论文题目: 轮胎有限元分析及优化中的若干问题研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 力学
作者: 任旭春
导师: 姚振汉
关键词: 充气轮胎,横观各向同性超弹性,响应面方法,增量射线步
文献来源: 清华大学
发表年度: 2005
论文摘要: 充气轮胎是轿车、卡车、飞机等交通工具的不可或缺的部件,这些交通工具的性能与轮胎的特性密切相关。研究轮胎的力学性能、改进轮胎结构设计一直受到轮胎工业和汽车工程界的密接关注。轮胎的力学性能分析涉及到多重非线性,包括超弹性橡胶和帘线-橡胶复合材料的材料非线性、有限变形带来的几何非线性、轮胎与地面、轮辋接触产生的边界条件非线性,因此即使在功能强大的CAE软件的帮助下,轮胎的分析和优化设计也是高度复杂的。为了提高轮胎分析和优化设计的效率,本文研究了以下几个关键问题。应用数字散斑相关法和单向拉伸实验测定了胶料的Mooney-Rivlin本构参数;分析了轮胎的整体变形、接地法向力分布和等效Cauchy应力分布。提出一种新的等效横观各向同性超弹性的帘线-橡胶复合材料模型来提高分析的效率。等效的均匀材料模型的应变能由反映橡胶基体性能的Mooney-Rivlin型的各向同性超弹性部分和附加的体现帘线增强作用的横观各向同性超弹性部分组成。针对帘线-橡胶复合材料的特点,设计了材料参数的识别方案,通过代表体元精细划分有限元网格的数值实验识别模型的6个参数。算例证明该横观各向同性超弹性模型的实用性、效率和精度。为改进轮胎胎冠形状优化的寻优算法,基于响应面方法,提出了一阶、二阶自适应序列局部响应面的迭代格式,对原优化问题进行逼近;借鉴桁架尺寸优化的满应力方法中的射线步调整,给出了非线性迭代过程中的增量射线步公式,同时调整违背约束的情况和坏点的情况,以避免振荡的产生。给出算例验证了求解方法的适用性。为求解目标函数和约束条件均为非凸隐函数的优化问题的全局最优解,通过广义回归网络构造目标函数和约束条件的全局响应面,离散放松的可行域得到全局近似最优解,结合局部搜索的策略,得到全局最优解。
论文目录:
第1章 引言
1.1 工程背景与研究意义
1.1.1 课题来源
1.1.2 研究意义
1.2 轮胎结构特征及数值模拟的发展历史和现状
1.3 橡胶-帘线复合材料的研究状况
1.3.1 实验研究及简化分析
1.3.2 细观力学近似
1.3.3 加强筋(rebar)单元
1.3.4 基于均匀化理论对橡胶-帘线复合材料性质的研究
1.4 轮胎优化设计研究现状
1.4.1 轮胎设计理论进展
1.4.2 优化设计模型及分类
1.4.3 优化问题求解方法研究状况
1.5 全局优化进展
1.6 论文主要研究内容
第2章 充气轮胎的有限元分析
2.1 橡胶材料的本构关系
2.2 Mooney-Rivlin 本构参数的数字散斑相关实验测定
2.3 265/75R16LT 轻卡子午胎模型简化
2.4 三维四分之一模型计算结果分析
2.4.1 整体分析
2.4.2 接地区域分析
2.5 本章小结
第3章 帘线-橡胶复合材料新的本构及其参数识别方案
3.1 橡胶-帘线复合材料的一种横观各向同性等效材料模型
3.2 切线刚度矩阵和初始刚度矩阵
3.3 橡胶-帘线复合材料等效材料参数的识别方案
3.4 算例与应力后处理
3.4.1 沿纤维方向单拉
3.4.2 平行于纤维方向剪切
3.4.3 复合材料梁的纯弯
3.4.4 薄板
3.4.5 粗略应力后处理
3.4.6 应力结果处理
3.5 本章小结
第4章 三维充气轮胎形状优化的自适应响应面方法
4.1 轮胎胎冠形状优化模型
4.2 形状敏度讨论
4.3 轮胎胎冠形状优化问题的局部响应面的构造
4.3.1 一阶二阶响应面自适应迭代格式
4.3.2 序列响应面参数回归的方法
4.4 增量射线步与迭代收敛准则
4.5 胎冠形状优化相关节点坐标的扰动
4.6 应用实例
4.7 本章小结
第5章 轮胎胎体帘线模量和铺设角度优化问题的全局寻优策略
5.1 优化模型
5.2 轮胎帘线模量和铺设角度优化问题全局寻优策略
5.3 广义回归神经网络的构造
5.4 近似全局最优解的获得
5.5 基于一阶序列响应面近似的局部搜索
5.6 应用实例
5.7 本章小结
全文总结
参考文献
致谢与声明
个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果
发布时间: 2006-06-29
参考文献
- [1].基于路面宏观纹理的轮胎抗滑行为数值模拟研究[D]. 朱晟泽.东南大学2017
- [2].基于深度学习的轮胎缺陷无损检测与分类技术研究[D]. 崔雪红.青岛科技大学2018
- [3].轿车轮胎非正常磨损机理及使用寿命预测研究[D]. 黄海波.同济大学2006
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