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载重子午线轮胎热应力耦合问题的研究
| 论文题名： | 载重子午线轮胎热应力耦合问题的研究 |
| 关键词： | 载重汽车;子午线轮胎;有限元分析;变形分析;温度场;热应力耦合 |
| 摘要： | 随着汽车工业与高速公路的不断发展，汽车的行驶速度日益提高，对轮胎质量与性能的要求也越来越苛刻。轮胎是汽车中最基本的部件之一，承载负荷，传递力矩。轮胎在滚动过程中受到外部载荷作用发生形变，引起轮胎内部温度升高，导致橡胶材料的化学与物理性能下降而丧失强度，因此轮胎温度过高是影响轮胎寿命的主要原因之一。研究滚动轮胎内部的温度场分布规律，可以指导轮胎的结构与配方进行合理设计，降低轮胎的滚动阻力，缩短研发周期，降低科研成本，具有重要的科研价值与经济效益。 本文基于有限元分析软件Abaqus，以轮胎各部位材料的力学与热学实验数据为基础，轮胎静态负荷接地的各项实测数据为对照，利用有限元技术完成了12R22.5载重子午线轮胎力场与温度场的模型建立，并对数值模拟的结果进行了验证与分析。 首先，对轮胎的各部位胶料进行单轴拉伸实验与等双轴拉伸实验，来获取应力-应变实验数据，选择Yeoh模型对曲线进行拟合得到胶料的本构参数。选择合理的实验方法测量了胶料在不同温度下的导热系数、比热等热学性能参数，以及胶料的密度、损耗因子等动态力学性能参数。 根据单向热力耦合的理论，将温度场的计算分析分为三个部分：变形分析、能量损耗分析和热学分析。首先，在Abaqus中创建轮胎的变形分析模型，实现了轮胎的装配工况、充气工况、静态接地工况、稳态滚动工况的有限元分析。其次，利用数学软件MATLAB编写程序对等效应力、等效应变进行傅里叶变换的方式来计算轮胎各部位胶料的生热率。最后，创建轮胎的温度场模型，利用Abaqus的关键词命令*CFLUX 定义轮胎的内热源，对轮胎的内外表面采用对流换热的边界条件，实现了轮胎稳态温度分布的数值模拟。 根据上述有限元分析的结果，分析了轮胎稳态温度分布的基本特征与规律及相关参数的影响。分析结果表明，负荷、充气压力、行驶速度、侧倾角均对轮胎温度场有较大的影响。轮胎的高温区域分布在胎肩与胎圈区域，最高温度随行驶速度、负荷的增大而升高，随充气压力的增大而降低。侧倾工况下，侧倾接地一侧温度高于非接地一侧，最大温度随侧倾角度增加而升高。 |
| 作者： | 黄京城 |
| 专业： | 材料学 |
| 导师： | 王伟 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 青岛科技大学 |
| 学位年度： | 2016 |
| 正文语种： | 中文 |
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