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轮胎滚动工况下的流体动力学分析
| 论文题名： | 轮胎滚动工况下的流体动力学分析 |
| 关键词： | 轮胎滚动;流体动力学;数值模拟;气动特性 |
| 摘要： | 轮胎是汽车最重要的部件之一，其稳定可靠运行直接涉及到了整车可靠性以及人身安全问题。在稳定性、可靠性逐步提升的同时，舒适性问题也亟待发展，轮胎有限元技术不断发展，但其流体动力学研究却几乎一片空白。环境保护上，汽车的逐步普及，汽车轮胎在滚动过程产生的噪声问题愈发严重并构成了环境污染的一部分，对人们的正常生活构成了影响。经济发展上，欧美国家各项轮胎技术标准的提高，也对轮胎噪声性能有了更新的要求，并对我国的轮胎制造行业有了更多的限制。而汽车轮胎滚动过程的外流场特性是引发汽车轮胎噪声的主因，故而，针对轮胎的流场分析与噪声评估显得尤为紧迫。本文研究轮胎滚动过程的外流场情况并进而推进轮胎噪声性能的评估，为轮胎结构设计及轮胎花纹结构降噪研究提供初步的基础。 轮胎滚动是一个复杂的过程，该过程对外流场的影响存在着一系列的不确定因素，而这种影响不论是通过普通的有限元方法还是单纯的流体动力学计算方法都很难实现有效的数值模拟。本文结合流固耦合基本原理，对轮胎滚动中的外壁面进行了固体至流体的单向耦合，将有限元与CFD(Computational Fluid Dynamics)计算有效结合。这种数值模拟方法能够真实有效地模拟轮胎滚动过程的流场区域情况。 本文从计算流体动力学（CFD）的角度，以全钢丝载重子午线轮胎12.00R20在多个工况下的滚动过程为研究对象，结合ABAQUS有限元分析，实现了对轮胎滚动过程外流场特性的瞬态数值模拟。文中以离散的方式进行数值模拟，并研究探讨了一种非结构网格数据传递方式，以权值插值形式完成网格重划后的数据更新，保证了流场计算逐步推进。 与此同时，本文对流体动力学分析软件及相关功能进行了全面的二次开发，整合出了一套可供自动化控制运行的封装程序，该程序有着专门的针对性与良好的稳定性。文中以VC++6.0为开发平台，对有限元数据、Gambit软件、Fluent软件、耦合过程程序以及网格数据传递程序进行了封装，实现了轮胎滚动三维数值模拟的自动化分析。程序开发思路为：先对轮胎有限元结果数据进行分类处理；再将相关数据分类整合到Gambit软件的自动化建模与网格重划以及流固耦合；经Fluent初步计算、数据整合、网格更新、数据信息传递及网格更换后的Fluent数值计算，循环直至整个数值计算完成。 通过对轮胎滚动工况下的计算分析，验证了本文分析思路以及开发程序的正确性和合理性，并从不同的角度分析并论证了轮胎在滚动前进过程中的复杂瞬态气动特性规律，为轮胎流体动力学分析的研究做出了初步的探索。 |
| 作者： | 刘臣才 |
| 专业： | 机械设计及理论 |
| 导师： | 束永平 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 东华大学 |
| 学位年度： | 2014 |
| 正文语种： | 中文 |
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