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子午线轮胎胎圈疲劳寿命预测及结构优化
| 论文题名： | 子午线轮胎胎圈疲劳寿命预测及结构优化 |
| 关键词： | 轮胎;最大应变能密度幅值;疲劳寿命预测;结构优化;结构参数 |
| 摘要： | 轮胎作为汽车唯一与地面接触的部件，对汽车行驶的安全性有着至关重要的作用。作为一种帘线和橡胶构成的复合材料结构，它具有典型的疲劳失效特征。胎圈处产生的疲劳失效作为轮胎主要的疲劳失效形式之一，受到了轮胎业界的广泛关注。目前，对轮胎胎圈处的疲劳寿命的研究主要依靠试验方法，但试验法费时费力，严重影响了研发效率。如何准确、简单、有效的预测出胎圈处的疲劳寿命，是亟待解决的问题。 本文以某规格的子午线轮胎为研究对象，结合胶料疲劳试验与有限元法对胎圈的疲劳寿命进行了预测，并对轮胎结构进行了优化。 首先，基于Abaqus软件建立了轮胎的自由滚动有限元模型，利用径向刚度试验验证了模型的有效性。以最大应变能密度幅值舰Dmax作为轮胎疲劳评价的参数，并利用该幅值确定了胎圈胶料在一定工况下的最大应变能密度幅值。 通过胎圈胶料的单轴拉伸疲劳试验加载，确定了各胶料的关于最大应变能密度幅值的疲劳寿命方程。结合有限元的计算结果对轮胎的胎圈疲劳寿命进行了预测，并与轮胎疲劳试验的结果进行了对比，说明了这种预测方法的准确性和合理性。 以最大应变能密度幅值作为设计响应，胎圈处的结构参数为设计变量，建立了胎圈疲劳寿命与胎圈结构参数的关系；在灵敏度分析结果的基础上选择合理的胎圈结构参数进行结构优化。综合运用Kriging近似模型和模拟退火优化算法对轮胎胎圈结构参数进行了优化设计，并提出了优化方案。利用有限元分析方法对优化方案进行了综合性能的分析；通过耐久性试验验证了结构优化方案的有效性，也证明了本文采用的寿命预测方法的合理性。 综上所述，本文基于最大应变能密度幅值，研究了一种较为合理的胎圈疲劳寿命预测方法，可以实现对轮胎胎圈及其他关键部位的疲劳寿命的有效预测，能显著提升轮胎疲劳寿命研究的效率，具有较高的实用性。 |
| 作者： | 王伟斌 |
| 专业： | 车辆工程 |
| 导师： | 王国林 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 江苏大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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