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原文传递基于路面宏观纹理的轮胎抗滑行为数值模拟研究

论文题名：	基于路面宏观纹理的轮胎抗滑行为数值模拟研究
关键词：	子午线轮胎;附着系数;路面宏观纹理;轮胎抗滑;数值模拟
摘要：	交通安全问题历来是整个交通行业面临的共同难题，雨天事故多发则是研究的一大热点。通过对雨天交通事故的调查分析可知，道路交通雨天事故除了与行驶速度有关外，很多还与路面抗滑能力下降有关。汽车高速通过潮湿路面，路面积水受到高速冲击，产生的托举力使得轮胎与路面分离，整车行驶稳定性下降，在遇到紧急制动易引起水漂而发生交通事故，因此要求道路路面通过一定的技术措施，保证雨天也能供良好的抗滑性能以保证行车安全。论文根据有限元方法的流固耦合理论建立了轮胎-流体-路面有限元模型，采用模拟方法研究轮胎滑水产生过程，为后续措施提供了理论依据。　　首先，建立了具有表面宏观纹理的沥青路面模型:通过三维光学扫描，获取沥青混合料表面宏观纹理的几何信息，编写MATLAB程序计算沥青路面的平均断面深度，利用CT扫描技术，依据三维重构原理进行试件的有限元建模，解决了沥青路面复杂宏观纹理建模的问题。　　其次，建立了复杂花纹的子午线轮胎有限元模型:进行轮胎材料拉伸试验，使用YEOH模型模拟橡胶材料的超弹特性，采用遗传基因模型形式来描述橡胶材料的黏弹性，利用加强筋单元模拟轮胎各向异性的力学特性。通过轮胎充气和径向刚度模拟试验验证了所建轮胎模型适用于滑水分析。　　再次，依据Persson摩擦理论建立了轮胎橡胶材料-路面的摩擦模型:针对沥青路面表面纹理的分形特征，采用分段变维分形的方法，计算了沥青路面的功率谱，结合橡胶材料的黏弹特性，建立了橡胶材料摩擦模型，编写ABAQUS摩擦子程序FRIC，分析了静载状态和ABS状态下的轮胎接地的接触压应力分布和接地面积随充气内压和轮胎荷载变化的规律，并进行对比分析，指出建立橡胶材料摩擦模型的必要性。　　然后，依据流固耦合理论，采用欧拉单元建立了流体模型:采用液面追踪技术模拟了流体的自由液面，推导了水流的状态控制方程，研究了流固耦合类型，依据计算要求设定流体边界条件。　　最后，将轮胎模型、流体模型、沥青路面模型三者耦合计算，分析了轮胎充气内压、水膜厚度、沥青路面宏观纹理对轮胎滑水的影响，发现:100kPa到350kPa范围内，较高的轮胎充气内压可以有效的提高轮胎的滑水速度，轮胎滑水速度的增幅随路面水膜厚度的增加而减小;优良的表面宏观纹理构造能显著的提高轮胎的滑水速度，工况相同的情况下，OGFC路面拥有最高的轮胎滑水速度。轮胎的附着系数随着沥青路面MPD值的增加而增加，随着轮胎速度的增加而减小;工况相同的情况下，OGFC路面拥有最高的附着系数，其次为SMA路面，AC路面最低。相同水膜厚度，随着速度的增加，开级配OGFC路面比其他级配沥青路面具有更好的防滑性能。　　根据本文研究结算的成果，可以实现对不同配合比设计的沥青路面，不同工况下的轮胎渭水性能的预估，对新建路面的配合比设计和现有路面的再生级配设计均具有一定的指导意义。
作者：	朱晟泽
专业：	交通运输工程；道路与铁道工程
导师：	黄晓明
授予学位：	博士
授予学位单位：	东南大学
学位年度：	2017
正文语种：	中文