子午线轮胎结构有限元分析和设计原理的若干问题研究

摘要

近三十年以来,随着有限元技术的发展,有限元分析已经逐渐成为子午线轮胎结构分析的主要手段.目前这一领域还存在一些亟待解决的问题,主要可概括为两个方面,一是针对高度非均匀、高度各向异性的轮胎结构,有限元分析技术自身还有待发展,既需要提高求解效率,又需要提高分析精度,特别是在一些结构非常复杂、变形和应力梯度极大的局部区域,以及涉及非轴对称的一些局部结构;二是对轮胎结构的一些带规律性的基本特征还缺乏系统深入的研究.另外,平衡轮廓形状理论是轮胎结构初步设计的最主要依据,而经典的子午线轮胎平衡轮廓形状理论还不够完整,而且关于带束层压力分担率的假设也与实际情况有很大出入,总之文献报道的经典理论实际上还难以应用.该文针对上述子午线轮胎结构有限元分析和设计原理中存在的问题开展了较系统的研究.针对轮胎中实际使用的各种橡胶材料的单向拉伸测试结果,在现有橡胶材料本构模型中选择出能较好表征该文所研究的橡胶材料力学性能的Yeoh模型,得到了相应的材料参数;对轮胎骨架材料拉伸力学性能进行了实验研究,由钢丝帘线的等效拉伸应力~应变曲线确定了帘线的材料模型和参数.上述轮胎材料力学性能的研究满足了该文轮胎结构有限元分析的需要.以ABAQUS软件为基础,形成了从装配、充气、静负荷、驱动、自由滚动到制动等工况下轮胎结构分析的求解策略,并对有限元计算结果进行了必要的考评;还针对子午线轮胎的两个显著薄弱部位分别实现了适合各自结构特点和变形特征的局部精细分析.

目录

文摘

英文文摘

致谢

第一章绪论

§1-1引言

§1-2子午线轮胎与斜交胎结构的区别

§1-3轮胎结构的主要力学问题

§1-4轮胎结构有限元分析研究现状

§1-5轮胎结构设计理论研究现状

§1-5-1平衡轮廓理论

§1-5-2斜交胎和子午线轮胎平衡轮廓设计的物理基础

§1-5-3现代设计理论

§1-6本文工作

第二章轮胎材料力学性能的表征与测试

§2-1轮胎橡胶力学性能的表征与测试

§2-2轮胎骨架材料力学性能测试与表征

§2-3本章小结

第三章10.00R20轮胎结构有限元分析

§3-1 10.00R20轮胎结构和轮胎工况简介

§3-2有限元计算模型

§3-3有限元计算的考评

§3-4轮胎结构的局部精细分析

§3-5骨架结构受力的基本特征

§3-6橡胶结构受力和变形的基本特征

§3-7工况对轮胎结构影响规律的总结

§3-8利用组合模型对胎圈部进行精细分析

§3-9本章小结

第四章轮胎骨架构件相互作用的进一步分析

§4-1骨架构件的简化模型

§4-1-1胎体弦模型及其受力分析

§4-1-2钢丝圈的平衡条件

§4-1-3带束层等效弦模型及其受力分析

§4-1-4骨架构件之间的相互作用分析

§4-2带束层压力分担率的有限元分析

§4-2-1用于分析带束层压力分担率的有限元模型

§4-2-2参照轮胎的计算结果分析

§4-2-3初始轮廓形状对平衡轮廓等的影响Ⅰ

§4-2-4初始轮廓形状对平衡轮廓等的影响Ⅱ

§4-2-5带束层结构参数对平衡轮廓等的影响

§4-3子午线轮胎结构参数的分类研究

§4-4本章小结

第五章修正的子午线轮胎轮廓形状理论

§5-1胎体弦平衡轮廓方程

§5-2子午线轮胎平衡轮廓的分析

§5-3本章小结

第六章总结和展望

§6-1全文总结

§6-2展望

附录1经典的轮胎轮廓形状理论

附录2旋转对称薄膜的平衡微分方程

参考文献