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胎冠结构对轮胎磨损性能的影响分析及优化设计
| 论文题名： | 胎冠结构对轮胎磨损性能的影响分析及优化设计 |
| 关键词： | 汽车轮胎;胎冠结构;磨损性能;有限元模型 |
| 摘要： | 随着我国城市化迅速发展，道路条件得到了极大提高，汽车需求量也迅速增长。轮胎作为汽车上的主要组成部件，对汽车的操纵和安全等性能起到重要作用。轮胎在使用过程中必然会发生磨损，每年都有大量的轮胎因磨损问题而报废。胎冠作为轮胎唯一的接地部位，其结构对轮胎的磨损性能起着关键作用。基于此，研究胎冠结构对磨损性能的影响规律，并对胎冠结构参数及胎面花纹进行优化，为高耐磨轮胎设计提供一定思路。 以205/55R16子午线轮胎为研究对象，建立轮胎有限元模型。采用实胎在试验机上进行静压试验，获取接地印迹并对轮胎下沉量进行测量，根据试验数据验证模型精度。以摩擦能量损失率作为轮胎磨损性能评价指标。在不同工况下对轮胎进行仿真模拟，从载荷和充气压力以及两种典型的复杂行驶工况（侧倾和侧偏）四个方面对轮胎磨损性能影响进行分析。 针对所研究的胎冠结构参数进行单因素分析及多因素综合性分析，得出胎冠结构对磨损性能的影响规律及相关性。轮胎制动时，摩擦能量损失率与2#带束层宽度和帘线角度都成正相关关系。增大行驶面宽或减小行驶面高都能够缓解胎肩应力集中，改善偏磨损现象，使得压力分布更加均匀，摩擦能量损失率降低。发现1#带束层宽度、带束层帘线角度和中心纵沟间距与摩擦能量损失率之间没有显著相关关系。2#带束层宽度、行驶面宽、行驶面高、纵沟宽度和纵沟深度与摩擦能量损失率之间显著相关。对2#带束层宽度、行驶面宽、行驶面高、纵沟宽度和纵沟深度进行响应面试验设计，通过试验数据拟合数学模型并求取最优解，对所得优化方案进行仿真验证，结果表明，优化方案能够有效改善轮胎磨损性能。 对胎面花纹进行接地分析，轮胎制动工况下，胎面受到纵向剪切力，当接地压力和制动速度过大时，花纹块接地前端易出现卷曲大变形，加剧花纹块表面磨损。基于此，对花纹块进行拱形设计，与原方案相比，采用拱形设计的复杂花纹轮胎其纵向刚度明显增大，增强了花纹块抵抗纵向变形的能力，能够有效降低摩擦能量损失率。将仿生耐磨结构用于花纹块表面形态设计，以摩擦能量损失率作为考核指标，通过试验设计及极差分析得到了最优方案。分析发现对摩擦能量损失率影响最大的因素是凹坑直径，其次是凹坑深度，凹坑中心间距对结果影响最小。与光滑花纹轮胎相比，仿生凹坑花纹轮胎能够有效降低摩擦能量损失率，提高轮胎磨损性能。将两种设计方案复合运用的拱形仿生凹坑花纹轮胎对磨损性能有着更大的提高。 |
| 作者： | 谢孟雨 |
| 专业： | 车辆工程 |
| 导师： | 刘从臻 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 山东理工大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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