地面—车辆系统力学terrain-vehicle system mechanics

研究和定量描述各种车辆(包括拖拉机、自走式机械等)与地面间力学关系的学科。借以建立地面—车辆系统的数学模型；分析研究系统内的关键环节，进行系统分析；使各种车辆的设计、选择和运用实现最优化。
发展概况 1944年英国的密克莱威特(E.W.E.Micklethweite)首先探寻地面与车辆性能间的关系，应用经典土力学的库仑公式来预测履带式车辆可能发挥的最大推进力H:

H=blc+Wtgφ

式中 b及l是履带接地宽度和长度；c和φ是土壤的内聚力和内摩擦角；W是车辆的重量。
随后，欧美学者贝克(M.G.Bekker)、瑞斯(A.R.Reece)等和中国的一些学者在这方面做了大量工作，逐步形成了一门新的学科。1961年在意大利都灵召开的首次国际地面一车辆系统学会会议上，正式采用了“地面一车辆系统力学”这一名词。以后又创造了另一个新的名词“地面力学(Terramechanics)”。这个名词包括任何地面与机器系统间的力学问题。中国于1982年成立了“地面一机器系统研究会”，作为中国农业机械学会的一个分科学会。
研究内容 在农业机械化领域，地面一车辆系统力学的研究内容主要包括：❶在拖拉机和自走式农业机械行走系统(轮子、履带等)的作用下，地面的应力一应变关系，土壤结构失效，应变速率效应等；
❷拖拉机和自走式农业机械在松软土壤上的性能及松软土壤性能的分析。如牵引性能、通过性能等，特别是对拖拉机在松软土壤中通过性能的评价，以及由此对拖拉机改进和优化设计的研究；
❸对由地面不平而产生的振动的研究；
❹拖拉机形态学的研究等。
研究方法 主要有：纯经验方法、半经验方法、基本理论研究法、模型试验及因次分析法、计算机模拟及仿真法等
纯经验方法 通过观察或测量来鉴定地面和土壤特性，并将车辆放在各种重要类型地面和土壤中进行试验，然后根据这两组试验结果，推导出地面和土壤特性与车辆性能之间的关系。例如美国陆军水道试验站的圆锥指数法。此法的主体是采用一个圆锥体穿入仪。将圆锥体压入土中所需的力，除以圆锥体基体面积之商，即称为“圆锥指数”。如将这个指数同车辆曾试验过的土壤的圆锥指数相比较，就可预知车辆能否在指定土壤上通过。这种方法虽然简单易行，但需做大量试验才能获得定量关系，而且所得结果又很难用于试验范围以外的情况。
半经验方法 应用土壤力学理论，对车辆行走系统在地面上的作用进行力学分析，建立地面与车辆间相互关系的简单数学模型，再用这种模型来建立近似的理论，并不断地用现场试验来校核、修正。贝克的研究方法即属此类，应用较广。
基本理论研究法 用塑性理论或有限元法来研究地面与车辆行走系统的相互作用。这方面的研究目前刚开始起步。
模型试验和因次分析法 用模型试验来寻求和验证地面与车辆性能间的相互关系。把自然物理现象中与车辆行驶过程有关的因素按一定比例缩小后，放到试验室的土槽中进行观察测量，然后再把结果按一定比例放大，从而得到产生于原型中的物理现象。这种方法可以很好地控制所有参数和试验条件，对于一些简单的基本概念可以很快进行推断，并可消除或减少某些干扰因素。模型试验的理论基础是因次分析。这种方法的主要问题是地面性质的模型化问题。有两种解决办法：一种是使用将地面性质按一定比例缩小的人工土壤；另一种是采用畸变模型。
计算机模拟及仿真法 将用以描述地面、车辆、驾驶员的各种变量，在模拟计算时输入电子计算机；输出数据为给定地面条件下的实际最大车速或限制车速。如把影响变量的组合因素看成是一个独立的参数，就可绘制出车辆沿特定路线可能行驶的速度分布图。这是一种研究地面一车辆系统力学的最新方法，其最终目的是建立一个适合于计算机的程序并可用简单数学式表示的预测系统。