载重子午线轮胎橡胶材料时滞特性引起的滚动阻力分析

论文题目: 载重子午线轮胎橡胶材料时滞特性引起的滚动阻力分析

论文类型: 博士论文

论文专业: 化工过程机械

作者: 马改陵

导师: 徐鸿,崔文勇

关键词: 载重子午线轮胎,内摩擦滚动阻力,时滞特性,有限元分析,轮胎结构

文献来源: 北京化工大学

发表年度: 2005

论文摘要: 随着载重汽车工业、货物运输行业以及高速公路的发展，载重子午线轮胎替代载重斜交轮胎是必然的发展趋势。轮胎中由于橡胶材料时滞特性引起的滚动阻力(即内摩擦滚动阻力)是汽车无效燃料消耗的重要组成部分之一，降低轮胎内摩擦滚动阻力可节约能源，减少由于汽油的燃烧造成的大气污染，有利于人类居住环境的保护，有利于人们的身体健康；同时降低内摩擦滚动阻力还可以使得轮胎行驶中的内部材料温度降低，提高轮胎耐久性能和减少由于过多发热而引起的早期肩空等质量问题。 基于上述原因，本论文对载重子午线轮胎的内摩擦滚动阻力做了计算；并在此基础之上分析了使用条件(气压、载荷、速度以及使用轮辋宽度)、结构参数(外直径、断面宽、断面高宽比、胎侧曲线、胎圈宽度、带束层结构以及轮胎的设计轮辋配合宽度等)、轮胎各个部位骨架材料(胎体帘布层、胎圈部位的钢丝圈钢丝和增强钢丝帘布)力学特性对内摩擦滚动阻力的影响。为此，本论文做了如下几方面工作： 首先，建立了更加合理、准确的11.00R20规格三维非线性有限元模型，并对轮胎的静负荷以及稳态滚动工况下的变形与负荷性能等做了计算；分析了速度、负荷、气压对轮胎稳态滚动时接地压力分布的影响；得到了轮胎动负荷下的负荷特性曲线、接地面压力分布曲面图以及动负荷下轮胎接地面压力分布随速度、负荷与气压的变化趋势等结果。 其次，应用11.00R20载重子午线轮胎三维有限元分析模型的应力

论文目录:

符号说明

第一章 前言

1.1 本课题研究的目的和意义

1.2 本课题相关领域的历史、现状和前沿发展情况

1.2.1 轮胎结构力学分析技术的发展

1.2.2 橡胶弹性物理学实验与纤维增强复合材料的细观力学的发展

1.2.3 降低轮胎内摩擦滚动阻力的研究进展

1.3 前人的研究成果

1.3.1 从研究橡胶性能方面降低轮胎内摩擦滚动阻力的研究成果

1.3.2 从其它方面来研究降低轮胎内摩擦滚动阻力的研究成果

1.4 本课题的研究内容

1.4.1 研究方案

1.4.2 实施方案所需要的条件

1.4.3 拟解决的关键问题

1.4.4 本课题难点分析

1.4.5 预期的研究成果及创新点

第二章 成品试验介绍

2.1 外缘尺寸的测试

2.1.1 轮胎外缘尺寸的概念

2.1.2 轮胎外缘尺寸的测试方法

2.2 负荷性能的测试

2.2.1 负荷性能的测试设备

2.2.2 静负荷性能的测试步骤

2.2.3 静负荷性能测定时的注意事项

2.3 滚动阻力的测试

2.3.1 概述

2.3.2 滚动阻力测试技术的发展

2.3.3 稳态滚动阻力检测

2.3.4 滚动阻力测试的影响因素分析

2.3.5 不同类别轮胎的滚动阻力

第三章 有限元模型的建立

3.1 轮胎的结构特点

3.2 材料分布和力学特性的测试

3.2.1 钢丝骨架材料的测试

3.2.2 橡胶材料的测试

3.3 有限元模型的建立与验证

3.3.1 单元介绍

3.3.2 轮胎的二维轴对称模型

3.3.2 轮胎的三维模型

3.4 有限元模型的应用—动负荷性能及与静负荷性能的对比

3.4.1 轮胎负荷性能概述

3.4.2 轮胎负荷性能有关概念

3.4.3 轮胎动负荷下断面轮廓变形分析

3.4.4 轮胎负荷特性分析

3.4.5 负荷下接地面的压力分布

3.4.6 速度对接地压力分布的影响

3.4.7 载荷对接地压力分布的影响

3.4.8 充气内压对接地压力分布的影响

3.4.9 轮胎负荷性能分析小结

3.5 本章小结

第四章 内摩擦滚动阻力数值分析模型

4.1 内摩擦滚动阻力数学模型

4.2 橡胶材料滞后特性

4.2.1 滞后相角和损耗因子的概念

4.2.2 橡胶滞后损失特性的试验测试

4.3 内摩擦滚动阻力数值模型

4.3.1 节点应力和应变的fourier曲线拟合

4.3.2 节点滞后应变能密度的计算

4.3.3 单元滞后能量损耗的计算

4.3.4 内摩擦滚动阻力计算模型

4.3.5 内摩擦滚动阻力计算程序

第五章 内摩擦滚动阻力结果分析

5.1 轮胎断面上各材料部分内摩擦滚动阻力分布

5.2 使用条件对轮胎内摩擦滚动阻力的影响

5.2.1 速度的影响

5.2.2 载荷的影响

5.2.3 气压的影响

5.2.4 轮辋宽度的影响

5.2.5 使用条件影响小结

5.3 结构参数的影响

5.3.1 外直径

5.3.2 断面宽

5.3.3 高宽比

5.3.4 上、下胎侧曲线

5.3.5 反包端点高度

5.3.6 胎圈宽度

5.3.7 带束层结构

5.3.8 轮胎结构参数影响小结

5.4 骨架材料特性的影响

5.4.1 胎体钢丝

5.4.2 胎圈钢丝

5.4.3 胎圈增强层钢丝

5.4.4 材料特性影响小结

5.5 本章小结

第六章 结论

6.1 主要结论

6.1.1 轮胎负荷性能有限元分析方面的结论

6.1.2 轮胎断面上材料时滞能耗密度的分布

6.1.3 内摩擦滚动阻力影响因素分析

6.2 本论文创新点

6.3 后续研究展望

参考文献

附录1 静负荷工况命令流

附录2 单节点结果写入文件命令流

附录3 轮胎内摩擦滚动阻力主计算程序

附录4 节点滞后能耗循环计算子程序

附录5 节点的应力应变积分子程序

附录6 绘制应力应变环子程序

致谢

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发布时间: 2006-09-13

参考文献

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