jí)配：土中各種大小的粒組中土粒的相對(duì)含量。通過(guò)土的顆粒大小分析試驗(yàn)測(cè)定土中各粒組顆粒質(zhì)量占該土總質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)，叫做確定粒徑分布范圍。土的級(jí)配的好壞可由土中的土粒均勻程度和粒徑分布曲線的形狀來(lái)決定。土的組成一、土的固相土的組成14土顆粒大小粒組：按粗細(xì)進(jìn)行分組，將粒徑接近的歸成一類界限粒徑：d(mm)d(mm)礫石砂粒粉粒粘粒膠粒6020.050.0050.0020.250.5520粗

中

細(xì)粗

中

細(xì)

極細(xì)0.1粗粒細(xì)粒土顆粒大小粒組：按粗細(xì)進(jìn)行分組，將粒徑接近的歸成一類dd礫石15105.02.01.00.50.250.1200g101618242238721009080706050403020100小于某粒徑之土質(zhì)量百分?jǐn)?shù)P（％）105.01.00.50.100.050.010.0050.001粒徑(mm)P%958778665536土的粒徑級(jí)配累積曲線粒徑(mm)0.050.010.005百分?jǐn)?shù)P(%)2613.51010200g10100908070605040302010016二、土的液相（一）吸著水

強(qiáng)吸著水：性質(zhì)接近于固體，冰點(diǎn)很低，沸點(diǎn)較高，且不能傳遞壓力。

弱吸著水：也稱為薄膜水，不能傳遞壓力，也不能在孔隙水中自由流動(dòng)，但它可以因電場(chǎng)引力的作用從水膜厚的地方向水膜薄的地方轉(zhuǎn)移。由于它的存在，使土具有塑性、粘性、影響土的壓縮性和強(qiáng)度，并使土的透水性變小。二、土的液相17（二）自由水離開土顆粒表面較遠(yuǎn)，不受土顆粒電分子引力作用，且可自由移動(dòng)的水稱為自由水。分為毛細(xì)管水和重力水。1.毛細(xì)管水土中存在許多大小不同的相互連通的彎曲孔道，由于水分子與土粒分子之間的附著力和水氣界面上的表面張力，引起迫使相鄰?fù)亮Ｏ嗷シe緊的壓力，這個(gè)壓力稱為毛管水壓力。（二）自由水1.毛細(xì)管水182.重力水在重力或水位差作用下能在土中流動(dòng)的自由水稱為重力水。具有溶解能力，能傳遞靜水和動(dòng)水壓力，對(duì)土顆粒有浮力作用。當(dāng)它在土孔隙中流動(dòng)時(shí)，對(duì)所流經(jīng)的土體施加滲流力（亦稱動(dòng)水壓力、滲透力），計(jì)算中應(yīng)考慮其影響。三、土的氣相存在于土中的氣體分為兩種基本類型：一種是與大氣連通的氣體；另一種是與大氣不連通的以氣泡形式存在的封閉氣體。2.重力水19單粒結(jié)構(gòu)土的結(jié)構(gòu)蜂窩狀結(jié)構(gòu)單粒結(jié)構(gòu)土的結(jié)構(gòu)蜂窩狀結(jié)構(gòu)20絮狀結(jié)構(gòu)：絮狀結(jié)構(gòu)的特征是土粒之間以角、邊與面的接觸或邊與邊的搭接形式為主。這種結(jié)構(gòu)的土粒呈任意排列，具有較大的孔隙，其強(qiáng)度低，壓縮性高，對(duì)擾動(dòng)比較敏感。土的絮狀結(jié)構(gòu)

絮狀結(jié)構(gòu)：土的絮狀結(jié)構(gòu)21土的物理性質(zhì)指標(biāo)用土的物理性質(zhì)指標(biāo)反映不同土的特征。常用的土的物理指標(biāo)共有九個(gè)，（如含水率、密度、土粒比重、孔隙比、孔隙率、飽和度等），通過(guò)試驗(yàn)測(cè)定和指標(biāo)換算得到。

土的三相圖土的物理性質(zhì)指標(biāo)用土的物理性質(zhì)指標(biāo)反映不同土的特征。22粘性土的稠度1、粘性土的稠度狀態(tài)

