原文传递
耦合温度场和氧化反应的轮胎充气压力损失仿真方法研究
| 论文题名： | 耦合温度场和氧化反应的轮胎充气压力损失仿真方法研究 |
| 关键词： | 轮胎测试;充气压力损失率;温度场;氧化反应;仿真模型 |
| 摘要： | 轮胎的各项性能只有在合适的充气压力下才能得到充分的发挥。在轮胎使用期间，其内部的气体会在浓度梯度的作用下向外扩散，造成轮胎充气压力损失。轮胎充气压力的下降会导致滚动阻力增加，从而带来额外的燃油消耗及更多的环境污染。目前，业内将轮胎充气压力损失率（Inflation Pressure Loss Rate—IPLR）作为评价轮胎胎压保持能力的重要指标。标准的轮胎IPLR测试的成本高，耗时长。准确的轮胎充气压力损失仿真模型可以快速、有效地预测轮胎IPLR，有利于缩短改进轮胎胎压保持能力的研发周期。因此，建立准确的轮胎IPLR预测模型具有重要的理论意义和工程应用价值。 为了准确计算轮胎的充气压力损失，测试了不同温度下氮气和氧气在各部件橡胶中的扩散系数和溶解度系数。为了验证氧化子程序的正确性，进行了橡胶氧气消耗测试和橡胶内部氧气浓度分布的数值求解。为了有效计算轮胎的温度场，测试了轮胎各部件橡胶的热物性参数。由于橡胶的迟滞特性，轮胎在使用过程中伴随着生热，同时也伴随着氧化，为了模拟耦合轮胎稳态滚动温度场和氧化反应的轮胎充气压力的瞬态损失过程，分别提出了耦合橡胶氧化的轮胎IPLR计算方法、耦合轮胎稳态滚动温度场的IPLR计算方法及同时耦合橡胶氧化和轮胎稳态滚动温度场的IPLR计算方法。 以某公司生产的PCR（乘用车轮胎）205/55R16为研究对象，建立轮胎充气压力损失有限元模型。首先，通过添加氧消耗子程序的方式将氧气消耗耦合到橡胶块气体扩散的仿真中，对高温60℃的轮胎充气压力损失过程进行仿真。结果表明，氧化反应增加了额外的充气压力损失并且改变了轮胎的氧气浓度分布，发生了扩散限制氧化现象。对比仿真结果与60℃下的IPLR测试结果，其误差小于5%，表明考虑氧化反应提高了轮胎IPLR的预测精度。其次，对稳态滚动下的轮胎充气压力损失过程进行仿真。从仿真结果可知，轮胎在滚动过程中充气压力损失快于常温且由于胎肩位置的温度较高，大量的气体从该位置逃逸。最后，基于橡胶自氧化体系提出了橡胶氧气消耗量的计算方法，并运用该方法对小胶片的氧气消耗量进行了计算，对比测试结果误差在3%以内，说明了橡胶氧气消耗量计算方法的有效性。以稳态滚动下的轮胎充气压力损失模型为基础，计算得到了轮胎不同部件单位体积的氧气消耗量。结果表明，轮胎胎肩垫胶部件具有最强的氧气消耗能力。从内衬层的扩散系数和结构角度，研究了其对轮胎IPLR和胎肩区域氧气消耗的影响。结果表明，降低内衬层的扩散系数、缩短内衬层末端的长度和增加胎肩内衬层的厚度均能同时降低轮胎的IPLR和胎肩区域的氧气消耗量。 |
| 作者： | 吉柳 |
| 专业： | 车辆工程 |
| 导师： | 梁晨 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 江苏大学 |
| 学位年度： | 2020 |
| 正文语种： | 中文 |
检索历史
应用推荐
