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原文传递轮胎花纹变形特性数值模拟分析

论文题名：	轮胎花纹变形特性数值模拟分析
关键词：	胎面花纹;变形特性;有限元技术;数值模拟;接触分析;汽车轮胎
摘要：	轮胎胎面花纹是轮胎与路面相互作用的直接接触部位，它不仅对轮胎的抓地性有直接的影响，同时也是汽车通过噪声的主要影响因素。一直以来，胎面花纹由于其几何形状复杂性，轮胎与路面的接触工况多样性以及轮胎橡胶材料特性的可变性等，其变形特性很难利用试验等方法直观的得到并加以分析，因此也越来越成为研究汽车性能的一个主要的方向。　　本文拟利用数值模拟方法展开对轮胎在一定工况下胎面花纹的变形特性进行研究，其目的是为后续的汽车通过噪声以及轮胎的抓地性等提供一定的基础和服务。首先较系统的阐述了主要的数值模拟方法之一有限元法的基本理论，特别是针对在轮胎胎面花纹变形特性中应用较多的大变形问题以及求解方法等。　　利用有限元技术展开的数值模拟所需要的几何模型是利用三维造型软件I-DEAS来实现的。轮胎的几何模型以195/60R14子午线轮胎为基础，利用I-DEAS创建了比较精确的含花纹轮胎实体模型。该模型包括了对轮胎特性影响较大的胎面纵向花纹以及横向花纹，同时该模型也具体的描述了组成轮胎的各层结构。为后续的模拟提供了较准确的几何模型。根据轮胎的运行工况以及相关的各层材料特性等建立了进行轮胎花纹特性分析的有限元模型。有限元模型首先在几何模型的基础上针对各层的材料分别赋予了相应的各向同性或各向异性的材料特性；再利用三维实体单元将几何模型进行了离散；接下来根据相应的分析工况进行了边界条件的分析和施加；最后选择了相关的求解算法。通过上述的几个关键步骤初步的得到了可应用于进行数值模拟的有限元模型。轮胎与路面的接触过程是通过控制与刚性目标面固连的PILOT节点来实现路面相对于花纹轮胎的运动。　　为了更好的描述和说明轮胎花纹的变形特性，本文选择了三个典型的计算工况：1)在不同充气压力以及下沉量下的轮胎路面静态接触工况。该工况主要揭示在规则印迹下轮胎花纹的变形与上述参数的关系，初步了解轮胎花纹的变形特性；2)在匀速下的轮胎滚动工况。描述在动态特性下花纹的变形特性，同时也说明在此工况下轮胎花纹与路面之间的相互关系。3)在动载荷下的轮胎路面接触工况。该工况主要在随机路面激励下研究轮胎与路面接触花纹的变形特性，花纹与路面之间的碰撞能量以及泵吸效应区域的体积变化等。　　最后通过上述几种工况下的数据模拟结果，系统的分析了轮胎与路面之间的关系。较好的得到了轮胎与路面接触过程中的轮胎胎面花纹的变形特性；轮胎花纹与路面之间的接触应力以及能量；轮胎胎面花纹在接触中的应力状态以及泵气效应区域的体积变化等状态参数，同时也利用一些数据进一步分析了胎面花纹变形特性。这些分析为后续的轮胎花纹特性对轮胎的抓地性以及汽车通过噪声的研究将提供可靠的基础。
作者：	赵文杰
专业：	车辆工程
导师：	徐延海
授予学位：	硕士
授予学位单位：	西华大学
学位年度：	2012
正文语种：	中文