稠度：指粘性土的干濕程度或在某一含水率下抵抗外力作用而變形或破壞的能力，是粘性土最主要的物理狀態(tài)指標(biāo)。有流動(dòng)、軟、可塑、硬等四種描述狀態(tài)。

可塑性：土在外力作用下可改變形狀，但不顯著改變其體積，也不開裂，外力卸除后仍能保持已有的形狀。黏性土的狀態(tài)轉(zhuǎn)變過(guò)程粘性土的稠度黏性土的狀態(tài)轉(zhuǎn)變過(guò)程232.界限含水率粘性土從一種狀態(tài)過(guò)渡到另一種狀態(tài)，可用某一界限含水率來(lái)區(qū)分，這種界限含水率稱為稠度界限（通過(guò)試驗(yàn)得到）。液限（wL）——從流動(dòng)狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榭伤軤顟B(tài)的界限含水率，也就是可塑狀態(tài)的上限含水率；塑限（wp

）——從可塑狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榘牍腆w狀態(tài)的界限含水率，也就是可塑狀態(tài)的下限含水率；縮限（ws

）——從半固體狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣腆w狀態(tài)的界限含水率，亦即粘性土隨著含水率的減小而體積開始不變時(shí)的含水率。流動(dòng)變軟較硬粘性土2.界限含水率流動(dòng)變軟較硬粘性土24塑性指數(shù)：液限wL和塑限wp之差的百分?jǐn)?shù)值（去掉百分號(hào)）。用Ip表示，即：用來(lái)進(jìn)行粘性土的分類。塑性指數(shù)越高，土的粘粒含量越高。

國(guó)家《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50007-2019塑性指數(shù)Ip土的名稱Ip>17粘土10<Ip≤17粉質(zhì)粘土塑性指數(shù)：液限wL和塑限wp之差的百分?jǐn)?shù)值（去掉百分號(hào)25液性指數(shù)：定義為：

式中：w——土的天然含水率。液性指數(shù)表征了土的天然含水率與界限含水率之間的相對(duì)關(guān)系，表達(dá)了天然土所處的狀態(tài)。工程上用來(lái)判別粘性土的狀態(tài)。IL<0IL=0–1IL>1堅(jiān)硬狀態(tài)可塑狀態(tài)流態(tài)0.00–0.25硬塑0.25-0.75可塑0.75–1.00軟塑液性指數(shù)：IL<0堅(jiān)硬狀態(tài)0.00–0.25硬塑26

土的工程分類粗粒土按顆粒組成進(jìn)行分類；粘性土按塑性指數(shù)分類。由土的分類體系：試樣中含粒徑大于60mm的巨粒組質(zhì)量多于總質(zhì)量的50％的土稱為巨粒土；試樣中巨粒組質(zhì)量為總質(zhì)量的15％～50％的土稱為巨?；旌贤?。試樣中巨粒組質(zhì)量少于總質(zhì)量的15％的土，可扣除巨粒，按粗粒土或細(xì)粒土的相應(yīng)規(guī)定分類定名。土的工程分類粗粒土按顆粒組成進(jìn)行分類；粘性土按塑性27試樣中粒徑大于0.075mm的粗粒組質(zhì)量多于總質(zhì)量50％的土稱為粗粒土。粗粒土又分為礫類土和砂類土兩類。試樣中粒徑大于2mm的礫粒組質(zhì)量多于總質(zhì)量的50％的土稱為礫類土；試樣中粒徑大于2mm的礫粒組質(zhì)量少于或等于總質(zhì)量50％的土稱為砂類土。試樣中粒徑大于0.075mm的粗粒組質(zhì)量多于總質(zhì)量528細(xì)粒土的分類試樣中粒徑小于0.075mm的細(xì)粒組質(zhì)量多于或等于總質(zhì)量的50％的土稱為細(xì)粒土。細(xì)粒土應(yīng)按下列規(guī)定劃分：

