冬季公路的物理防滑研究

论文摘要

随着道路交通事业的发展,道路安全问题已引起广泛关注。研究表明道路条件在事故中占有较大比重,在寒冷积雪地区尤为突出。因为冰雪的覆盖,轮胎在路面上的驱动力和制动力都被大幅减弱。为保证道路畅通的安全,公路养护部门探索出许多有效预防和清除冰雪的方法,物理防滑方法就是其中的一种。物理防滑是通过在降雪后路面撒布一定量的矿物防滑材料,使这些材料固结在路面冰雪表层,从而在一定时间内提高路面的摩擦系数,以消除冰雪对于汽车轮胎摩擦力造成的影响。本文为研究粗糙度对轮胎在冰面上滑动摩擦力的影响,进行了微观的数值分析并进行实验研究表面粗糙度对轮胎摩擦性能的影响。本文具体的工作有:1、基于ANSYS软件非线性分析技术,模拟了轮胎与路面在不同摩擦系数条件下的滑动接触,分析了轮胎在不同摩擦系数条件下时的接触应力的分布及大小。2、根据摩擦溶化理论和流体动力润滑理论,考虑雷诺方程与热传导方程的耦合,在界面冰全融化条件下,通过计算橡胶块接触区溶化水膜的压力和厚度分布,以及水膜内的温度场,分析了各种因素对摩擦因数的影响规律。3、探讨了考虑表面粗糙度的情况下轮胎在溶化区域内的滑水性能,分析不同高度、不同速度、不同粗糙度、不同纹理情况对轮胎受力性能的影响。4、结合本文的研究需要,对前人做的橡胶块摩擦试验进行分析,设计并进行了橡胶材料在粗糙面上的低速滑动摩擦实验,得到橡胶材料在低速滑动时路面的粗糙度对橡胶摩擦力的影响。经过对实验数据的分析,给出用砂粒使用质量表示的橡胶滑动摩擦系数的计算式。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 绪论
• 一、北方公路冬季除雪防滑概述
• 二、轮胎在冰面上的摩擦研究现状
• 三、轮胎有限元分析的发展
• 四、本文研究的主要目的及内容
• 第一章 摩擦学与轮胎摩擦学
• 1.1 摩擦学简介
• 1.1.1 摩擦学的回顾
• 1.1.2 摩擦力模型
• 1.2 轮胎与路面间产生的摩擦力
• 1.3 轮胎的接触变形
• 1.3.1 接触变形的基本理论
• 1.3.2 轮胎表面橡胶的垂直变形
• 本章小结
• 第二章 子午线轮胎三维整体有限元模型的建立与轮胎受力分析
• 2.1 参数化建模及其过程
• 2.2 确定单元类型和材料参数的数值
• 2.2.1 轮胎类型模型的选择
• 2.2.2 轮胎单元材料参数
• 2.3 轮胎有限元分析的参数化及模型的生成
• 2.3.1 轮胎有限元模型的建立
• 2.3.2 边界和载荷的参数化
• 2.4 子午线轮胎模型的接触分析
• 2.4.1 有限元分析流程
• 2.4.2 轮胎静态接触的模拟及结果分析
• 2.4.3 轮胎滑动接触的模拟及结果分析
• 2.5 轮胎胎面单元的有限元分析
• 2.5.1 建模选用单元
• 2.5.2 模型的建立
• 2.5.3 受压缩荷载的模拟及结果分析
• 2.5.4 受压缩和剪切载荷的模拟及结果分析
• 本章小节
• 第三章 冰面摩擦溶化时橡胶滑动摩擦特性的数值分析
• 3.1 冰摩擦融化时橡胶滑动的分析与计算
• 3.1.1 计算模型
• 3.1.2 流体动力分析
• 3.1.3 热传导分析
• 3.1.4 液膜温度分布
• 3.1.5 摩擦力及摩擦因数
• 3.2 数值计算及结果分析
• 3.2.1 计算方法
• 3.2.2 结果分析
• 本章小结
• 第四章 表面粗糙时橡胶材料的滑水性能分析
• 4.1 粗糙路面轮胎的滑水分析与计算
• 4.1.1 计算模型
• 4.1.2 Reynolds 方程和纹理系数
• 4.1.3 微凸体承载量方程
• 4.1.4 载荷平衡方程
• 4.2 轮胎滑水时滑水性能的分析
• 4.3 形貌承载和流体压力的分析
• 本章小结
• 第五章 轮胎橡胶的粗糙面摩擦实验
• 5.1 轮胎橡胶摩擦实验设备和各项实验参数
• 5.1.1 轮胎橡胶摩擦试验中仪器的基本参数
• 5.1.2 砂粒的选择和秤重
• 5.2 轮胎橡胶摩擦试验
• 5.3 实验结果与分析
• 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