子午线轮胎刚度特性和滚动阻力仿真分析

论文摘要

轮胎的力学特性对汽车性能有十分重要的影响。刚度特性反映轮胎静态力学性能,不仅影响汽车的安全性、动力性、操作稳定性等,而且是整车设计分析不可或缺的参数之一。滚动阻力则反映了轮胎的动态力学特性,它与汽车的燃油经济性密切相关。轮胎由于滚动阻力所消耗的能量约占整个汽车能源消耗的1/5,近年来,中国汽车保有量的大幅增长,车用能源的消耗日益加大与严峻的能源形势和环境保护压力形成了鲜明的对比。这意味着开发高品质轮胎、最大限度降低轮胎滚动能量损失势在必行。首先,本研究针对205/55R16型子午线轮胎建立三维有限元模型。考虑轮胎橡胶材料非线性、几何非线性、接触非线性等因素,运用ABAQUS非线性有限元分析软件具体分析了接地轮胎在径向载荷、横向载荷、纵向载荷,扭转力矩等作用下的变形情况,得到轮胎的径向、纵向、横向、扭转及包覆刚度。其次,本文从轮胎的材料特性和变形出发,详细阐述了轮胎滚动阻力的发生机理,并在此基础上建立起一套完整的轮胎变形-能耗分析系统和计算流程。通过对205/55R16型子午线轮胎的滚动阻力仿真计算,获得不同工况下轮胎断面上各个部位能耗损失的分布情况,并探讨了载荷、充气压力、稳态速度、带束层帘线角度对轮胎滚动阻力及其系数的影响情况。文中对刚度特性和滚动阻力的仿真结果均与对应试验基本一致,说明了仿真方法的合理性。本课题研究成果对于优化轮胎设计、预测降低滚动阻力的方向、推动绿色轮胎的发展有着非常积极的意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景及研究意义
• 1.1.1 课题背景
• 1.1.2 课题研究意义
• 1.2 有限元技术在轮胎结构力学中的应用发展
• 1.3 轮胎滚动阻力研究的发展和现状
• 1.3.1 绿色轮胎的发展
• 1.3.2 滚动阻力国内外研究现状
• 1.3.3 滚动阻力影响因素分析
• 1.4 主要研究内容
• 第二章 轮胎有限元模型
• 2.1 引言
• 2.2 子午线轮胎的基本结构
• 2.3 有限元软件简介
• 2.3.1 Hypermesh 简介
• 2.3.2 Abaqus 简介
• 2.4 轮胎材料特性
• 2.4.1 橡胶材料超弹特性
• 2.4.2 帘线-橡胶复合材料的定义
• 2.4.3 橡胶材料粘弹特性
• 2.5 刚度分析轮胎有限元模型
• 2.5.1 光面轮胎的建模方法
• 2.5.2 刚度分析有限元模型的建模步骤
• 2.6 滚动阻力仿真模型的建立
• 2.7 本章小结
• 第三章 轮胎刚度特性仿真及试验验证
• 3.1 引言
• 3.2 轮胎非线性及其求解方法
• 3.3 轮胎刚度试验
• 3.4 五刚仿真及验证
• 3.4.1 轮胎的装配
• 3.4.2 径向刚度分析
• 3.4.3 横向刚度分析
• 3.4.4 纵向刚度分析
• 3.4.5 扭转刚度分析
• 3.4.6 包覆刚度分析
• 3.5 本章小结
• 第四章 子午线轮胎滚动阻力分析方法
• 4.1 引言
• 4.2 滚动阻力的定义
• 4.3 滚动阻力的发生机理
• 4.3.1 轮胎变形
• 4.3.2 轮胎受力分析和滚动阻力
• 4.3.3 迟滞损失
• 4.4 滚动阻力的数值分析模型
• 4.4.1 节点应力应变数据的曲线拟合
• 4.4.2 内摩擦滚动阻力数值计算
• 4.4.3 研究方法及流程
• 4.5 本章小结
• 第五章 子午线轮胎滚动阻力仿真分析与评价
• 5.1 引言
• 5.2 Abaqus 处理稳态滚动工况的方法
• 5.2.1 稳态传输
• 5.2.2 接触条件的定义
• 5.3 轮胎滚动阻力试验方案
• 5.4 轮胎稳态滚动有限元分析
• 5.5 轮胎滚动阻力结果分析
• 5.5.1 轮胎断面上各材料内摩擦滚动阻力的分布
• 5.5.2 使用条件对内摩擦滚动阻力的影响
• 5.5.3 帘线角度对内摩擦滚动阻力的影响
• 5.6 本章小结
• 结论
• 全文总结
• 不足与展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果
• 致谢
• 附件