复合工况条件下轮胎轮辋接触安全性研究

摘要

合理的胎圈轮辋配合是保证轮胎安全性的重要方面，而轮辋错动问题会使轮胎轮辋组件的平衡性丧失，导致轮胎振动，进而影响车辆的操纵稳定性和安全性。目前，国内缺少针对滚动状态下轮辋错动力学问题的研究，此外减弱轮辋错动的胎圈结构优化方案大多采用增大过盈的方式，这在一定程度上加重了轮辋装卸难度。因此，本文以12.00-2018PR轮胎为研究对象，运用数值模拟和试验探究相结合的研究方法，分析稳态复合工况下胎圈轮辋的接触情况，进而提出以不改变过盈为前提，以增大轮辋错动阻力为目的的胎圈结构优化方案，最后通过搭建胎圈动态压力测试系统，获取不同工况下压力变化的情形，实现有限元模型的验证，并提供对改善轮胎及轮辋最佳化设计的帮助。
　　第一部分，复合工况轮胎稳态力学仿真：首先建立刚性轮辋、地面与具有三大非线性特征轮胎的整体有限元模型，其次基于理论分析初步确定影响胎圈轮辋配合的外部因素，进而制定仿真方案，最后运用ABAQUS软件，考虑非线性因素对分析过程的影响，对轮胎有限元模型进行稳态仿真分析。结果表明：气压负荷的增大及胎圈轮辋间摩擦系数的减小将明显增强轮辋周向错动的趋势；侧偏角的增大使得轮辋侧向错动趋势增大而周向错动趋势减弱；路面倾角变化对轮辋错动无明显影响。
　　第二部分，胎圈结构优化：在轮胎充气加载仿真分析中出现沿侧向的胎圈接触压力分布不均匀的问题，严重影响最大轮辋错动阻力的大小。因此，从分析轮胎胎圈自身结构设计的不合理性出发，结合关于胎圈部位优化的各种方案，提出一种胎圈结构各参数定量化的优化模型。最后通过仿真试验验证优化方案的可行性，从而为胎圈结构的合理设计提供了方向性的指导。
　　第三部分，压力测试系统开发：为实时获取胎圈接触压力数值，在分析目前接触压力主要测试方法的基础上，确定薄膜接触压力传感器及其测试系统的测量技术。进而制定测试系统的总体设计方案，完成系统的设计、调试及试验测试。通过对比试验数据与仿真数据，结果表明该系统满足接触压力测量精度的要求，从而实现对压力变化情形的实时监测，保证驾驶安全。

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第一章 绪论

§1.1 工程背景

§1.2 国内外研究现状综述

§1.3 课题研究目的及方法

§1.4 课题研究内容

第二章 轮胎有限元分析基本理论及建模

§2.1 ABAQUS软件概述

§2.2 轮胎有限元分析理论及方法

§2.3 轮胎的建模方法

§2.4 有限元模型的建立

§2.5 轮胎有限元模型的求解

§2.6 本章小结

第三章 复合工况下轮胎轮辋接触力学特性研究

§3.1 不同工况下轮胎受力分析

§3.2 仿真方案的确定

§3.3 不同工况下轮胎轮辋接触有限元分析

§3.4 有限元结果验证

§3.5 轮胎仿真结果分析

§3.6 本章小结

第四章 轮胎胎圈结构优化

§4.1胎圈结构

§4.2 胎圈结构的优化

§4.3 优化模型的仿真验证

§4.4 本章小结

第五章 无线胎圈压力测试系统的设计

§5.1 无线胎圈压力测试系统的搭建

§5.2 系统实物平台的搭建

§5.3 系统试验实施及数据对比

§5.4 本章小结

第六章 总结与展望

§6.1 总结

§6.2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间主要学术成果