全钢子午线轮胎有限元分析

摘要

轮胎是汽车承载主要部件，轮胎的力学性能对汽车行驶性能、能量损耗和油耗，特别是操作稳定性、安全性有着重要的影响。但是轮胎的结构十分复杂，其力学性质十分复杂，本文的研究工作主要是针对轮胎的力学性质进行分析。本文利用有限元来分析全钢子午线轮胎的力学性能。在建立有限元模型时借助ANSYS软件，根据轮胎的对称性建立了轮胎的二分之一有限元分析模型。模型中轮胎橡胶材料采用各向同性材料模型，橡胶-帘线复合材料采用正交各向异性材料模型分析计算。在橡胶材料模型中，采用线性弹性模型和超弹Neo-Hookean材料模型对轮胎进行模拟分析，比较两种不同材料模型在充气状态下计算的充气外直径、断面宽的不同变化规律，比较四个钢丝带束层及胎体帘布层的应力、应变分布规律，分析线性弹性模型和非线性弹性模型计算不同的结果。在轮胎受外载荷作用下，采用分载荷步加载计算，充气压力为第一步，外载荷为第二步，橡胶材料采用超弹Neo-Hookean材料模型，分析了轮胎的剪应力和剪应变分布情况，采用最大应变理论、最大应力理论和Tsai-Wu理论校核模拟结果，重点分析了轮胎的承载强度问题。本文应用了有限元理论对轮胎的力学性能进行了研究，这为进一步优化设计轮胎的结构打下基础。

目录

摘要

Abstract

第1章 绪论

1.1 课题背景

1.2 子午线轮胎简介

1.3 国内外研究现状

1.3.1 国外轮胎分析技术研究

1.3.2 国内轮胎分析技术研究

1.4 课题主要研究内容

第2章 轮胎结构力学和轮胎有限元分析技术

2.1 引言

2.2 轮胎结构力学理论

2.2.1 早期的轮胎模型分析方法

2.2.2 薄膜分析理论

2.2.3 网格分析理论

2.2.4 薄壳分析理论

2.2.5 复合材料层合理论

2.3 轮胎有限元分析技术

2.3.1 有限元法简介

2.3.2 线弹性有限元法的基本原理

2.3.3 非线性有限元法问题分析

2.4 本章小结

第3章 轮胎有限元模型

3.1 引言

3.2 材料模型

3.2.1 橡胶材料的本构模型

3.2.2 橡胶-帘线复合材料的本构模型

3.3 材料参数的获取

3.4 轮胎模型

3.4.1 几何模型

3.4.2 单元类型

3.5 本章小结

第4章 轮胎有限元分析

4.1 引言

4.2 边界条件和载荷

4.3 有限元分析结果

4.3.1 充气变形分析

4.3.2 应力分析

4.3.3 应变分析

4.3.4 外载荷作用下轮胎有限元分析

4.4 本章小结

第5章 轮胎强度分析

5.1 引言

5.2 强度理论

5.2.1 各向同性材料强度理论

5.2.2 复合材料强度理论

5.3 轮胎有限元强度分析及结果分析

5.3.1 轮胎有限元强度校核

5.3.2 轮胎强度结果分析

5.4 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

致谢