1、試樣中粗粒組質(zhì)量少于總質(zhì)量的25％的土稱為細(xì)粒土；2、試樣中粗粒組質(zhì)量為總質(zhì)量的25％～50％的土稱含粗粒的細(xì)粒土；3、試樣中含部分有機(jī)質(zhì)的土稱有機(jī)質(zhì)土。細(xì)粒土可按塑性圖進(jìn)一步細(xì)分。細(xì)粒土的分類29土的工程分類用于分析細(xì)粒土的塑性圖土的工程分類用于分析細(xì)粒土的塑性圖30二、《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》中的地基土分類該規(guī)范按土粒大小、粒組的土粒含量或土的塑性指數(shù)把地基土分為碎石土、砂土、粉土和粘性土四大類，然后再進(jìn)一步細(xì)分。（一）碎石土的分類若土中粒徑大于2mm的顆粒含量超過(guò)全重的50％，則該土屬于碎石土。（二）砂土的分類若土中粒徑大于2mm的顆粒含量不超過(guò)全重的50％、粒徑大于0.075mm的顆粒超過(guò)全重50％，則該土屬于砂土。砂土又有礫砂、粗砂、中砂、細(xì)砂、粉砂之分。土的工程分類二、《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》中的地基土分類土的工程分類313、粉土若土的塑性指數(shù)小于或等于10，粒徑大于0.075mm的顆粒含量超過(guò)總量的50％，則該土屬于粉土。4、粘性土的分類若土的塑性指數(shù)大于10，粒徑大于0.075mm的顆粒含量不超過(guò)總量的50％，則該土屬于粘性土。在靜水或緩慢的流水環(huán)境中沉積，經(jīng)生物化學(xué)形成，其天然含水率大于液限、天然孔隙比大于或等于1.5的粘性土稱為淤泥。天然孔隙比小于1.5，但大于或等于1.0的粘性土稱為淤泥質(zhì)土。粘土：Ip>17粉質(zhì)粘土：10<Ip<17土的工程分類3、粉土土的工程分類32土力學(xué)中應(yīng)力符號(hào)的規(guī)定

材料力學(xué)+-+-土力學(xué)正應(yīng)力剪應(yīng)力拉為正壓為負(fù)順時(shí)針為正逆時(shí)針為負(fù)壓為正拉為負(fù)逆時(shí)針為正順時(shí)針為負(fù)土力學(xué)中應(yīng)力符號(hào)的規(guī)定材料力學(xué)+-+-土力學(xué)正應(yīng)力剪應(yīng)力拉33③均勻一致各向同性體（土層性質(zhì)變化不大時(shí)）②線彈性體（應(yīng)力較小時(shí)）①連續(xù)介質(zhì)（宏觀平均）碎散體非線性彈塑性成層土各向異性Δσεεpεe線彈性體加載卸載土中應(yīng)力的研究假定

實(shí)際假定土的非線性彈塑性應(yīng)力應(yīng)變曲線③均勻一致各向同性體②線彈性體①連續(xù)介質(zhì)碎散體非線性成層土Δ34通過(guò)土壤力學(xué)理論，得到與車輛行駛有關(guān)的土壤物理特性描述指標(biāo)，土的力學(xué)特性：即土的承壓特性和土的剪切特性。

