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原文传递轮胎侧偏侧倾工况滑水性能分析

论文题名：	轮胎侧偏侧倾工况滑水性能分析
关键词：	汽车轮胎;花纹结构;优化设计;滑水性能
摘要：	作为仅有的直接接地的汽车构件，轮胎是动力性和操稳性等众多车辆性能实现的基础。阴雨天气下，轮胎处于部分滑水状态，附着能力急剧减小，成为交通事故的主要诱因。而传统轮胎滑水现象的研究往往假设轮胎处于自由滚动状态下，且对部分滑水状态下轮胎与路面的接地力学特性鲜有涉及。因此，分析侧偏工况和侧倾工况下轮胎滑水性能，建立适用于不同工况的湿滑路面轮胎接地力学模型，为快速分析轮胎在不同工况下滑水性能提供新的方法。并将响应面法应用到复杂花纹结构参数优化设计，为提升轮胎滑水性能提供思路。　　以205/55R16轮胎为研究载体，创建轮胎三维仿真模型，与样胎加载数据对比验证其精确性。基于耦合的欧拉-拉格朗日算法（CEL）创建滑水CEL仿真模型，基于计算流体动力学算法（CFD）创建轮胎滑水CFD仿真模型，并通过经验公式验证本课题模型的可靠性，两者最大仅差4.46%。利用两种滑水仿真模型，从宏观角度和流场分析角度综合研究轮胎滑水现象。　　利用轮胎滑水CFD仿真模型分别对侧偏工况和侧倾工况下轮胎滑水现象进行分析。轮胎滑水性能随着侧偏角和侧倾角的增加而降低，轮胎接地形状发生改变，动水压力高压区的面积和峰值增加，沟槽出口处水流旋涡增多，沟槽的排水性能下降。利用滑水CEL仿真模型研究轮胎载荷和沟槽深度等五个参数对轮胎滑水性能的影响程度。结果发现，五个参数均能对滑水性能产生影响，在保证参数取值合理的前提下轮胎载荷和行驶速度的影响效果最为显著。在以上研究基础上，利用正交试验设计创建16组仿真试验方案，利用极差分析、偏相关分析和多元线性回归，结合干燥路面稳态UA模型，建立适用于不同工况的湿滑路面轮胎纵滑侧偏模型。模型计算的纵向力和侧向力与仿真结果分别相差3.4%和4.7%，说明该模型精确可靠且可用于分析轮胎的滑水性能。　　基于响应面法对复杂花纹进行优化设计。选取中央纵沟的位置参数和两侧纵沟的位置参数等为待优化变量，以动水升力为响应变量，利用试验设计软件Design-Expert创建29组仿真试验方案，构建响应面模型并确定优化方案。建立流体域模型，对比自由滚动工况、侧偏工况和侧倾工况下原始花纹和优化后花纹的流场变化。结果表明，优化后的复杂花纹轮胎接地前缘高动压区的面积减少，动水压力峰值最大降低13.9%，平均动水压力最大降低4.47%，横向沟槽内部及出口处的水流旋涡减弱，提高了花纹沟槽的排水性能，动水升力有效降低，达到提高轮胎滑水性能的目的。
作者：	徐成伟
专业：	车辆工程
导师：	刘从臻;马清芝
授予学位：	硕士
授予学位单位：	山东理工大学
学位年度：	2022