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原文传递非充气轮胎轮辐仿生方法及其振动特性研究

论文题名：	非充气轮胎轮辐仿生方法及其振动特性研究
关键词：	汽车非充气轮胎;轮辐结构;仿生设计;振动特性
摘要：	据统计，国内约有46%起交通事故是由轮胎故障造成，而爆胎所占比例高达70%。相比于传统充气轮胎，非充气轮胎避免了爆胎和漏气等危险，加上环保材料的应用使其极具发展优势，国内外知名轮胎企业和科研院所已将其作为主要研究领域之一。然而，非充气轮胎离散不连续的轮辐结构会造成严重的振动问题，从而影响汽车性能，因此减振方法研究成为推动非充气轮胎发展的重点之一。　　本文以辐板式非充气轮胎为研究对象，建立了轮胎与路面接触模型，通过对比垂向刚度进而验证建模方法的准确性；为揭示家猫行走时良好的减振静音生物功能机理，开展了家猫爪垫接地力学试验，结果表明家猫爪垫的接地应变特征所体现的摆动变形是实现减振静音的根源。受此启发，提出了非充气轮胎轮辐仿生非对称弧的减振设计方法，并对比分析了仿生非对称弧结构和对称弧结构设计对非充气轮胎的轮辐变形、垂向刚度和接地压力特性的影响，结果表明非对称弧结构改变了轮辐沿轮胎横向变形的对称性、引入了非对称变形特征，且该设计在不破坏非充气轮胎承载能力的同时，对接地压力特性具有一定的改善作用。　　为系统分析轮辐仿生设计后的非充气轮胎在滚动过程中的振动特性，通过对比仿生非对称弧和对称弧设计对非充气轮胎垂向振动的影响，验证了轮辐仿生减振设计的可行性；基于此，将非对称弧曲率、轮辐厚度和轮辐曲率作为设计变量，综合利用正交试验、Kriging近似模型和多岛遗传算法进行减振优化设计；以平地滚动和越障行驶为条件，对比分析了轮辐仿生优化前、后的非充气轮胎的振动特性，结果表明平地行驶中车速和载荷越大，优化前后两种轮胎的垂向振动强度也越大，但优化后非充气轮胎的振动强度显著低于原始轮胎；在越障行驶条件下，两种轮胎的垂、纵向振动强度均随障碍物高度和越障速度的增加而增大，但优化后非充气轮胎的越障振动特性较优化前更稳定。进一步对越障时接地压力特性与振动特性的相关性进行分析，发现用越障行驶时轮胎的接地压力峰值标准差可以有效判定非充气轮胎的振动强度。　　模态分析是研究结构动力学的基础，为此对轮辐仿生优化设计后的非充气轮胎进行动力学特性分析。通过约束模态和自由模态特征对比，确定自由模态为动力学分析对象，以提升非充气轮胎零阶固有频率值为目标，首先利用PB（Plackett-Burman）试验设计从影响固有频率的5个结构和7个材料因子中筛选出显著性影响因子；然后采用CCD（Central Composite Design）设计方法针对显著因子进行试验设计，并利用试验设计数据进行响应面模型的建立及优化分析，结果表明响应目标值随显著因子即轮辐厚度的增加、轮辐长度的减小、聚氨酯剪切模量的增大以及非对称弧曲率的减小而增大。研究结果对非充气轮胎振动特性的全面研究具有一定的指导性。
作者：	李慧云
专业：	车辆工程
导师：	周海超
授予学位：	硕士
授予学位单位：	江苏大学
学位年度：	2022