德國(guó)R.伯恩斯坦用公式q＝KZ1/2表示下陷量Z與單位接地面積壓力q的關(guān)系（K為土壤變形模量），后來(lái)的研究者將公式普遍化為q＝KZn。英國(guó)的E.W.E.邁克爾思韋特提出，車輛的最大驅(qū)動(dòng)力F，可以從C.A.de庫(kù)侖土壤剪切應(yīng)力公式τ＝c＋qtgφ（c為土壤單位面積內(nèi)聚力；φ為土壤內(nèi)摩擦角）推導(dǎo)而得，即F＝cA+qAtgφ（A為接地面積）。在加拿大國(guó)防部工作的M.G.貝克在此基礎(chǔ)上進(jìn)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(wèn)題，并提出更精確而普遍的公式通過(guò)土壤力學(xué)理論，得到與車輛行駛有關(guān)的土壤物理特性35式中b為加載面積的寬度或半徑；Kc、Kф分別為土壤內(nèi)聚變形模量和摩擦變形模量；K2、K1為實(shí)際測(cè)定的系數(shù)；Ymax是τ的表達(dá)式右端括號(hào)內(nèi)部分的最大值，當(dāng)此值達(dá)到最大時(shí)就是庫(kù)侖公式τ=c+qtgφ，即為產(chǎn)生剪應(yīng)力τ的土壤變形量。此式主要用于粘性不大的土壤。后來(lái)貝克將行走過(guò)程分解為加載和剪切過(guò)程，分別用承壓儀和剪切儀測(cè)量土壤的Kc、Kф、n、c、φ和K6個(gè)參數(shù)，這6個(gè)參數(shù)稱為貝氏值。式中b為加載面積的寬度或半徑；Kc、Kф分別為土壤內(nèi)36建立的車輛地面力學(xué)理論，主要研究各種越野車輛與地面、地形之間的關(guān)系。是一門以改進(jìn)車輛設(shè)計(jì)提高其通過(guò)性的邊緣學(xué)科。它也是車輛學(xué)科研究者必須具備的知識(shí)和掌握的研究方法。建立的車輛地面力學(xué)理論，主要研究各種越野車輛與37車輛地面力學(xué)的研究方法：1、建立地面—車輛系統(tǒng)力學(xué)的理論。用土壤車輛力學(xué)的基本公式可以計(jì)算出車輛在不同的載荷和滑轉(zhuǎn)系數(shù)下的驅(qū)動(dòng)力、下陷量和滾動(dòng)阻力，并推導(dǎo)出一些重要的新概念。例如，在沙地（內(nèi)聚力c=0）上車輛的最大驅(qū)動(dòng)力只與其重量W(=qA)有關(guān)，而與接地面積A無(wú)關(guān)；在泥漿（摩擦角φ=0）上最大驅(qū)動(dòng)力只與接地面積A有關(guān)，而與重量W無(wú)關(guān)。車輛地面力學(xué)的研究方法：38又如對(duì)于接地面積A，如寬度大而長(zhǎng)度小，則容易出現(xiàn)滑轉(zhuǎn)，行駛效率不高。如窄長(zhǎng)履帶比寬短履帶的牽引性能好…….。貝克還從動(dòng)物的運(yùn)動(dòng)方式和相應(yīng)的能量消耗對(duì)比推論，認(rèn)為列車式是越野車輛的合理的車輛形態(tài)。根據(jù)這一理論研制出一些新車型，如在雪地行駛的囊式輪胎列車，在沼澤地行駛的無(wú)腹式履帶車和間隔式履帶板，螺旋推進(jìn)式汽車，在月球上行駛的月球車(MO-LAB)等。在中國(guó)，利用這一理論研制出機(jī)耕船、水田拖拉機(jī)等。又如對(duì)于接地面積A，如寬度大而長(zhǎng)度小，則容易出現(xiàn)滑轉(zhuǎn)，行駛效392、試驗(yàn)研究：地面車輛力學(xué)從一開始就是一門理論與試驗(yàn)并重的學(xué)科。不斷地用現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)來(lái)校核、修正土壤車輛力學(xué)的基本公式。

