海底履带车行走通过性能与底质力学特性关系的理论与实验研究

海底极稀软底质是一种完全不同于陆地表面的特殊底质，对海底作业车辆的结构设计及其行走通过性能提出高要求。本申请课题对海底履带车行走通过性能与底质力学特性关系进行研究。探明海底履带车行走机构与底质相互作用的剪切、承载力学特性，提出可获得最大剪切强度值的海底履带车最佳接地比压设计值以及履带齿形最优结构设计方案；构建海底履带车稳态行走通过性能定量分析与评价数学模型，获得行走牵引力、阻力与车体滑转率之间的函数关系，计算车体牵引系数与牵引效率等通过性能评价指标，提出海底履带车行走最佳滑转率及滑转率控制范围，探明履带车车体及履带系统结构设计参数对行走通过性能的影响规律，提出提高海底行走通过性能的履带车结构参数优化设计方法。通过实验研究验证数学模型的准确性。预期通过本项目研究，探明海底履带车行走通过性能与底质力学特性的关系，构建海底履带车结构设计理论与方法，拓展和丰富车辆地面力学的研究领域和研究内涵。

海底履带车作为深海底资源开发系统与海底作业工程系统中均必不可少的重要装备之一，一直以来都是各国深海作业技术与装备研究领域的重要课题。本项目针对海底履带车行走通过性能与底质力学特性关系开展研究，取得了一定的研究结果与进展：.1、.通过实验室模拟试验探明了海底履带车行走机构与底质相互作用的复杂力学特性关系。获得了相互作用水平方向剪切应力—剪切位移以及法向压力—沉陷量定量关系式，为海底履带车的结构设计与行走通过性能分析提供了最为关键的边界条件参数与计算基础。.2、.构建了一种海底履带车行走牵引通过性能定量计算数学模型。应用实验室模拟试验获得的海底履带车行走机构与底质相互作用力学关系式，计算推导出海底履带车行走牵引力与车体滑转率间的定量关系式，提出了海底履带车行走最大牵引力及对应的最佳滑转率与滑转率控制范围。分析了履带车接地参数对其牵引性能的影响规律，获得了牵引力与履带接地参数间的关系曲线，提出了最佳的海底履带车接地参数设计值。该研究为海底履带车的结构优化设计提供了理论基础。.3、.通过模型二次开发，基于提出的优化设计方案，构建了一种新的海底履带车多体动力学模型。应用实验室模拟试验获得的海底底质力学特性关系式，编写用户自定义子程序，实现了海底底质力学模型在海底履带车多体动力学模型中的构建与集成。开展海底底质特殊力学载荷下履带车多种行走工况动力学分析，评价其行走通过性能，为实际海底履带车的行走性能评估及行走控制研究奠定基础。.4、.设计与研制了一台小型稀软底质履带式模型车及其测控系统。开展了实验室软底质场地上的多种行走工况性能测试，验证了小型稀软底质履带式模型车的行走通过性能，验证了设计方法的可行能与可靠性。. 在项目资助下，本课题开展了海底履带车及其涉及的深海资源开采与海底作业工程领域的一定研究工作，发表了多篇高水平学术论文，受邀为国内重要期刊撰写综述性论文，并多次受邀参加国内外高水平学术会议，取得了良好的研究结果与进展。