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原文传递安全轮胎内支撑结构设计与研究

论文题名：	安全轮胎内支撑结构设计与研究
关键词：	汽车轮胎;内支撑结构;虚拟仿真;优化设计
摘要：	随着科学技术突飞猛进的发展，汽车的极限速度记录也是屡次被打破，当今社会乘用汽车的极限速度已经提升到了430km/h以上。然而据统计，如果车速在160km/h以上，如果发生爆胎事故，那么驾、乘人员的死亡率都将是百分之百。有统计数据表明，高速公路上的交通事故中，由爆胎引起的事故占70％以上。　　本课题以日常应用为出发点，目标是研究一种能够与普通标准轮辋相配备的安全轮胎系统，该安全轮胎系统在爆胎后能够支撑车体重量，不发生脱胎、碾胎等高危现象，使用户能在爆胎后能够安全运行到服务区或者维修点更换轮胎。本文设计的内支撑结构能够在爆胎事故中最大限度的保护驾、乘人员的安全。一方面，爆胎事故中，内支撑结构可以减小爆胎轮的下陷距离，从而减小了汽车的偏转角度；另一方面，内支撑可以在爆胎后代替轮胎继续行驶一段距离，找到服务区或者维修点。　　本文首先介绍了现存安全轮胎系统的发展和现状，查阅国际标准，根据安全轮胎设计规范，设计了一种内支撑式安全轮胎。该内支撑结构以常见标准轮辋为基础安装体，并充分考虑了强度、重量、成本、安装、材料、散热等多方面的问题，主要研究内容如下：　　运用计算机辅助三维设计软件进行了内支撑、轮毂、子午线轮胎结构的建模、装配，运用有限元相关理论及虚拟仿真方法进行了结构的分析，并重点分析了内支撑结构在不工作、爆胎瞬间轮胎跌落和持续工作时的受力、变形情况，以此保证设计的结构能满足使用要求。在满足使用要求的前提下，为了节省制造成本、耗油量等，故以退化原理和进化原理为理论基础，对内支撑结构进行了拓扑优化设计，寻求到了更合理的材料分布，并减轻了轮胎系统重量。得到新的结构后，对新的结构进行了分析，并和原始设计进行了对比。最后为了验证内支撑的尺寸是否过大，以至于影响汽车的正常行驶，于是通过仿真手段对整个轮胎系统进行了跌落分析，模拟汽车在行驶过程中的颠簸和起伏状态，观察内支撑是否会与轮胎外胎接触。　　通过对安全轮胎系统进行模拟，验证了内支撑能够可靠锁紧于轮辋上并在爆胎后能起到承载和续跑的作用。通过仿真分析，得出该内支撑结构设计满足使用要求，若能应用于实际车辆中，将极大程度上保护驾、乘人员在爆胎后的生命安全。
作者：	汪照磊
专业：	机械制造及其自动化
导师：	张旭
授予学位：	硕士
授予学位单位：	哈尔滨工程大学
学位年度：	2014
正文语种：	中文