轮胎非稳态温度场的研究

论文题目: 轮胎非稳态温度场的研究

论文类型: 博士论文

论文专业: 工程热物理

作者: 何燕

导师: 黄素逸,马连湘

关键词: 轮胎,温度场,数值模拟,对流换热,热物性参数,摩擦特性

文献来源: 华中科技大学

发表年度: 2005

论文摘要: 论文从轮胎在行驶过程中的滞后生热和与地面的摩擦生热两种影响因素入手,研究从“起动到稳态行驶”阶段的非稳态温度场的变化规律。在综述轮胎基础知识的基础上,分析了国内外对轮胎温度场研究的进展及开展本课题研究的目的与意义,给出了本文主要研究的内容和可期待的研究结果。在分析轮胎滞后生热的机理上,对轮胎变形的应力与应变关系进行概括,用实验的方法对轮胎所用十种胶料的生热率进行了研究。从频率及温度对生热的影响出发,研究了每种胶料的生热率随温度及频率的变化关系,得到了生热率随两者的定量变化关系式,在轮胎温度场研究中可直接应用,简化了计算。采用激光扩散法利用LFA447 型导热仪对轮胎所用的十种胶料的热物性数据进行了实验测量。通过校核实验和重复实验验证了此种方法具有较高的准确度、精确度和重复性,所测实验结果具有较高的可信度。通过回归分析得到了热扩散系数、导热系数及比热随温度的线性变化关系式,并整理得到了在实验温度范围内各种胶料热物性参数的平均值。这些公式可用以预测胶料的热物性参数,为轮胎非稳态温度场的数值模拟提供基础参数。轮胎在路面上行驶的过程中不断与外界交换热量,这种热量的交换主要以对流散热的形式进行。本文打破了以往轮胎温度场研究选取对流换热系数的方法,在风洞中采用热质比拟原理,利用萘升华技术对风吹旋转圆盘进行了研究,得到了圆盘半径范围内局部点的无量纲因次方程式。并用相似原理把圆盘的对流换热规律转化到特定轮胎上,确定了特定轮胎换热系数随速度的变化规律,得到了拟合公式。观察得到的轮胎对流换热系数随速度的变化公式可以看出,轮胎的对流换热系数随速度的增加而逐渐增加,并且增加的趋势呈线性变化。此公式的取得可为轮胎温度场研究提供定量方程。轮胎的摩擦生热是本文研究的创新点,它的确定取决于对胶料摩擦特性的研究。本文利用橡胶块在路面上滑移时产生摩擦的机理,在高速摩擦实验台进行了摩擦实

论文目录:

摘要

ABSTRACT

1 绪论

1.1 概述

1.2 轮胎的生热机理

1.3 轮胎温度场研究概况

1.4 选题目的及意义

1.5 课题来源及研究内容

2 轮胎胶料滞后生热的研究

2.1 滞后生热机理

2.2 轮胎用胶料的基本配方

2.3 试样的制备

2.4 实验装置及测试条件

2.5 实验结果及回归分析

2.6 本章小结

3 轮胎胶料热物性的实验研究

3.1 材料的导热系数及比热容的测量方法

3.2 用激光扩散法测试胶料热物性参数的原理

3.3 轮胎胶料热物性参数的确定

3.4 本章小结

4 轮胎表面的对流散热规律

4.1 运动轮胎对流换热的特点

4.2 研究轮胎对流换热规律的方法

4.3 轮胎对流换热规律研究的理论基础

4.4 实验装置及设备

4.5 实验方案的确定

4.6 实验过程

4.7 实验设备校核

4.8 实验结果及分析

4.9 轮胎对流换热系数计算的实例分析

4.10 本章小结

5 胎面胶的摩擦特性

5.1 引起摩擦力产生的因素

5.2 轮胎与路面的附着机理

5.3 摩擦系数的影响因素

5.4 实验模型及假设

5.5 实验装置及试样

5.6 实验方案的确定

5.7 实验过程

5.8 实验结果及分析

5.9 误差影响因素

5.10 本章小结

6 轮胎非稳态温度场的有限元分析

6.1 轮胎热力学模型建立的方法

6.2 非稳态温度场分析模型

6.3 非稳态导热方程的积分形式

6.4 非稳态温度场的有限元分析

6.5 非稳态温度场编程注意的问题

6.6 非稳态温度场有限元程序的构成

6.7 考虑滞后生热轮胎非稳态温度场模拟

6.8 同时考虑两因素的轮胎非稳态温度场模拟

6.9 本章小结

7 非稳态温度场的实验研究

7.1 轮胎测温实验台

7.2 实验方案及实验条件

7.3 实验结果及分析

7.4 本章小结

8 轮胎胎面胶动态特性研究

8.1 橡胶材料的特性

8.2 配方所用主要原材料

8.3 胎面胶基本配方

8.4 试样制备及实验仪器

8.5 结果与讨论

8.6 各种胎面胶的动态性能综合评价

8.7 本章小结

9 全文总结与展望

9.1 结论

9.2 创新点

9.3 展望

致谢

参考文献

附录1 攻读博士学位期间发表和完成的论文

附录2 攻读博士学位期间参与的科研项目

发布时间: 2006-04-05

轮胎非稳态温度场的研究

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