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全钢丝子午线轮胎耐久性优化方法研究
| 论文题名： | 全钢丝子午线轮胎耐久性优化方法研究 |
| 关键词： | 有限元法;近似模型;子午线轮胎;耐久性能;遗传算法 |
| 摘要： | 轮胎对车辆的安全性和舒适性有很大影响，轮胎结构设计是决定轮胎性能的主要因素，因此轮胎设计一直是研究的重点。近年来，随着计算机技术和数值仿真技术的发展，将有限元方法运用在轮胎结构的优化中成为研究的热点。早期的研究主要关注斜交轮胎，对子午线轮胎的研究较少，也没有很好地将理论与实际应用相结合，且运用传统有限元对轮胎进行设计和优化轮胎需要大量时间和资源，效率很低。因此，本文将运用近似模型与有限元计算结果相结合的方式研究子午线轮胎的优化方法，提高计算效率。在众多性能中选取轮胎耐久性为例作为设计目标，优化轮胎结构并研究轮胎结构的稳健性优化方法。 首先，建立并验证子午线轮胎有限元分析模型。通过实验测试轮胎各部位胶料模量和胎面摩擦系数，采用实验室开发的TYABAS3.0轮胎专用分析软件建立轮胎有限元模型，进行充气、静载及稳态滚动分析；通过对比仿真与实验所得的轮胎轮廓、接地印痕和径向刚度，验证了有限元模型的准确性，为后续优化分析做准备。 其次，以轮胎耐久性为主要考量，确定了胎面耐磨性和胎肩耐疲劳性能两个目标函数，建立轮胎优化模型。针对胎面和胎肩结构，以接地面内摩擦功密度分布均方根作为胎面耐磨性能表征参数，以胎肩应变能密度幅值作为胎肩耐疲劳能指标。将胎面橡胶模量、胎肩橡胶模量及带束层角度作为设计变量，采用试验设计方法，考察其对胎面耐磨性能及胎肩耐疲劳性能的影响；通过敏度分析确定设计变量对优化目标的影响程度。 然后，建立设计变量与优化目标之间的近似关系，并寻找最优解。运用近似模型方法，拟合了设计变量和两个优化目标之间的关系；在近似拟合的基础上，比较了存档微遗传算法、邻域培植多目标遗传算法、第二代非劣排序遗传算法三种优化算法在设计空间内寻找兼顾胎面耐磨性和胎肩耐疲劳性的最优解的能力；优化方案较初始设计方案的胎面和胎肩耐久性能均提升超过20%。 最后，进行轮胎稳健性优化。考虑轮胎结构参数和工况条件的不确定性，运用6 S ig ma质量设计对轮胎进行可靠性质量分析和不确定性优化，寻找在复杂条件下仍能保证轮胎最优性能的结构设计方案，并将稳健性优化与确定性优化对比，证明了不确定性优化的优越性。 |
| 作者： | 刘悦 |
| 专业： | 工程力学 |
| 导师： | 王友善 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工业大学 |
| 学位年度： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
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