高性能轮胎结构创新设计及其综合性能研究

摘要

汽车工业的迅猛发展促使驾驶者对轮胎的操控性、舒适性和安全性提出了更多要求，为了避免轮廓形状畸变、轮胎滚动阻力大等缺陷，国内外轮胎研发者更多地将精力投入到新型高性能轮胎结构的研发与结构优化中。本课题分别从轮廓结构、骨架材料结构和轮胎骨架结构三个设计方面提出了三种轮胎结构，分别为三角平衡轮廓、子午斜交胎体结构和辐板式骨架结构，利用有限元软件ABAQUS对这三种新型结构轮胎和与其相对应的同规格传统结构轮胎在各个复杂工况下的综合性能进行分析和对比，并应用分析结果指导实际轮胎结构设计，为今后新型高性能轮胎结构设计及其优化提供一定的理论依据。具体工作如下: 1、提出了一种三角平衡轮廓，对三角平衡轮廓轮胎和普通轮廓轮胎在各个复杂工况下的综合性能进行了分析和对比。研究结果表明，在滚动状态下，三角平衡轮廓可减小印痕面积和提高轮胎径向刚度，进而缩短翻转力臂和减小胎侧变形，使其胎体层轮廓持续维持着较稳定的等腰三角形，以及提高轮胎在滚动时的真圆度，从力学角度降低了滚动阻力。此外，三角平衡轮廓轮胎在侧偏滚动工况下不易发生侧滑;在侧倾侧偏滚动工况下，三角平衡轮廓轮胎的稳定性和转向灵活性更优越。 2、提出了一种子午斜交胎体结构，对相同规格的子午斜交胎和子午胎的综合性能进行分析和对比。研究结果表明，子午斜交胎体结构可改善印痕形状和接地压力分布，减小胎肩在接地过程中的变形和增大胎冠在接地区域内的纵向变形，从而提高了轮胎的耐磨性与抓地性。 3、提出了一种聚氨酯辐板与橡胶胎面相复合的辐板式轮胎骨架胎体结构，并对辐板式塑料轮胎与同规格的子午线橡胶轮胎的综合性能进行分析和对比。研究结果表明，辐板式轮胎骨架结构可改善轮胎接地印痕形状和接地压力分布，有效减轻胎肩负担;在接地区域内弯曲变形的支撑板起到了很好的缓冲和承载作用，表明辐板式轮胎骨架结构可提高轮胎的承载性能。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 轮胎结构设计的研究现状

1．1．1 轮胎轮廓结构的研究现状

1．1．2 轮胎骨架材料结构的研究现状

1．1．3 轮胎骨架结构的研究现状

1．2 研究目的和意义

1．3 课题研究内容

第二章 三角平衡轮廓结构设计及其综合性能研究

2．1 三角平衡轮廓的介绍

2．2 三角平衡轮廓轮胎有限元模型的建立

2．2．1 轮胎材料模型

2．2．2 接触定义及边界条件

2．2．3 轮胎有限元模型

2．2．4 轮胎的各个载荷工况

2．3 三角平衡轮廓轮胎的静态分析

2．3．1 模型验证

2．3．2 轮胎骨架材料的力学性能分析

2．3．3 轮胎接地性能分析

2．4 三角平衡轮廓轮胎的动态分析

2．4．1 驱动、制动和自由滚动分析

2．4．2 侧偏滚动分析

2．4．3 侧倾侧偏联合滚动分析

2．5 三角平衡轮廓轮胎的模态分析

2．5．1 静止状态下的振动模态分析

2．5．2 滚动状态下的振动模态分析

2．6 本章小结

第三章 子午斜交胎体结构设计及其综合性能研究

3．1 子午斜交胎体结构的介绍

3．2 子午斜交胎有限元模型的建立

3．2．1 材料模型

3．2．2 接触算法和边界条件

3．2．3 轮胎有限元模型的网格划分

3．2．4 载荷工况

3．3 子午斜交胎的静态分析

3．3．1 静态接地试验验证

3．3．2 轮胎接地性能分析

3．3．3 轮胎骨架材料力学性能分析

3．3．4 轮胎橡胶力学性能分析

3．4 子午斜交胎的动态分析

3．4．1 侧偏滚动分析

3．5 本章小结

第四章 辐板式轮胎骨架结构设计及其综合性能研究

4．1 辐板式骨架胎体结构的介绍

4．2 辐板式塑料轮胎有限元模型的建立

4．2．1 材料模型

4．2．2 接触算法和边界条件

4．2．3 有限元模型的网格划分

4．2．4 载荷工况

4．3 辐板式塑料轮胎的静负荷工况分析

4．3．1 模型验证

4．3．2 接地性能分析

4．3．3 力学性能分析

4．4 辐板式塑料轮胎的侧偏滚动工况分析

4．4．1 接地性能

4．4．2 力学性能

4．4．3 操控性能

4．5 本章小结

第五章 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

致谢

研究成果及发表的学术论文

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