子午线轮胎温度场有限元分析与测试

摘要

本文基于单向解耦分析思想,提出了一个以等效粘性损耗系数概念为基础的计算能量损耗的方法,改进了D.Shida的损耗分析:提出了一个以试验测量结果为基础的完整的分段确定胎侧热交换系数的反演方法,发展了轮胎温度场的有限元分析方法.另外,根据有限元数值分析的计算结果,分析了轮胎稳态温度场的特征及相关参数的影响.根据现有的轮胎温度场测试方法,在轮胎转鼓试验机上实现了11.00R20子午线轮胎不同工况下的稳态滚动过程,并测量得到了轮胎表面温度场、结构内部稳态温度及内腔气压变化,并分析得到了内腔气体稳态温度.测试结果表明,在稳态运行100分钟后,轮胎温度场达到稳定,测量温度随运行速度增加而增加,胎侧的稳态温度在不同速度下的分布保持一致.以ABAQUS有限元程序为基础,以11.00R20子午线轮胎为例,完整的实现了从结构变形分析、能量损耗分析到热传导分析的稳态滚动轮胎的稳态温度场数值分析过程.结构变形分析中,采用了试验获得的轮胎橡胶材料平衡态的超弹性本构;能量损耗分析中,采用傅立叶分解的方法来分析结构的弹性应力应变循环,并以试验分析得到的等效粘性损耗系数为基础,编写相应的程序计算了结构的能量损耗;热传导分析中,通过ABAQUS程序提供的HETVAL用户子程序来定义结构热源,并结合试验测量的轮胎胎侧稳态温度场,反演分析得到了分段的胎侧不同区域的确定对流热交换系数的参数αi;最后的有限元计算结果与测试结果做了比较,结果表明本文的计算方法是可靠的.针对11.00R20子午线轮胎,计算了其诸多工况下的稳态温度场分布,并分析了其稳态温度场的基本特征及行使速度、充气压力和轮胎负载对其稳态温度场的影响.分析结果表明,结构能量损耗对轮胎稳态温度场分布起主导作用;相对于行驶速度、充气压力,轮胎的负载对轮胎温升影响最大.

目录

文摘

英文文摘

致谢

第一章绪论

§1-1引言

§1-2轮胎结构热源的产生

§1-3轮胎温度场测试方法

§1-4轮胎温度场的分析方法

§1-4-1简化解析模型分析

§1-4-2有限元数值模拟分析

§1-5本文工作

第二章11.00R20轮胎稳态滚动的稳态温度场测试

§2-1轮胎稳态滚动温度场测试方案

§2-2测试结果与分析

§2-3本章小节

第三章11.00R20轮胎稳态滚动的稳态温度场有限元分析

§3-1总体分析框架

§3-2橡胶材料力学性能测试与材料模型选择

§3-2-1橡胶材料力学性能的测试结果

§3-2-2橡胶材料的本构模型选择

§3-3结构变形有限元模型及分析过程

§3-3-1有限元计算模型

§3-3-2结构变形分析及结果

§3-4能量损耗分析及计算程序

§3-4-1材料粘弹性损耗的简化计算

§3-4-2结构损耗的简化计算

§3-5热传导分析有限元模型及分析过程

§3-5-1有限元计算模型

§3-5-2热力学基本方程

§3-5-3 内热源在用户子程序中的定义

§3-5-4 边界条件与胎侧边界的反演分析

§3-5-5温度场结果

§3-6 本章小节

第四章11.00R20轮胎稳态温度场基本特征及相关参数的影响

§4-1温度场基本特征

§4-2相关参数的对温度场的影响

§4-3本章小节

第五章 总结与展望

§5-1全文总结

§5-2展望

参考文献