轮胎滚动阻力及稳态滚动温度场的研究

论文摘要

轮胎滚动时的滞后损失及其与路面摩擦产生的损耗构成了轮胎的滚动阻力,同时损耗的能量以热的形式释放,使其工作温度上升,这直接影响轮胎的使用寿命和汽车能耗。因此,研究轮胎滚动阻力及温度分布,对于企业合理设计轮胎结构及胶料配方,用户合理使用轮胎以减低功率损失,减少交通事故,提高行车安全等诸多方面都是很有必要的。本文以Abaqus软件为平台,材料性能参数为实验基础,轮胎红外实测温度场为对照,应用有限元分析技术对11R22.5规格轮胎的滚动阻力及稳态滚动温度场的建模方法及计算结果进行了讨论与分析。首先,对轮胎各部位胶料进行单向拉伸、平面拉伸(纯剪切)、等容积压缩三种基础实验,选择合适的材料本构关系对应力应变曲线进行拟合。选择合理的测试方法获取轮胎各部位胶料的tgδ、导热系数、比热、密度等动态力学性能参数和热性能参数。依据半耦合的思想,将滚动阻力及温度场分析分为三步。首先应用Abaqus有限元软件建立轮胎结构分析模型,完成轮胎装配、充气、静载荷、稳态滚动分析。其次,应用傅里叶变换的方法,用FORTRAN语言编制程序,计算出轮胎滚动阻力及生热率。最后,对Abaqus软件进行二次开发,通过软件提供的HETVAL用户子程序来定义内热源,并建立轮胎温度场分析模型,对于轮胎外表面应用对流换热边界条件,对流换热系数采用反演的方法,内表面应用与内腔空气的热传导方式。研究了带束层角度、帘线密度、不同tgδ的胎面胶对轮胎滚动阻力及温度场分布的影响,重点考察了对带束层端点和胎体反包端点部位的影响。分析结果表明随着带束层角度和帘线密度的增加轮胎总体滚动阻力降低,但对轮胎各部位胶料滚动阻力的影响趋势则各不相同。胎面胶对滚动阻力的影响明显,滚动阻力的变化与滞后损失角并不是呈简单的线性变化,其值还与胶料的应力应变相关。带束层施工参数虽对轮胎最高温度影响不大,但随着带束层角度的增加胎肩温度增加明显。胎面胶对温度场影响明显,但温度场的变化并不与滞后损失角呈相同趋势。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 轮胎的破坏形式
• 1.2 轮胎热损坏机理
• 1.3 轮胎的生热机理
• 1.4 轮胎温度场的研究方法
• 1.4.1 数学物理模型
• 1.4.2 实测方法
• 1.4.3 有限元分析模型
• 1.5 滚动阻力研究状况
• 1.6 论文的研究内容
• 第二章 材料参数的测定
• 2.1 橡胶材料静态力学性能的表征
• 2.2 橡胶材料静态力学性能基础实验
• 2.2.1 硫化胶制备
• 2.2.2 单向拉伸试验
• 2.2.3 平面拉伸（纯剪切）试验
• 2.2.4 等容积压缩
• 2.3 动态力学性能试验
• 2.4 热性能参数测试
• 2.4.1 比热的测定
• 2.4.2 导热系数测定
• 2.4.3 胶料密度测定
• 2.5 本章小结
• 第三章 轮胎稳态滚动温度场及滚动阻力分析建模
• 3.1 轮胎有限元结构分析
• 3.1.1 材料本构模型的选取及本构参数的拟合
• 3.1.2 11R22.5 轮胎结构及工况条件
• 3.1.3 轮胎有限元结构分析建模
• 3.1.4 轮胎有限元结构分析结果
• 3.2 轮胎滚动阻力及生热率计算
• 3.2.1 滞后损失计算
• 3.2.2 滚动阻力计算
• 3.2.3 轮胎生热率的计算
• 3.2.4 计算结果
• 3.3 轮胎稳态温度场建模
• 3.3.1 轮胎热传导分析模型
• 3.3.2 温度场计算结果
• 3.4 本章小结
• 第四章 带束层帘线和胎面胶变化对滚动阻力与温度场影响分析
• 4.1 滚动阻力研究
• 4.1.1 带束层结构对滚动阻力的影响
• 4.1.2 胎面胶种类对滚动阻力的影响
• 4.2 温度场研究
• 4.2.1 带束层结构对轮胎温度场的影响
• 4.2.2 胎面胶对轮胎温度场的影响
• 4.3 本章小结
• 总结与展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果
• 致谢