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原文传递子午线轮胎水滑动态特性有限元分析

论文题名：	子午线轮胎水滑动态特性有限元分析
关键词：	子午线轮胎;流固耦合;水滑性能;花纹轮胎;有限元分析法;动态特性
摘要：	作为重要代步工具的汽车在现代社会中得到广泛的应用，不可避免的会在有积水或者湿滑路面上行驶，这时高速运行的汽车轮胎容易发生水滑现象。轮胎发生水滑现象时，胎面与路面之间的摩擦系数将显著下降，特别是在轮速超过某一极限速度时，水膜的动压力会使轮胎完全丧失驱动力和制动力，直接威胁到乘客和驾驶员的人身安全。所以汽车在水滑路面上行驶时的速度分析是汽车行驶性能分析的一个重要部分。但是由于轮胎的结构复杂和材料非线性，建模工作量较大，为轮胎的结构与性能分析带来诸多不便。为实现高效率、自动化的轮胎有限元建模与分析，轮胎的有限元模型建立不仅应包括以几何意义上的尺寸结构数据化、复合材料性能指数的参数化，还应包括边界条件，载荷参数和理论力学模型化处理等一些技术手段。　　本论文以60系列的轿车子午线轮胎195/60R14作为研究对象，以大型有限元分析软件MSC.Dyrtan为平台，采用拉格朗日有限元计算法用来求解固体模型，欧拉有限体积法来求解流体模型，一般耦合算法处理两者之间的相互作用，建立了轮胎-水膜-路面三维有限元模型。针对不同胎面花纹的轮胎，深入系统的研究了轮胎在水滑路面上的胎体变形和接触压力的状态。　　本文建立了子午线轮胎三维有限元模型，结合拉格朗日方法和欧拉方法，确立了适用于轮胎水滑分析的一般耦合算法。根据复合材料常用的力学公式推导计算了轮胎正交各向异性材料参数。同时建立了三种不同形式的胎面花纹模型，可以对比分析不同花纹形式的轮胎的滚动性能和水滑性能，为下文进行滚动分析和水滑研究提供了数值计算基础。　　分析了轮胎在静态加载工况下的接地性能。通过加载轮胎在水平地面和斜坡路面上的接地性能分析，初步得出了坡面倾角对轮胎爬坡性能的基本影响规律。通过不同坡面上轮胎与地面的接触力随速度的变化关系图，预估了坡面上汽车行驶的速度极值。在此基础上，深入分析了滚动轮胎的接地印迹和接地应力分布，对比分析了不同形式花纹的接地印迹分布图，得出不同胎面花纹轮胎接地应力变化。其中的接地印迹分布和应力关系对以后滚动轮胎的继续研究分析具有一定的理论意义和指导作用。　　本文的重点是应用流固耦合原理分析子午线轮胎的水滑特性。在充分研究了子午线轮胎在水滑路面上轮胎与水膜之间的相互作用机理后，对比了轮胎在干-湿路面上汽车轮胎与地面接触力随速度增加的变化关系。结果表明，汽车行驶在湿滑路面上的临界速度远小于干燥路面上的速度。并根据流体力学相关理论，得出了水滑临界速度与载荷之间的关系公式。最后通过对轮胎花纹接地水膜的压力和水滑附着力的分析，得出相对于条形花纹和S形花纹，V形花纹轮胎在水滑路面上的极限速度最大。这对复杂花纹轮胎的结构设计分析具有很好的指导意义。
作者：	刘娜
专业：	机械设计及理论
导师：	程钢
授予学位：	硕士
授予学位单位：	山东建筑大学
学位年度：	2013
正文语种：	中文