地面车辆力学的研究简史

军用越野货车人们认为，只要加大轮胎或履带的接地面积（如增加轮胎数、降低轮胎气压或加大轮胎或履带的尺寸）以减轻对地面的单位压力，并加大发动机功率以提高驱动力，车辆就能有良好的通过松软地面的能力。根据这一概念曾设计出3轴10轮（双后轴，每轴端各装双轮胎，10轮驱动）军用越野货车。在第二次世界大战中使用结果表明：在同样的轴荷下，双轮胎的行驶阻力加大，效果不佳。这就引起人们开始系统地研究轮胎、履带等在各种地面上的驱动力、阻力、下陷和滑转及滑移等的变化规律和相互关系，以解决越野车辆设计问题。1940年，德国R.伯恩斯坦用公式q=KZ 1/2表示下陷量Z与单位接地面积压力q的关系（K为土壤变形模量），后来的研究者将公式普遍化为q=KZn。1944年，英国的E.W.E.迈克尔思韦特提出，车辆的最大驱动力F，可以从库仑土壤剪切应力公式τ=c+qtgφ（c为土壤单位面积内聚力；φ为土壤内摩擦角）推导而得，即F=cA+qAtgφ（A为接地面积）。在加拿大国防部工作的M.G.贝克在此基础上进一步研究了土壤承载能力的稳定性，以及土壤塑性变形所引起的行驶阻力等问题，并提出更精确而普遍的公式 式中b为加载面积的宽度或半径；Kс、Kф分别为土壤内聚变形模量和摩擦变形模量；K2、K1为实际测定的系数；Ymax是τ的表达式右端括号内部分的最大值，当此值达到最大时，即为库仑公式τ=c+qtgφ；徴为产生剪应力τ的土壤变形量。此式主要用于粘性不大的土壤。1960年贝克将行走过程分解为加载和剪切过程，分别用承压仪和剪切仪测量土壤的Kс、Kф、n、c、φ和K 6个参数，这6个参数称为贝氏值。1961年，英国的A.R.里斯提出适用于塑性土壤的τ值简化公式，K为土壤水平变形模量。 贝克、里斯等的研究和试验，使地面车辆力学由经验和直接试验阶段进入了试验与理论结合较密切的半经验阶段。现代有的研究者尝试从土壤力学的基本理论出发来分析机器土壤力学关系。如里斯等认为英国剑桥大学土壤力学小组提出的土壤临界状态理论已使土壤应力和孔隙变化相联系，对研究滑转变形很适用，很有发展前途。另外，还有借用流变学理论建立的土壤流变学模型等。 贝克首先提出地面车辆力学理论，建立了试验方法，1956年出版了有关地面车辆力学的第一本专著《陆用车辆行驶原理》。他被公认为这一学科的创立者。1961年，美国和意大利陆军在都灵召开第一次国际性地面车辆力学学术会议。1962年，成立国际地面车辆系统学会。中国从60年代开始这一学科的研究，主要注意水田拖拉机和耕作机械设计，研制水、旱田土壤参数测量仪器，研究水田土壤的流变性质和土壤在行走机构的金属上粘附现象。1982年成立了地面机械系统研究会。