常用方法：模型試驗(yàn)和因次分析法。用模型試驗(yàn)來(lái)尋求和驗(yàn)證地面與車輛性能間的相互關(guān)系。把自然物理現(xiàn)象中與車輛行駛過(guò)程有關(guān)的因素按一定比例縮小后，放到試驗(yàn)室的土槽中進(jìn)行觀察測(cè)量，然后再把結(jié)果按一定比例放大，從而得到產(chǎn)生于原型中的物理現(xiàn)象。這種方法可以很好地控制所有參數(shù)和試驗(yàn)條件，對(duì)于一些簡(jiǎn)單的基本概念可以很快進(jìn)行推斷，并可消除或減少某些干擾因素。模型試驗(yàn)的理論基礎(chǔ)是因次分析。這種方法的主要問(wèn)題是地面性質(zhì)的模型化問(wèn)題。2、試驗(yàn)研究：40土壤的可行駛性是以額定圓錐指數(shù)來(lái)表示的，額定圓錐指數(shù)是圓錐指數(shù)與重塑指數(shù)的乘積。圓錐指數(shù)：是用標(biāo)準(zhǔn)圓錐儀壓入土壤測(cè)得的圓錐單位底面積上的平均壓力。重塑指數(shù)：是對(duì)細(xì)粒土壤進(jìn)行重塑試驗(yàn)（將欲測(cè)土壤不經(jīng)擾動(dòng)裝入一小圓筒，以規(guī)定的重錘自規(guī)定的高度落下，按規(guī)定次數(shù)來(lái)回捶擊，稱為重塑）。將重塑后的圓錐指數(shù)與重塑前的圓錐指數(shù)相比的值。為了可與土壤比較，又為各種車輛定出車輛圓錐指數(shù)。車輛圓錐指數(shù)：是車輛在同一車轍中通過(guò)50次后的土壤的最小額定圓錐指數(shù)。它受車重、行走機(jī)構(gòu)類型、發(fā)動(dòng)機(jī)功率、傳動(dòng)型式及地隙等因素的影響。只要土壤的額定圓錐指數(shù)等于或大于車輛圓錐指數(shù)，車輛就能在這種土壤上行駛。土壤的可行駛性是以額定圓錐指數(shù)來(lái)表示的，額定圓錐指數(shù)是圓錐指41圓錐穿入度儀結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，應(yīng)用很普遍，可用飛機(jī)投擲，其尾部結(jié)構(gòu)可以按穿入深度而使不同顏色的翼片張開，能快速查明大面積地面的土壤可行駛性。各國(guó)的地面力學(xué)實(shí)驗(yàn)室都設(shè)置模擬土壤槽、測(cè)力車和其他試驗(yàn)設(shè)備，以測(cè)定土壤參數(shù)和土壤與車輛行走機(jī)構(gòu)之間的力的關(guān)系。

圓錐穿入度儀結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，應(yīng)用很普遍，可用飛機(jī)投擲，其尾部結(jié)構(gòu)可423、車輛地面系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)模擬仿真基于虛擬樣機(jī)分析技術(shù)，用計(jì)算機(jī)軟件對(duì)車輛地面系統(tǒng)進(jìn)行模擬分析，是隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展而發(fā)展的方法。近年來(lái)發(fā)展很快出現(xiàn)了一些成熟的分析軟件，通過(guò)改變各種土壤條件、參數(shù)和車輛的工況，進(jìn)行車輛與地面的各種力學(xué)狀態(tài)的模擬仿真分析，研究投入少，分析方法多樣，試驗(yàn)條件的設(shè)置更靈活。如：多體動(dòng)力學(xué)仿真軟件RecurDyn、車輛動(dòng)力學(xué)結(jié)構(gòu)分析軟件ADAMS、動(dòng)態(tài)系統(tǒng)仿真軟件MATLAB/Simulink等。它們一般都帶有可以分析車輛行走系的工具箱，運(yùn)用方便，通過(guò)引入的土壤彈塑性力學(xué)本構(gòu)關(guān)系，對(duì)各種車輛地面力學(xué)模型進(jìn)行了研究，可以分析各種地面模型的參數(shù)對(duì)車輛行駛性能的影響，得出各種地面模型所適合的實(shí)際路面，最后建立各種車輛模型。還可以對(duì)各種地面模型進(jìn)行試驗(yàn)仿真分析，為進(jìn)行車輛行駛的試驗(yàn)仿真提供路面依據(jù)。3、車輛地面系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)模擬仿真43輪式車輛的牽引力、滾動(dòng)阻力、功率消耗都與輪胎和地面的變形有關(guān)。二、輪式行走系與地面的關(guān)系影響輪胎與土壤接觸表面形狀的主要因素是土壤強(qiáng)度和輪胎剛度（主要是胎壓）。下圖表示了這種影響結(jié)果（從左到右，土壤強(qiáng)度由大變小，而胎壓由低變高）。輪式車輛的牽引力、滾動(dòng)阻力、功率消耗都與輪胎和地面的變形有關(guān)44試驗(yàn)結(jié)果表明：根據(jù)輪胎的變形大小，其和軟土壤的接觸表面外形也有很大差別。主要有三種情況：1、輪胎徑向變形較小是，輪胎和土壤的接觸面為雙凹形。輪胎相對(duì)徑向變形較小時(shí)接觸表面的形狀試驗(yàn)結(jié)果表明：根據(jù)輪胎的變形大小，其和軟土壤的接觸表面外形也452、當(dāng)輪胎相對(duì)徑向變形值（輪胎徑向變形對(duì)輪胎截面高度之比）大于一定的數(shù)值（8％～10％）時(shí)，由圖可見(jiàn)，中間接觸區(qū)域的形狀近于平面，其大小隨著變形的增加而擴(kuò)大。輪胎相對(duì)徑向變形值較大時(shí)接觸表面的形狀2、當(dāng)輪胎相對(duì)徑向變形值（輪胎徑向變形對(duì)輪胎截面高度之比）大463、當(dāng)輪胎變形很大（＞20％的輪胎截面高度）時(shí)，外胎向相反方法撓曲，而在中間平面區(qū)域的接觸表面變成曲率相反的凸形。當(dāng)輪胎變形很大時(shí)接觸表面的形狀3、當(dāng)輪胎變形很大（＞20％的輪胎截面高度）時(shí)，外胎向相反方47◆滑轉(zhuǎn)率對(duì)接觸表面形狀影響低滑轉(zhuǎn)率時(shí)，彈性輪胎在接地中間部分近似為平面；隨著滑轉(zhuǎn)率s的增加，輪胎在接地中間部位產(chǎn)生向上的撓曲。滑轉(zhuǎn)率對(duì)輪胎接地形狀的影響圖◆滑轉(zhuǎn)率對(duì)接觸表面形狀影響滑轉(zhuǎn)率對(duì)輪胎接地形狀的影響圖48◆輪胎與地面接觸表面的形狀輪胎和地面接觸表面的尺寸較難確定，土壤性能和和輪胎結(jié)構(gòu)、胎壓等因素太多。研究者們做了許多工作。彈性輪胎在軟土壤上的近似接觸面形狀和尺寸如圖。接觸面形狀近似一個(gè)完整的橢圓，與輪胎斷面寬、輪胎變形、土壤變形下陷、胎壓等因素有關(guān)?！糨喬ヅc地面接觸表面的形狀接觸面形狀近似一個(gè)完整的橢49◆滑轉(zhuǎn)下陷的發(fā)生機(jī)理車輪的滑轉(zhuǎn)下陷是輪胎下土壤顆粒運(yùn)動(dòng)的結(jié)果。輪胎下土壤顆粒的運(yùn)動(dòng)情況

