计及胎面花纹影响的轮胎侧偏显式有限元分析

摘要

胎面花纹是轮胎的重要参数之一，它对轮胎的行驶性能和使用寿命有着直接的影响。在传统的轮胎生产中，检验新的花纹设计方案是否合理，需要手工雕刻技术获得样品胎，并需要做大量的试验。20世纪70年代以来，有限元分析方法在轮胎工程中得到了广泛的应用。由于轮胎花纹的复杂性，使得本来就已十分复杂的轮胎结构分析更为困难，早期的轮胎有限元分析均是忽略复杂胎面花纹的。近十年来已经开始计及复杂胎面花纹影响的轮胎有限元分析，但是对于轮胎复杂工况的相关建模和分析技术仍有不足，本文针对这个问题进行了一些初步的研究。 以205/55R16半钢子午线轮胎为参考轮胎，利用组合类保角映射簇建模法构建了不同胎面花纹的一系列轮胎有限元模型，得到了完全的、较高质量的六面体网格，并形成了花纹轮胎侧偏滚动工况的先隐式后显式算法的求解策略。计算结果表明，本文采用的有限元模型和求解策略是有效的，将数值振荡控制在了一个较低的水平。 在此基础上，考察了胎面花纹对轮胎侧偏特性的影响。结果表明，与光面轮胎相比，花纹轮胎的侧偏刚度与回正刚度有明显减小；不同花纹轮胎之间的侧偏刚度与回正刚度差别很小；非对称花纹轮胎的残余侧向力和残余回正力矩与其他花纹轮胎相比有明显减小。 考察了胎面花纹对轮胎侧偏接地性能的影响。结果表明，与光面轮胎相比，花纹轮胎的接地印痕形状基本没有改变，仍接近椭圆形，接地压力分布仍基本关于轮胎中分面和180°截面对称，但是接地压力的数值明显增大；在侧偏工况下花纹轮胎的接地印痕形状发生了明显的改变，接地区域向胎肩部移动，同时纵向接地长度有所增加，侧向接地长度有所减小。轮胎的接地压力分布特征也发生了明显的改变。接地压力分布不再关于轮胎中分面对称，出现接地压力最大值的位置向胎肩部移动，数值也明显增大；少量花纹块边缘处出现了明显的褶皱现象，这可能是由于轮胎接地面上一些局部区域的较大的侧向摩擦应力造成的。

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文摘

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致谢

第一章绪论

1.1引言

1.2计及复杂胎面花纹的轮胎结构有限元建模技术

1.3计及复杂胎面花纹的轮胎动力学问题求解策略

1.3.1使用隐式算法求解轮胎动力学问题

1.3.2使用显式算法求解轮胎动力学问题

1.4本文工作

第二章计及复杂胎面花纹的轮胎显式有限元分析模型

2.1本文分析用轮胎结构与材料参数

2.2轮胎有限元模型的建立

2.2.1组合花纹轮胎模型的建立

2.2.2显式积分计算步长的确定

2.2.3侧偏滚动工况的模拟

2.4有限元模型的考评

2.5本章小结

第三章胎面花纹对侧偏滚动轮胎结构力学性能的影响

3.1不同胎面花纹的轮胎模型

3.2胎面花纹对轮胎侧偏特性的影响

3.3胎面花纹对轮胎侧偏接地性能的影响

3.4本章小结

第四章总结和展望

4.1全文总结

4.2展望

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文