11.00R20全钢载重子午线轮胎的有限元分析

摘要

借助ABAQUS非线性有限元软件，建立了11.00R20全钢载重子午线轮胎的轴对称和三维有限元分析模型，考虑了轮胎变形的几何非线性、轮胎与地面和轮胎与轮辋的大变形非线性接触，轮胎材料的非均匀性、橡胶材料的不可压缩性和物理非线性及橡胶基复合材料的各向异性。
　　针对11.00R20全钢载重子午线轮胎中使用的各种橡胶材料的单向拉伸测试结果，选用Yeoh模型来表征橡胶材料的力学性能，并在相关软件中根据最小二乘法拟合得到相应的材料参数；钢丝帘线根据实验得出的等效拉伸应力-应变曲线来确定其帘线的材料模型和参数，采用rebar模型简化。
　　本文根据所建立的轮胎有限元模型，首先模拟了轮胎与轮辋接触的装配过程以及充气过程，然后得到了轮胎的变形情况；得到了充气断面宽B’和充气断面直径D’，并与测量值进行比较，在规定的误差范围内，验证了模型是合理的；同时分析了轮胎中骨架结构和胎圈部位的受力状况。
　　模拟了光面轮胎在标准气压下的静负荷接地过程，得到了轮胎静态接地下的接地印迹、带束层和胎体层的受力情况；分析了不同气压对发生翘曲、承载能力以及径向刚度的影响，得到了不同气压下的接地面积、接触压力分布；分析了不同下沉量对接地反力的影响，得到了不同下沉量下的接地压力；在静态接地基础上模拟了稳态滚动工况，得到了驱动、制动以及不同滚动速度下接触应力分布，在速度为80km/h时，分析了不同摩擦系数下自由滚动半径、接触应力的变化。
　　在自由滚动分析的基础上，建立了模拟轮胎侧偏的模型，研究了轮胎的侧偏特性，通过改变侧偏角得到了不同侧偏角下轮胎的最低断面的变形情况、接地印痕分布以及侧向力、回正力矩与侧偏角的关系。
　　根据轮胎的有限元分析模型，研究了不同充气压力下的子午线轮胎硬度系数，验证了轮胎硬度系数随充气压力增大而减小。得到了标准气压和标准载荷下胎冠部位带束层与胎体帘布层之间、胎侧部位加强层与胎体层之间的压力分担率。

目录

文摘

英文文摘

符号说明

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 子午线轮胎的发展概况

1.3 子午线轮胎与斜交轮胎的差异

1.4 有限元分析技术在轮胎中的研究现状

1.5 轮胎结构涉及的力学问题

1.5.1 结构动力学特性分析

1.5.2 结构的应力分析

1.5.3 轮胎的接地性能分析

1.6 轮胎的侧偏

1.6.1 国内外侧偏性能分析概况

1.6.2 轮胎侧偏产生的机理

1.6.3 轮胎的侧偏特性

1.6.4 影响轮胎侧偏特性的因素

1.7 轮胎的刚度

1.7.1 径向刚度

1.7.2 侧向刚度

1.7.3 纵向刚度

1.7.4 扭转刚度

1.8 有限元分析技术简介

1.8.1 有限元技术的原理

1.9 ABAQUS软件简介

1.10 课题研究的内容及意义

1.10.1 课题研究的内容

1.10.2 课题研究的意义

第二章 实验与材料参数获取

2.1 实验仪器与软件

2.2 材料参数的获取

2.2.1 橡胶材料参数的获取

2.2.2 骨架材料参数的获取

2.3 本章小结

第三章 11.00R20轮胎有限元分析

3.111.00R20全钢载重子午线轮胎结构和工况简介

3.1.1 全钢载重子午线轮胎结构

3.1.2 载荷工况的说明

3.2 有限元计算模型的建立

3.2.1 轮胎有限元模型的非线性

3.2.2 有限元网格的划分

3.2.3 单元类型的选择

3.2.4 二维模型建立的步骤

3.2.5 轮胎三维网格模型的建立

3.3 载荷工况和接触边界条件的模拟

3.3.1 过盈装配工况

3.3.2 轮胎充气工况

3.3.3 静负荷工况

3.3.4 滚动工况

3.4 求解

3.5 本章小结

第四章 11.00R20全钢子午胎充气的有限元分析

4.1 引言

4.2 平面轴对称模型充气模拟

4.2.1 材料模型的描述

4.2.2 模拟安装轮辋和充气

4.2.3 有限元结果的考评

4.2.4 有限元分析结果

4.3 本章小结

第五章 静态接地工况的有限元分析结果

5.1 轮胎三维模型的建立

5.2 垂直加载荷模拟

5.3 有限元模型的考评

5.4 有限元结果分析

5.4.1 静负荷工况下帘线受力分析

5.4.2 不同气压下的计算结果分析

5.4.3 不同下沉量时的计算结果分析

5.5 本章小结

第六章 稳态滚动有限元分析

6.1 ABAQUS/Standard稳态滚动的原理

6.2 轮胎自由滚动的数学模型

6.3 稳态滚动分析的模型

6.3.1 稳态分析

6.3.2 接触条件的定义

6.4 有限元分析结果

6.4.1 不同速度下的自由滚动计算结果分析

6.4.2 不同摩擦系数下的计算结果分析

6.5 本章小结

第七章 轮胎侧偏特性的有限元分析

7.1 引言

7.2 轮胎侧偏的模拟

7.3 结果与讨论

7.3.1 接地形状与侧偏角的关系

7.3.2 侧偏工况下的接触法向应力

7.3.2 侧向力和回正力矩侧偏角的关系

7.4 本章小结

第八章 子午线轮胎硬度系数和压力分担率的有限元分析

8.1 引言

8.2 里论与公式

8.2.1 轮胎硬度系数理论和公式

8.2.2 压力分担率理论和公式

8.3 分析结果

8.3.1 不同充气压力下的接地面积

8.3.2 不同气压时的硬度系数

8.3.3 压力分担率

8.4 本章小结

结论与展望

1 结论

2 展望

参考文献

致谢

研究生期间发表的学术论文