机械弹性安全车轮侧偏特性的建模研究

摘要

传统的充气轮胎在车辆高速行驶时存在穿孔爆胎的危险，导致胎压急剧下降，造成严重的交通事故。本课题研究的弹性安全车轮是一种特殊的车轮，通过铰链组将特制轮毂与橡胶体包覆的弹性钢丝环连接成一体，实现了车轮与轮胎的合二为一。由于采用无充气的机械弹性结构，具有抗刺扎、防破损、承载能力强等优势。
　　本文旨在研究机械弹性车轮的侧偏特性，为车轮性能评价、结构优化设计及整车动力学分析等提供指导，主要研究内容包括以下几个方面：
　　首先，阐述了机械弹性车轮的系统构成及基本原理，对机械弹性车轮结构进行合理简化，利用CATIA建立机械弹性车轮的几何模型，利用ABAQUS建立机械弹性车轮静态接地的有限元模型，并对其进行垂直接地与侧倾接地条件下的静力学仿真分析，得到了机械弹性车轮下沉量、接地区压力分布状况与所受垂向载荷的关系，为进一步研究车轮的各项力学性能奠定坚实的基础。
　　其次，建立了胎面为弹性体胎体为刚性体的纯滚动与制动-驱动工况下机械弹性车轮的侧偏特性一般理论模型，并推导出回正力矩、侧向力与侧偏角的理论公式，将其与Fiala轮胎模型中纯侧偏工况与纵滑侧偏工况下轮胎的纵向力、侧向力、回正力矩模型公式进行对比分析，以验证所建立理论模型的合理性，为进一步研究机械弹性车轮的非稳态侧偏特性提供了一定的参考。
　　最后，利用机械弹性车轮侧偏特性的有限元模型，仿真得到了机械弹性车轮纯滚动与制动-驱动工况下的侧偏特性关系曲线；利用课题组自主研制的低速平板式轮胎力学特性试验台对机械弹性车轮进行了稳态侧偏特性试验，将试验数据与仿真数据进行了对比分析，验证了所建立有限元模型的合理性；同时仿真研究了不同车辆行驶速度、路面摩擦系数及车轮外倾角时机械弹性车轮侧偏特性的变化规律，初步探索了影响机械弹性车轮侧偏特性的因素。

目录

声明

注释表

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 轮胎侧偏特性的国内外研究现状

1.3 本文主要研究内容

第二章 轮胎的力学性能及静刚度试验

2.1 轮胎的六分力

2.2 轮胎的静刚度

2.3 轮胎的侧偏特性

2.4 机械弹性车轮的静刚度试验

2.5 本章小结

第三章 机械弹性车轮静态接地性能的有限元分析

3.1 有限元法的基本理论

3.2 机械弹性车轮的系统构成与工作原理

3.3 机械弹性车轮静态接地有限元模型

3.4 机械弹性车轮静态接地有限元分析

3.5 本章小结

第四章 机械弹性车轮稳态侧偏特性的理论建模

4.1 机械弹性车轮纯滚动工况下的侧偏特性理论模型

4.2 机械弹性车轮制动-驱动工况下的侧偏特性理论模型

4.3 机械弹性车轮侧偏特性理论模型的验证

4.4 本章小结

第五章 机械弹性车轮稳态侧偏特性有限元仿真研究

5.1 机械弹性车轮稳态侧偏特性的有限元仿真

5.2 机械弹性车轮侧偏特性有限元模型的试验验证

5.3机械弹性车轮侧偏特性影响因素的仿真研究

5.4 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 本文主要研究成果与创新点

6.2 工作展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文