車輪下土壤顆粒的運(yùn)動(dòng)由試驗(yàn)得出：車輪下壤顆粒的運(yùn)動(dòng)由兩個(gè)區(qū)域組成。區(qū)域A的土壤顆粒順時(shí)針?lè)较蛞苿?dòng)，使土壤在車輪前凸起；而區(qū)域B的土壤顆粒逆時(shí)針?lè)较蛞苿?dòng)，使土壤受到掘削而產(chǎn)生下陷。兩個(gè)區(qū)域的大小因土壤特性的不同而異?！艋D(zhuǎn)下陷的發(fā)生機(jī)理車輪下土壤顆粒的運(yùn)動(dòng)由試驗(yàn)得出：車輪下壤50試驗(yàn)表明：一般情況下，驅(qū)動(dòng)輪下的砂土有兩個(gè)流動(dòng)破壞區(qū)，即向前的流動(dòng)區(qū)和向后的流動(dòng)區(qū)，并且流動(dòng)破壞區(qū)的包絡(luò)線可用對(duì)數(shù)螺旋線表示。前區(qū)隨下陷的加深而擴(kuò)大，后區(qū)則隨滑轉(zhuǎn)的增加而發(fā)展，同時(shí)，破壞形式由局部剪切變?yōu)檎w剪切。輪下砂土流動(dòng)破壞的兩個(gè)區(qū)域并不總是同時(shí)存在，當(dāng)滑轉(zhuǎn)率較小或?yàn)榱銜r(shí)，向后的破壞區(qū)基本上不存在；當(dāng)輪胎變形較大或下陷量較小時(shí)前區(qū)也非常小甚至消失。反之，當(dāng)輪胎變形很小或下陷量較大時(shí)，前區(qū)的界限非常明顯，且范圍也比較大。車輪下砂土