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原文传递基于数字图像相关的负重轮滚动力学特性研究

论文题名：	基于数字图像相关的负重轮滚动力学特性研究
关键词：	履带式车辆;负重轮;滚动力学特性;变形机理;数字图像
摘要：	负重轮是履带式车辆的主要动力传输和承载部件，起到缓和冲击、减震降噪、传递整车动力等作用。负重轮滚动力学特性对其履带车辆在泥泞、冰雪、湿滑等复杂的行驶场合中展现出高机动特性具有重要影响。因此，研究负重轮滚动力学特性对于履带式车辆的行驶平顺性、驾驶舒适性、机动性等整车力学特性具有重要意义。目前，多数负重轮结构由负重轮毂和一定厚度的胎面橡胶材料组成，并且胎面橡胶是同履带板唯一接触的部分。因此负重轮滚动力学特性与橡胶材料滚动力学特性息息相关。由于橡胶材料使用时表现出非线性复杂的力学特性，使橡胶以及负重轮滚动力学特性研究变得更加复杂。　　基于此，首先，在理论分析的基础上开展了负重轮胎面橡胶材料力学特性模型表征研究，提出了考虑橡胶材料力学特性以及滚动接触关系的负重轮结构精细耦合模型；其次，通过试验研究的方法，开展了胎面橡胶材料全域滚动力学特性研究，揭示了负重轮胎面橡胶滚动变形机理，解算出了胎面橡胶材料关键滚动力学特性；最后，利用单点以及全域试验数据完成了负重轮结构精细模型的验证，并预测了复杂工况下负重轮滚动力学特性变化规律。论文的主要研究内容如下：　　1.提出了一种考虑胎面橡胶材料非线性力学特性以及滚动接触的负重轮精细结构耦合模型。首先，分别介绍了超弹性模型、粘弹性模型的类型以及使用范围；其次，基于刚性胎面带模型提出了由橡胶材料超弹粘弹耦合模型和接触模型两部分组成的负重轮结构精细模型，并制定了胎面橡胶材料模型以及滚动接触模型的选择方案；最后，通过试验完成了耦合模型的参数辨识，为负重轮复杂工况滚动力学特性预测提供模型支持。　　2.开发了全域非接触负重轮胎面橡胶材料滚动力学特性试验装置，开展负重轮橡胶材料滚动全域力学特性的研究。首先，通过试验装置获取胎面橡胶材料在滚动过程中一系列散斑变形图像；其次，通过改进数字图像相关方法，解算负重轮胎面橡胶材料标记点的应变率、应力、轨迹变化规律以及全域应变、速度加速度图像分布规律；最后，揭示了干燥、薄水膜、转速、载荷以及炭黑成分对于负重轮胎面橡胶材料滚动变化机理的影响，为负重轮胎面橡胶材料关键滚动力学特性解算提供海量数据支撑。　　3.提出了负重轮胎面橡胶材料关键滚动力学特性解算方法。首先，基于时域刷子模型，提出胎面橡胶材料动/静滚动摩擦系数表示方法，解算出滚动工况下负重轮台面橡胶摩擦系数，揭示了滚动摩擦系数与工况、转速、载荷和炭黑成分的作用机理;其次，基于傅里叶级数模型，提出了负重轮胎面橡胶材料滚动非线性力学特性表征方法，用于解算滚动能量损耗和滚动阻力系数，揭示了滚动阻力系数同滚动工况和接触路面的影响机理；最后，基于最小二乘法，提出负重轮胎面橡胶材料超弹模型参数反求方法以及基于正弦级数模型，提出了动态粘弹性模量参数反求方法，揭示了超弹模型参数以及动态粘弹性模量的变化规律。　　4.完成了负重轮结构有限元精细模型验证与负重轮复杂工况下滚动力学特预测。首先，通过获取的不同转速/载荷工况下的单点/全域应变实验数据，验证例如负重轮结构精细模型的可行性、有效性和准确性；其次，模型预测了中/高速和中/高载荷工况下的滚动负重轮标记点/全域的应变率分布特征和接触印记内纵向力和应力应变变化规律，进一步揭示复合极限工况下负重轮滚动力学特性。
作者：	王英铭
专业：	机械工程
导师：	刘亚梅
授予学位：	硕士
授予学位单位：	长春工业大学
学位年度：	2023